Le basi della fonderia – Breve introduzione sulla fonderia

• Storia della fonderia di ghisa: una continua evoluzione
• Il processo di fonderia
• Costituenti microstrutturali di una ghisa
• Classificazione delle ghise

La storia della fonderia, in particolare per quanto riguarda i processi di fusione della ghisa, ha origini molto lontane. La mitologia greca e latina presenta Vulcano ed Efesto come divinità in grado di produrre e lavorare, con il fuoco e con il calore, metalli e leghe.

La nascita della fonderia, che fa parte della storia dell’umanità, viene fatta risalire al 4000 a.C. Tuttavia, il più antico getto finora rinvenuto è una rana in rame, realizzata in Mesopotamia intorno al 3200 a.C.

Numerosi altri esempi di prodotti realizzati con tecniche fusorie sono databili al 2800 a.C., in Egitto. Nel 1300 a.C., sotto la dinastia Shang, in Cina, si sviluppò la tecnologia della colata in sabbia. I primi reperti di manufatti in ghisa realizzati in fonderia sono databili nel 500 a.C., sempre in Cina, e attorno al 200 a.C. risalgono i primi esempi di armi e decorazioni realizzati con processi di fonderia di ghisa.

Passando a periodi molto più recenti, va menzionato lo sviluppo della fonderia associato, nel Medioevo, alla realizzazione di cattedrali e chiese e alla produzione di campane in bronzo. È in quel periodo che la fonderia smette di essere “solo” un’arte e diviene una tecnologia, con un potenziale tutto da scoprire.

Nel 1313 venne realizzato il primo cannone in ghisa. Circa 150 anni dopo, il senese Vannoccio Biringuccio, scrisse “De Le Pirotechnia”, un trattato sulla fonderia suddiviso in 10 sezioni (minerali, saggiatura, fusione, alligazione, colata, ecc.).

La prima fonderia americana venne fondata nel 1645, nel Massachusetts. Un’altra tappa importante viene collocata intorno al 1760, con l’utilizzo di binari in ghisa per il trasporto del materiale estratto dalle miniere di carbone nella contea inglese dello Shropshire.

Si arriva quindi alla seconda metà dell’Ottocento, in cui la fonderia, essenziale per la realizzazione di manufatti e componenti in acciaio e ghisa, contribuisce in maniera decisiva ai processi di trasformazione delle città e allo sviluppo dell’industrializzazione.

Un processo di fonderia (o di formatura per colata) consiste, molto schematicamente, nel colare una lega metallica allo stato liquido all’interno di uno stampo, la cui cavità riproduce, in negativo, la geometria del pezzo da ottenere. Una volta riempito lo stampo, la lega inizia a raffreddarsi e a solidificare, assumendo così la forma desiderata.

La gamma dei processi di fonderia è però particolarmente ampia, ed è il loro stesso numero a testimoniarne la versatilità. Versatilità significa che progettisti e utenti finali hanno una vasta possibilità di scelta e una notevolissima flessibilità operativa per soddisfare i requisiti imposti al componente da produrre.

Esistono diversi criteri per classificare i processi di formatura per colata; il più semplice individua due categorie:

• processi in cui la forma, realizzata in materiale refrattario, è “a perdere”, cioè viene distrutta alla fine di ogni ciclo produttivo;
• processi in cui lo stampo, realizzato in acciaio, è “permanente”, cioè può essere riutilizzato per un numero anche molto elevato di cicli produttivi;

Ogni processo offre precisi vantaggi e benefici, soprattutto se utilizzato tenendo conto della lega da colare e della tipologia di componente da produrre. In linea di massima, per la scelta corretta di un processo di fonderia, è necessario tener conto di alcuni requisiti:

• qualità superficiale del getto;
• accuratezza dimensionale richiesta;
• numero di getti da produrre;
• costi di realizzazione dello stampo o della forma;
• tipologia di attrezzature di formatura (cioè necessarie a realizzare forme o stampi).

Il processo individuato ha un ruolo diretto ed essenziale nel determinare la microstruttura, la qualità e le prestazioni finali del getto prodotto.

La ghisa è un materiale composito, con una matrice ferrosa (che può assumere diverse caratteristiche microstrutturali: perlite, ferrite, ausferrite) e la presenza di strutture grafitiche. La combinazione tra le microstrutture ferrose e le caratteristiche dimensionali e morfologiche della grafite determina le prestazioni applicative dei componenti realizzate in ghisa.

Proprio grazie alle condizioni e alle soluzioni operative rese possibili dai processi di fonderia, vengono prodotte differenti tipologie di ghise:

• ghise bianche: con presenza di cementite eutettica
• ghise grafitiche: grigie, sferoidali, a grafite compatta.

Mediante trattamenti termici è possibile un ulteriore controllo dell’evoluzione microstrutturale, ottenendo per esempio le ghise malleabili e le ghise sferoidali austemperate.