1-Ghise2013
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05/03/2013
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Tecnologia Meccanica II Prof. Luigi Tricarico5, 7/03/2013
Le Ghise
Tecnologia Meccanica II
Le ghise possono essere spesso utilizzate in sostituzione degli acciai con un considerevole
risparmio di costi. Il progetto e la produzione di getti in ghisa includono i seguenti vantaggi
� Bassi costi di attrezzaggio e di produzione
� Buona lavorabilità alle macchine utensili per asportazione di truciolo con
trascurabile formazione di bava sulle superfici lavorate
� Possibilità di realizzare getti di forma complessa
� Eccellente resistenza all’usura ed alta durezza (particolarmente nelle ghise
bianche)
� Elevate capacità di smorzamento delle vibrazioni
Le proprietà dei getti in ghisa sono influenzate dai seguenti fattori:
� Composizione chimica della ghisa
� Velocità di raffreddamento della ghisa nella forma (che dipende dalla sezione del
getto)
� La tipologia dell’eventuale grafite che si viene a formare
Tecnologia Meccanica II Prof. Luigi Tricarico5, 7/03/2013
Ghise: Generalità
� Leghe Fe-C contenenti C e Si, in cui il
Carbonio ed il Silicio sono tali da rendere
satura l’austenite alla temperatura eutettica
� Teoricamente la %C è compresa tra il 2.06%
ed il 6.67%; praticamente è compresa tra il
2.5% ed il 4.5%
� Fabbricazione
� I° fusione (tubi, piastre per forni)
� II° Fusione (rifusione di ghisa e acciaio) %CE (Carbonio equivalente)
� Quelle interessanti per la fonderia sono le ghise di seconda fusione; si distinguono da
quelle di prima fusione prodotte in altoforno e prevalentemente destinate alla produzione
di acciaio e delle stesse ghise
� Costano poco, fondono con facilità, possono essere colate in forma complessa
� Le proprietà delle ghise possono essere variate oltre che con le modalità di produzione,
anche con trattamenti termici
� Non possono essere lavorate per deformazione plastica né a caldo né a freddo, mentre
possono essere lavorate alle macchine utensili
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Ghise: Classificazione� In funzione della struttura metallografica. Essa è determinata da:
1. Forma in cui si presenta il carbonio (libero come grafite; come cementite, in
entrambe le forme)
2. Morfologia e distribuzione della grafite
� I due fattori dipendono da:
� Composizione chimica ed eventuali presenze di impurezze
� Velocità di raffreddamento
� Trattamenti termici subiti
� Si possono avere le seguenti strutture:
� Ghise Bianche: Carbonio completamente come cementite; la lega segue il
diagramma Fe-Fe3C; Alla frattura hanno un aspetto bianco
� Ghise Grigie: La maggior parte o tutto il carbonio precipita durante la solidificazione,
come grafite. Alla frattura hanno un aspetto grigio
� Ghise Conchigliate o Temprate o Trotate: Sono presenti entrambe le strutture a
causa di una colata condotta in una forma metallica. Lo strato in superficie è quello
della ghisa bianca, mentre quello interno è della ghisa grigia. Lo strato intermedio
presenta il carbonio in parte sotto forma di cementite ed in parte come grafite
(trotato)
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Ghise: Classificazione� Ghise Malleabili: tutto o la maggior parte del carbonio non è combinato con il ferro e
si trova in particelle rotonde irregolari. Si ottiene per ricottura delle ghise bianche
� Ghise nodulari o sferoidali o duttili: Il carbonio è nella forma di grafite in sferoidi
regolari e compatti. Si ottiene aggiungendo nel momento della colata della ghisa
grigia, alcuni elementi come Magnesio e Cerio
� Ghise legate in cui le proprietà delle ghise precedenti sono modificate dalla presenza
di elementi di lega
Composizione chimica (%)
Tipo di ghisa Carbone Silicio Manganese Zolfo Fosforo
Grigia 2.5-4.0 1.0-3.0 0.2-1.0 0.02-0.25 0.02-1.0
Sferoidale 3.0-4.0 1.8-2.8 0.1-1.0 0.01-0.03 0.01-0.1
Malleabile 2. -2.9 0.9-1.9 0.15-1.2 0.02-0.2 0.02-0.2
Bianca 1.8-3.6 0.5-1.9 0.25-0.8 0.06-0.2 0.06-0.2
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Ghise: elementi Grafitizzanti ed Antigrafitizzanti
Le Ghise solidificano secondo il diagramma stabile Fe-C, all’aumentare del
carbonio e degli elementi grafitizzanti.
