Come si ottengono le ghise sferoidali: composizione, processi e trattamenti

Per realizzare le ghise sferoidali, è necessario scegliere correttamente la composizione degli elementi e procedere con i trattamenti di inoculazione e sferoidizzazione.

L’inoculazione permette di favorire la formazione di grafite; la sferoidizzazione, che consiste in una calibrata aggiunta di magnesio, serve a far sì che la grafite appena formata si accresca con geometria, appunto, sferica.

Scelta della composizione

L’ottenimento di grafite sferoidale è tipicamente associato alla presenza di silicio, che è l’elemento maggiormente impiegato come grafitizzante e si usa in percentuali comprese tra il 2,5 e il 4,0%, e di magnesio, che (influenza il meccanismo di accrescimento della grafite, favorendo la morfologia sferica se opportunamento dosato (0,4-0,7%), per evitare una serie di effetti collaterali negativi.

Il silicio svolge, inoltre, anche una funzione ferritizzante (che favorisce, cioè, la formazione di ferrite, come risultato della decomposizione dell’austenite). Se si vuole invece privilegiare una matrice di tipo perlitico, l’elemento più utilizzato è il rame.

Trattamento di inoculazione

Per contrastare una serie di fattori cinetici che favoriscono la formazione indesiderata di cementite durante la solidificazione, con il trattamento di inoculazione si agevola il meccanismo di nucleazione della grafite, fornendo agenti nucleanti eterogenei (aggiunta di ferroleghe o di composti specifici).

Trattamento di sferoidizzazione

Viene effettuata aggiungendo una quantità calibrata di magnesio e contrastando, con varie tipologie di accorgimenti (in siviera, a filo, in-mold), i fenomeni di evanescenza (perdita di magnesio per effetto di evaporazione, ossidazione, formazione di composti indesiderati).

Ghise sferoidali: caratteristiche microstrutturali

Per quanto riguarda le caratteristiche microstrutturali di una ghisa sferoidale si devono considerare, oltre alla presenza di sferoidi di grafite (la cui qualità può essere valutata determinando la percentuale di nodularità mediante analisi di immagine interfacciata con il microscopio metallografico), anche la presenza caratterizzante nella matrice di ferrite o di perlite, o di entrambe, in quantità variabili a seconda della composizione e delle condizioni di raffreddamento.

GJS/400-18 o ghise ad alto silicio [1]
(matrice ferritica)

GI5/600-3
(matrice ferritico-perlica)

GI5/800-2
(matrice perlitica)

Ghise sferoidali: caratteristiche meccaniche

La grafite sferoidale assicura, rispetto alle altre categorie di ghisa, un’elevata duttilità. La combinazione delle quantità di ferrite e di perlite nella matrice determina le caratteristiche meccaniche.

Una matrice completamente perlitica massimizza la resistenza a trazione (fino a 700-800 MPa), con livelli sufficienti (alcuni punti percentuali) di allungamento a rottura. Una matrice completamente ferritica massimizza la duttilità (15-18%), a scapito della resistenza a trazione (circa 400 MPa).

Caratteristiche di impiego delle ghise sferoidali

Le ghise a grafite sferoidale (Spheroidal Graphite Cast Irons, SGCI) sono una famiglia di materiali che competono favorevolmente con gli acciai nelle applicazioni strutturali. La loro microstruttura, oltre che dalla grafite, è costituita da una matrice che può combinare variamente ferrite e perlite, e che permette “modulare” il comportamento meccanico.

Per questi motivi, la ghisa sferoidale è un materiale oggi molto diffuso che ha saputo trovare spazio in numerosissimi impieghi nei più svariati campi di applicazione. Grazie ai nuovi gradi di ghise sferoidali ferritiche rafforzate in soluzione solida, note anche come ghise sferoidali ad alto silicio (si veda la normativa EN 1563), i campi applicativi sono aumentati ulteriormente.

La ghisa sferoidale, nei suoi vari gradi, viene utilizzata per realizzare componenti meccanici per impieghi industriali, macchine agricole e movimento terra, per veicoli off road e on road, nei settori ferroviari, idraulico e oleodinamico.

Tra le applicazioni più comuni che impiegano componenti in ghisa sferoidale, possiamo citare:

Componenti per macchine movimento terra e macchine agricole

Ruote motrici

Ruote motrici

Componenti per i riduttori epicicloidali e a vite senza fine

Portasatelliti a 1, 2 e 3 stadi

Mozzi portasatellite

Componenti per i sistemi di sospensioni dei veicoli automotive, off road e on road

Bracci sospensione

Fusi a snodo

Componenti per i carrelli ferroviari

Supporto cuscinetti

Scatole freno

Componenti per motori idraulici e pompe oleodinamiche

Corpi motore

Testate pompa

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Material properties – Ductile Iron Structural grades

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