Carbonio: aumenta la colabilità, abbassa il punto di fusione, riduce
l’intervallo di solidificazione, aumenta la grafitizzazione; in genere
il tenore di carbonio è compreso dal 1.7% al 4%
Silicio: nelle ghise comuni è compreso tra lo 0.3% ed il 3%. Può
raggiungere il 18% in quelle resistenti agli acidi. Sposta i punti
critici e si comporta come un energico grafitizzante
Manganese: compreso tra lo 0.3 ed 1.2%. Quando è in tenore superiore allo
0.5%, stabilizza i carburi e si comporta come antigrafitizzante
Zolfo: tenori massimi di 0.3%. E’ un antigrafitizzante, ma con il
Manganese, forma il solfuro di manganese e quindi in questo
caso favorisce la grafitizzazione
Fosforo: E’ in tenori compresi tra 0.1% e 0.6%. Azione analoga al silicio;
aumenta la colabilità
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Sono considerati elementi di lega nelle ghise:
Cromo: Energico antigrafitizzante. Forma carburi; affina la perlite
Nichel: E’ un modesto grafitizzante; sino al 3% affina la perlite. Tra il 3%
ed il 6% permette di ottenere strutture martensitiche (Lega Ni-
Hard: 4%Ni, 1.5%Cr, 3.5%C: nella matrice austenitico
martensitica sono dispersi carburi di Cr, durezze sino a 750HB).
Oltre il 6% stabilizza l’austenite.
Rame Grafitizzante meno energico del Ni. Tenori compresi tra il 2% ed il
3.5%. Aumenta la resistenza all’usura per sfregamento (tamburi
dei freni, cilindri dei motori a scoppio) o è utilizzato per
migliorare la resistenza alla corrosione in ambienti atmosferici o
riducenti e leggermente acidi
Molibdeno: Stabilizzatore di carburi meno energico del cromo. E’ usato
insieme al Ni in tenori compresi tra lo 0.8% e 1.25%. Rende più
dure e resistenti le ghise grigie
Ghise: elementi considerati di lega
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Ghise: Impiego
Ghise grigie
Ghise malleabili
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Ghise: Impiego
Ghise sferoidali
Impiego Ghise in fonderia e confronto con gli altri materiali utilizzati in fonderia
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Ghisa: Designazione e Costi
EN – [G: Getti] – [J: Ghisa] – [ ] – [ ] – [ ]L: Lamellare
S: Sferoidale
M: Malleabile
W: cuore bianco
B: cuore nero
R: carico di
rottura in
MPa
Eventuale
allungamento a
rottura, %
EN – GJL – 100
…………………
EN – GJL - 350
Ghisa Grigia
EN – GJMW – 350 - 4
EN – GJMW – 360 -12
…………………….
EN – GJMW – 550 - 4
Ghisa Malleabile a
cuore bianco
EN – GJMB – 300 - 6
EN – GJMB – 350 -10
…………………….
EN – GJMB – 800 - 1
Ghisa Malleabile a
cuore nero
EN – GJS – 350 - 22
EN – GJS – 400 - 18
…………………….
EN – GJS – 900 - 2
Ghisa
sferoidale
Ghisa da affinazione: 215€/ton
Ghisa da fonderia: 330€/ton
Ghisa sferoidale: 345€/ton
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Ghise Bianche: Struttura/Applicazioni
� Poche applicazioni come materiali ingegneristici, ma utilizzate per ottenere le ghise
malleabili. Il carbonio è completamente in forma di cementite (Bianche al cuore)
� Dura e fragile, per la notevole quantità di cementite (palle di mulini per la
frantumazione delle pietre)
� Resistente all’usura (matrici per estrusione e trafilatura)
� Difficile da lavorare alle macchine utensili
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Composizione
Carbonio:
1.7% - 4% (leghe ipoeutettiche) con basso silicio. Aumento della percentuale di
perlite e di ledeburite.
Silicio:
Basse percentuali possono non essere sufficienti per la grafitizzazione, ma
possono favorire la malleabilizzazione nella ricottura delle ghise bianche
Manganese
Aumenta la profondità dello strato duro (il manganese è un antigrafitizzante)
Cromo, Molibdeno
Favoriscono la formazione di carburi
Proprietà meccaniche
E = 170 - 200GPa
Resistenza meccanica legata al contenuto di carbonio
2.5%C: 370HB, Rmax=140MPa (trazione); Rmax=1400MPa (compressione)
3.5%C: 600HB, Rmax=490MPa (trazione); Rmax=1750MPa (compressione)
Ghise Bianche: Composizione/proprietà meccaniche
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Ghise Conchigliate o Temprate o Trotate
Si ottengono colando ghise grigie
legate in forme metalliche per
aumentare la velocità di
raffreddamento dello strato
superficiale. Si ottiene:
� Cuore nero (grafite)
� Zona intermedia trotata
� Strato esterno bianco
(cementite).
Presentano caratteristiche
meccaniche come tenacità
e resistenza a fatica, che
non sono delle ghise
bianche anche se in una
parte del getto la struttura
è bianca (carbonio in forma
di cementite)
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Ghise Conchigliate o temprate: Caratteristiche
Lo spessore di tale strato dipende da:
� Elementi di lega
� Carbonio: riduce lo spessore ma ne
aumenta la durezza
� Silicio ed il Nichel: Riducono lo
spessore
� Manganese Molibdeno e Cromo:
Aumentano lo spessore (questi ultimi
come stabilizzatori di carburi). Il Cromo
migliora la resistenza all’usura in tenori
compresi tra 1% e 4%. In tenori
compresi tra 12% e 35%, permette una
elevata resistenza meccanica a caldo e
all’ossidazione. Il Molibdeno affina la
struttura e la rende più resistente alla
rigatura e all’urto termico
� Capacità della conchiglia di asportare calore
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� Cilindri laminatoi
� Superficie dura
per resistere
all’abrasione ed
all’ossidazione
� Cuore ed appoggi
tenaci
� Ruote dei treni
� Cilindri per industria
cartaria e per il
trattamento dei
minerali
Ghise Conchigliate o temprate:
Applicazioni
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Ghise grigie
� Leghe eterogenee costituite
da una matrice acciaiosa
(ferrite e perlite in
proporzioni variabili)
interrotta dalla grafite la cui:
Proporzione, Dimensione e
Distribuzione, Influenza il
colore della frattura
� La presenza di carbonio in
forma grafitica è la
distribuzione della grafite è
legata ad almeno due fattori
� Composizione chimica
� Velocità di
solidificazione e
raffreddamento della
ghisa nel getto
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Ghise grigie: Influenza della composizione chimica
Carbonio (2.5% - 4.5%)
� Il carbonio totale (%Ct) è presente nella forma di carbonio Combinato (%Cc) e di
carbonio nella grafite (%Cg)
%Ct = %Cc + %Cg > 2.2% (nella grafitizzazione completa %Cc = 0)
� La microstruttura della matrice dipende dalla percentuale di carbonio combinato
%Cc=0.8: Eutettoidico (P)
%Cc>0.8: IperEutettoidico (CP)
%Cc<0.8: IpoEutettoidico (FP)
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Ghise grigie: Influenza della composizione chimicaSilicio (1.0% - 3.5%): I punti critici (eutettico, saturazione austenite, eutettoidico) del
diagramma Fe-C sono modificati dalla presenza del Si. Il contributo del Si alla definizione
del Carbonio Equivalente è definito dalla seguente equazione:
� %CE = %C + (%Si)/3
o %CE = 4.3%: Ghisa Eutettica
o %CE > 4.3%: Ghisa IperEutettica
o %CE < 4.3%: Ghisa IpoEutettica
� Il Si entra in soluzione solida nella ferrite, rendendola più dura e resistente
� Il diagramma di Maurer permette di correlare il contenuto di carbonio e di Si alla
struttura della ghisa.
Fosforo (0.1% - 0.9%): Grafitizzante; contribuisce al calcolo di %CE
� %CE = %C + (%Si +%P)/3
� Abbassa la temperatura di solidificazione, migliora la fluidità e di conseguenza il
riempimento dei getti. Per tenori > 0.3% riduce la duttilità del getto
Zolfo (0.06% - 0.12%). Antigrafitizzante. Responsabile di ridotta resistenza a caldo
Manganese: Antigrafitizzante; se presente S si forma MnS che annulla l’effetto
o %Mn < 1.7%S + 0.15: è favorita la matrice ferritica
o %Mn > 3%S + 0.35: è favorita la matrice perlitica
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Ghise grigie: Influenza della composizione
chimica -Diagramma di Maurer� Le strutture di una ghisa dipendono dalla posizione che essa assume nel diagramma Fe-C,
ma anche dalla presenza di altri elementi, a parità di velocità di raffreddamento. Il
Diagramma di Maurer individua le strutture della ghisa in funzione dei tenori di carbonio e
silicio, per velocità di raffreddamento normali e getti con spessore di 30mm – 40mm.
� I Ghise Bianche
� II Ghise Perlitiche
� III Ghise Ferritiche
� IIa Ghise Trotate
� IIb Ghise Perlitico –
Ferritiche
Le ghise perlitiche e ferritiche nel
loro complesso (campi II, IIb, III)
sono denominate ghise grigie
Il diagramma non tiene conto dello
spessore del getto e quindi della
velocità di raffreddamento
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4.3
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Ghise grigie: Influenza della velocità di
raffreddamento
� Forma, distribuzione e dimensioni delle lamelle di grafite sono legate a
meccanismi che coinvolgono la nucleazione e l’accrescimento
�Velocità di raffreddamento:
o Basse: comportano una bassa velocità di nucleazione ed un elevato
accrescimento delle lamelle per diffusione. Come risultato si hanno
lamelle di grafite grosse e distribuite casualmente
o Maggiori, che determinano un sensibile sottoraffreddamento:
lamelle di dimensioni più numerose ma più piccole
o Elevate: si ostacola o al limite si sopprime la nucleazione della grafite
al punto da ottenere una ghisa temprata o bianca (sezioni sottili del
getto)
� Forma, distribuzione e dimensione della grafite sono classificate dalla
normativa. Gli elementi di grafite sono classificati in base a (UNI3775-73):
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� Forma
� I) Lamelle sottili con
punte aguzze
� II) Noduli con
accentuate
ramificazioni di
lamelle
� III) Lamelle spesse
con punte
arrotondate
� IV) Flocculi
frastagliati
� V) Flocculi compatti
� VI) Noduli a
contorno circolare,
quasi regolare
(sferoidi)
Ghise grigie: Forma della grafite
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Ghise grigie: Distribuzione/dimensione grafite
Distribuzione: è legata a tre fattori:
� Velocità di raffreddamento
� Presenza di elementi che ostacolano la crescita dell’austenite, come lo zolfo e
l’ossigeno
� Presenza di elementi che favoriscono la nucleazione della grafite
Dimensione delle lamelle o dei noduli
� 8 dimensioni. Dalla n. 1 (> 1mm) alla n. 8 (< 0.015mm)
A: Uniforme B: rosette non
orientate
C: Lamelle non
orientate
D: Lamelle in zone
interdendritiche
E: Lamelle
interdendritiche
Ottimale Ipereutettica Velocità di
raffreddamento
elevate
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Ghise grigie: Inoculazione
� Per spessori del getto minori di 10mm, difficoltà nell’ottenere grafite di
tipo A
� Si utilizzano inoculanti all’atto della colata. Gli inoculanti sono leghe Fe-Si
con aggiunta di piccole quantità di Ca, Al, Ba. Gli inoculanti privilegiano la
formazione della fase grafitica
� Si ipotizza che l’effetto dell’inoculante sia legato allo sviluppo di gas (CO),
la cui superficie servirebbe come superficie di nucleazione della grafite. Se
le bolle collassano durante la crescita iniziale è favorita la formazione di
lamelle; in caso contrario di sferoidi
� L’inoculazione è eseguita durante il riempimento della siviera di colata, in
percentuali variabili tra lo 0.2% e lo 0.3% e con granulometria tale da
garantire una buona dissoluzione. Le ghise devono poi essere colate nella
forma entro un tempo minore di 10min dall’aggiunta dell’inoculante
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Ghise grigie: prova di trazione (UNI 5007)
� Provino per prova di trazione e sua
posizione nel saggio colato a parte.
� I saggi devono essere colati
contemporaneamente ai getti a cui si
riferiscono, con la ghisa della stessa
colata
� La forma è ottenuta in sabbia quarzosa
agglomerata e cotta
FormaProvino
saggio
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� La prova
permette di
determinare
resistenza a
rottura R,
deformazione
a rottura e
modulo di
elasticità E
� Le curve σ - ε
non seguono
la legge di
Hooke
� Il modulo di elasticità E è determinato arbitrariamente con delle formule
empiriche oppure come la pendenza della retta fra l’origine ed un punto
corrispondente ad una sollecitazione pari ad 1/4 R
Ghise grigie: prova di trazione (UNI 5007)
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� Il diagramma di
Colloud permette
di ottenere il
carico di rottura R
di un getto di
ghisa grigia
conoscendo la
durezza della
provetta, la
durezza del getto
ed il carico di
rottura della
provetta
Ghise grigie: Diagramma di Colloud
� Le caratteristiche meccaniche delle ghise grigie dipendono, oltre che dalla
composizione chimica della lega, anche dallo spessore medio dei getti.
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DenominazioneCaratteristiche meccaniche
Spessore medi del getto in mm
3.5-7.5 7.5-15.0 15-30 30-50
EN-GJL-150
Resistenza a trazione (N/mm2)
210 150 130 -
Durezza (HB) 225 185 165 -
EN-GJL-200
Resistenza a trazione (N/mm2)
260 200 150 120
Durezza (HB) 235 205 175 155
EN-GJL-250
Resistenza a trazione (N/mm2)
310 250 210 160
Durezza (HB) 250 220 195 180
EN-GJL-300
Resistenza a trazione (N/mm2)
- 300 270 210
Durezza (HB) - 235 215 205
EN-GJL-350
Resistenza a trazione (N/mm2)
- 350 320 270
Durezza (HB) - 255 235 220
Ghise grigie: Designazione
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� Vantaggi della ghisa grigia:
� Buona lavorabilità alle macchine utensili. La grafite favorisce la rottura del
truciolo e si comporta da lubrificante sull’interfaccia con l’utensile
� Elevate capacità di smorzamento delle vibrazioni
� Buona resistenza all’usura e qualità portanti a secco dovute alla presenza
della grafite
� Dopo la formazione di uno strato superficiale protettivo, resiste alla
corrosione in molti ambienti corrosivi
� Svantaggi:
� Fragile (bassa resistenza all’urto) che ne limita severamente l’uso nelle
applicazioni critiche
� Dal punto di vista resistenziale, la grafite riduce la resistenza perché le
lamelle, oltre ad essere equivalenti a delle cavità nella matrice acciaiosa,
intensificano le sollecitazioni all’apice della lamella. E’ raccomandato
mantenere la sollecitazione ad 1/4R ed in caso di carichi dinamici, ad 1/3 del
limite di fatica
� Variazione di sezione del getto generano variazione della microstruttura e
quindi variazione della lavorabilità alle macchine utensili
� Ghise grigia ad alta resistenza sono più costose
Ghise grigie: Vantaggi/Svantaggi
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� Le ghise malleabili sono ghise da trattamento
termico che solidificano come ghise bianche
� Si ottengono mediante malleabilizzazione del
getto che consiste in un trattamento di
ricottura a temperature superiori a 700°C
(prima fase a circa 1000°C e seconda fase
caratterizzata da un lento raffreddamento
intono a 700°C) per promuovere la
grafitizzazione della cementite
� Controllando il trattamento termico del getto
ed il suo raffreddamento è possibile ottenere
strutture:
� Ferritiche
� Perlitiche
� Martensitiche
Ghise malleabili
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� la grafite precipita in rosette (popcorns)
� L’assenza della grafite in lamelle permette una certa
plasticità a freddo
� La composizione chimica è:
Elemento Composizione %
Carbonio 2.16-2.90
Silicio 0.90-1.90
Manganese 0.15-1.25
Zolfo 0.02-0.20
Fosforo 0.02-0.15
� Sono qualche volta presenti piccole quantità di cromo (0.01% - 0.03%), boro (0.0020%),
rame (≤ 1.0%), nickel (0.5 - 0.8%) e molibdeno (0.35 - 0.5%).
� In funzione della composizione chimica, temperatura e ciclo di trattamento, atmosfera
dell’ambiente dove è realizzata la ricottura, si possono avere due processi di
malleabilizzazione e quindi due classi di ghise malleabili:
� Malleabili a cuore bianco. Sviluppate in Europa nel XVIII secolo
� Malleabili a cuore nero. Sviluppate in America nel XIX secolo
Ghise malleabili
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Ghise malleabili a cuore bianco� Sono ottenute con il seguente ciclo:
1. Riscaldamento a 900°C – 1000°C in ambiente decarburante (Fe2O3)
2. Permanenza per un tempo sufficiente (120h – 150h)
3. Raffreddamento rapido sino a 760°C e molto lento sino a circa 700°C (8°C/h); quindi
un raffreddamento rapido sino da a temperatura ambiente
� Durante la fase di riscaldamento e di permanenza ad alta temperatura si ha:
� Decomposizione cementite nell’austenite e precipitazione del C come grafite
� Diffusione del Carbonio
� Decarburazione superficiale
� La microstruttura dipende dalla sezione del getto. Per sezioni piccole si ha perlite e grafite
in una matrice ferritica; nelle grosse sezioni si distinguono tre zone:
� quella superficiale caratterizzata solo da ferrite e grafite
� quella intermedia che ha ferrite, perlite e grafite
� il cuore che non contiene grafite
DesignazioneDiametro del getto d, mm
R, MPa Rs (0,2%),
MPa A%
(L0 = 3d)Durezza
HB
EN-GJMW-350-04 9 - 15 340 - 360 - 5 - 3 230
EN-GJMW-380-12 9 - 15 320 - 380 170 - 210 15 - 8 200
EN-GJMW-400-05 9 - 15 360 - 420 200 - 230 8 - 4 220
EN-GJMW-450-07 9 - 15 400 - 480 230 - 280 10 - 4 220
Proprietà meccaniche delle ghise malleabili a cuore bianco
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� E’ ottenuta con il seguente ciclo:
1. Riscaldamento a 900°C – 1000°C in ambiente neutro
2. Permanenza per un tempo sufficiente
3. Raffreddamento a temperatura ambiente, come per quelle a cuore bianco
� Durante la fase di riscaldamento e di permanenza ad alta temperatura si hanno i
fenomeni di nucleazione e diffusione della grafite, descritti per le malleabili a cuore
bianco. In entrambi i casi i fenomeni di decomposizione e nucleazione della grafite
sono legati alla diminuzione della solubilità del C nell’austenite, dovuta alla
stabilizzazione del diagramma Fe-C rispetto a quello Fe-Fe3C stabile prima della
ricottura. Questo permette di ottenere del “carbonio di ricottura” (circa 0.1%)
Ghise malleabili a cuore nero
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Ghise malleabili a cuore nero
DesignazioneDiametro del getto d, mm
R, MPa Rs (0,2%),
MPa A%
(L0 = 3d)Durezza
HB
EN-GJMB 300-06 12 - 15 300 - 6 150 max
EN-GJMB 320-12 12 - 15 320 190 12 150 max
EN-GJMB 350-10 12 - 15 350 200 10 150 max
EN-GJMB 450-06 12 - 15 450 270 6 150-200
EN-GJMB 500-05 12 - 15 500 300 5 160-220
EN-GJMB 550-04 12 - 15 550 340 4 180-230
EN-GJMB 600-03 12 - 15 600 390 3 200-250
EN-GJMB 650-02 12 - 15 650 430 2 210-260
EN-GJMB 700-02 12 - 15 700 530 2 240-290
EN-GJMB 800-01 12 - 15 800 600 1 270-310
� La microstruttura è prevalentemente ferritica con grafite solo in forma di rosette.
In funzione della velocità di raffreddamento si può avere una struttura perlitica o
con altre strutture di trasformazione dell’austenite
Proprietà meccaniche delle ghise malleabili a cuore nero
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Ghise malleabili: Proprietà meccaniche
� Rispetto alla ghisa grigia, è dotata di considerevole duttilità e tenacità per la
combinazione di grafite in forma di rosette e per la matrice con basso contenuto di
carbonio.
� Per come è ottenuta la grafite, questa comunque non è in forma perfettamente
sferica e compatta
� E’ utilizzata in molte applicazioni dove sono importanti duttilità e tenacità. La scelta
tra una ghisa malleabile ed una sferoidale è basata su criteri di economicità e
disponibilità piuttosto che su altre proprietà. In alcune applicazioni la ghisa
malleabile ha dei vantaggi.
� E’ infatti preferita nella realizzazione di getti con spessori sottili che:
� devono essere sottoposti a deformazioni plastiche a freddo
� richiedono notevoli lavorazioni alle macchine utensili
� devono avere resistenza all’urto a bassa temperatura
� devono avere resistenza all’usura (solo con matrice martensitica)
� Al contrario non sono indicate in getti di grandi dimensioni. In genere sono utilizzate
in getti con spessore variabile tra 1.5mm e 100mm e peso variabile tra 0.03kg e
180kg
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Ghise malleabili: realizzazione getti
� Il materiale di partenza (ritorni di fonderia, rottami di acciaio, ferroleghe ed
eventualmente carbonio), è selezionato con attenzione e l’operazione di fusione è
controllata in modo da avere la desiderata composizione e proprietà
� Le forme sono prodotte in sabbia a verde, sabbia con legante in vetro solubile o
sabbia pre-rivestita con resina fenolica (formatura a guscio). L’attrezzatura varia da
quella altamente automatizzata a quella basata su metodi manuali, in funzione della
dimensione del lotto
� In genere la tecnologia per la formatura e la fusione della ghisa malleabile è simile a
quella usata per la ghisa grigia.
� Dopo la solidificazione ed il raffreddamento, il metallo è nello stato di ghisa bianca.
Per questo attacchi, distributori, canale di colata e materozze possono facilmente
essere rimossi per frattura. L’operazione è generalmente condotta manualmente
con martelli, perché la diversità dei getti prodotti in fonderia rende difficile la
meccanizzazione. Dopo questa fase, sistema di colata e di alimentazione tornano
alla fusione, mentre i getti sono destinati al trattamento termico
� Il trattamento termico successivo dei getti è realizzato in forni continui ad atmosfera
controllata o in forni non continui, in funzione della numerosità dei lotti
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Ghise sferoidali (Europa) – Ghise duttili o nodulari
(USA)
� Realizzate nel 1948
� Durante la solidificazione
della ghisa grigia, la grafite è
portata a solidificare in
forma di sferoidi (invece che
in lamelle), grazie ad alcuni
elementi come Mg, e Ce, che
alterano il meccanismo della
solidificazione
� Dal punto di vista delle
proprietà meccaniche, la
ghisa sferoidale può essere
confrontata ad un acciaio
comune
� Nella fabbricazione dei getti,
rimane comunque
confrontabile (in termini di
colabilità e ritiro) ad una
ghisa grigia
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� L’elemento più efficace ed economico è il Mg, che deve essere aggiunto in tenori
sufficienti a bilanciare lo S e lasciare un residuo di 0.004%-0.006%. Per ridurre le
perdite è introdotto in lega con altri elementi (T ~ 1500°C).
� A differenza delle ghise grigie che sono leghe ipoeutettiche, le ghise sferoidali sono
leghe ipereutettiche (%C = 3.4 - 4, %Si = 2 - 3%, Mn = 0.1 - 0.8, %P < 0.01, %S <
0.02) in quanto CE > 4.3%
� Durante la solidificazione proeutettica, si ha la formazione degli sferoidi di grafite
che hanno un movimento ascensionale; per CE>4.6% gli sferoidi galleggiano e
tendono a depositarsi sulla superficie superiore della forma
� Nella solidificazione eutettica, si avrà ulteriore precipitazione di noduli di grafite
che saranno ricoperti da un guscio di austenite
� Nel successivo raffreddamento si avrà la segregazione del carbonio dell’austenite
sugli sferoidi esistenti.
� In funzione della sezione del getto, raggiunta la temperatura eutettoidica,
l’austenite si trasformerà in ferrite (favorita da Si e da lenti raffreddamenti), oppure
in ferrite/perlite o perlite, per maggiori velocità di raffreddamento
Inoculazione Solidificazione e raffreddamento
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� Resistenza all’usura
� Tenacità e duttilità, che permette
anche lavorabilità a caldo per
deformazione plastica
� più costosa della ghisa grigia
� la forma sferoidale della grafite non
interrompere la continuità della
matrice della ghisa ed eliminare così la
prima causa di fragilità
� Trattabile termicamente
� Stabilizzazione (540 - 600°C): per
eliminare tensioni interne
� Ricottura (850 - 920°C): per
ottenere una struttura ferritica, e
quindi la massima deformabilità
plastica
Ghisa Sferoidale: Proprietà
� Normalizzazione (900°C): struttura perlitica; seguita da stabilizzazione
� Bonifica; si preferisce una matrice iniziale di tipo perlitica
� Tempra superficiale (alla fiamma o ad induzione)
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� Buona lavorabilità alle macchine utensili, superiore a parità di durezza all’acciaio
ed alla ghisa comune.
� La colabilità di questa ghisa è superiore nettamente a quella della ghisa malleabile
e dell’acciaio e permette di colare getti molto complicati.
� La resistenza alla corrosione atmosferica è pari a 5 volte quella dell’acciaio al
carbonio.
� La resistenza all’ossidazione e notevolmente migliore rispetto alla ghisa a grafite
lamellare
Ghisa sferoidaleApplicazioni tipiche
EN-GJS-400-18
Getti a tenuta, corpi compressore, valvole, cilindri, corpi pompa, bielle, applicazioni ad elevata temperatura con massima tenacità, applicazioni richiedenti elevata resistenza agli urti termici...
EN-GJS-500-10Applicazioni in cui si richieda una struttura perlitica ed un elevata resistenza a trazione...
EN-GJS-600-6Ingranaggi, camme, cuscinetti, pistoni, alberi a gomito, pulegge...
Ghisa Sferoidale: Proprietà e campi di applicazione
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Tecnologia Meccanica II Prof. Luigi Tricarico5, 7/03/2013
DenominazioneCaratteristiche
meccaniche
Spessore medi del getto in mm
S<30 30 < S < 60 60 < S < 200
EN-GJS-350-22R, MPa 350 330 320
Durezza, HB <160
EN-GJS-400-18R, MPa 400 390 370
Durezza, HB 140-200
EN-GJS-450-14R, MPa 450 430 400
Durezza, HB 160-210
EN-GJS-500-10R, MPa 500 450 420
Durezza, HB 170-230
EN-GJS-600-6R, MPa 600 600 550
Durezza, HB 190-250
EN-GJS-700-4R, MPa 700 700 660
Durezza, HB 240-310
Ghise Sferoidali: Caratteristiche meccaniche
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� %Si > 3 promuove la formazione di una pellicola superficiale protettiva negli ambienti
ossidanti
� %Cr < 35 favorisce la formazione di un ossido protettivo agli ambienti ossidanti
� %Ni < 32 migliora la resistenza agli ambienti riducenti e all’abrasione (Ni-hard)
� %Cu < 6 migliora la resistenza all’acido solforico e aumenta la resistenza all’usura per
sfregamento (tamburi freno, cilindri motori a scoppio)
� Rm = 90 - 130MPa
Ghise legate: resistenti alla corrosione
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� Non deve avere una eccessiva dilatazione per grafitizzazione
� La penetrazione dell’ossigeno deve essere limitata
� Deve avere una buona resistenza alla formazioni di cricche per urto termico
� Si, Cr promuovono la formazione di uno strato protettivo
� Ni, Mo aumentano la tenacità ed Rm ad elevata Temperatura
� Mn, P, Cr, Mo, V riducono dilatazione della ghisa, in quanto stabilizzano i carburi
Ghise legate: resistenti al calore