Storia della ghisa e della fonderia

Nella storia, la ghisa e la fonderia sono imprescindibilmente legati. I componenti in ghisa nascono grazie alle tecnologie di fonderia, che, opportunamente gestite, permettono di controllare la microstruttura e le proprietà della ghisa.

Storia della ghisa: un materiale facile da fondere e da colare

La parola italiana “ghisa” rivela una chiara relazione con il tedesco “gusseisen”, che significa “ferro colato”. In altri termini, già dal punto di vista semantico, la ghisa è intrinsecamente e indissolubilmente legata al processo di fonderia.

Vi sono due semplici motivazioni metallurgiche al riguardo:

  • Nel sistema Ferro-Carbonio, se si considerano gli acciai, la temperatura di fusione si aggira intorno ai 1500 °C (con variazioni relativamente limitate, a seconda della composizione specifica); per quanto riguarda le ghise, invece, queste presentano usualmente una composizione prossima all’eutettico, con una temperatura di fusione quindi nell’ordine dei 1150 °C. È quindi molto più semplice (e molto meno dispendioso a livello energetico) fondere una ghisa piuttosto di un acciaio;
  • Per le sue caratteristiche microstrutturali intrinseche, la ghisa non offre livelli di deformabilità tali da permettere processi quali la laminazione o la trafilatura. L’unica possibilità di realizzare manufatti in ghisa è, di fatto, associata ai processi di fonderia.

Per le temperature in gioco, la fonderia di ghisa richiede l’utilizzo di forme a perdere, realizzate di solito con sabbia silicea, la cui consistenza viene assicurata dall’impiego di leganti organici o inorganici.

La produzione di ghise di qualità via via migliorata, a partire dalla seconda metà del 1800, è stata realizzata grazie a una crescente capacità di controllo microstrutturale, quali:

  • ottimizzazione della composizione
  • trattamenti di inoculazione
  • trattamenti di sferoidizzazione
  • effettuazione di trattamenti termici quali la malleabilizzazione e l’austempering

Esempi storici di getti in ghisa

I primi tentativi di produzione di manufatti in ghisa vengono fatti risalire intorno al 4.000 AC, probabilmente in Anatolia (Armenia), in Mesopotamia (Iran) e in Cina. Le tecniche produttive vennero progressivamente affinate, ed esempi di armi realizzate in ghisa sono databili intorno al 3.000 AC. La possibilità di migliorare le prestazioni meccaniche di questi manufatti può essere invece collocabile intorno al 1.000 AC, in Grecia.

La “facilità” di colare le ghise permise di realizzare manufatti artistici, anche di dimensioni enormi. Si può citare il Leone in ghisa di Cangzhou, alto quasi sei metri e del peso stimato di circa 40 tonnellate, realizzato nel 953 DC (Figura 1).

Altrettanto interessante può essere considerato il sistema di tubi in ghisa (35 km di lunghezza complessiva) prodotto nella seconda parte del 17° secolo per alimentare le fontane della Reggia di Versailles.

Degno di menzione è anche il cosiddetto “fer de Berlin”, con il quale all’inizio del 1800 la Prussia rimpiazzò l’oro (necessario per finanziare la guerra a Napoleone) nella gioielleria (Figura 2).

Figura 1 – Leone in ghisa di Cangzhou

Figura 2 – Bracciale realizzato in “Fer de Berlin”

Il Leone di Cangzhou

Il leone di ferro di Cangzhou è il simbolo dell’omonima città cinese situata nella provincia di Hebei, a circa 180 km da Pechino. Si tratta dell’opera d’arte in ghisa più grande e antica della Cina e per la città di Cangzhou è una vera e propria icona di storia e cultura.

In origine era probabilmente esposta all’interno di un tempio buddista e si pensa che, sul trono a forma di vasca, trasportasse la statua in bronzo del bodhisattva Manjusri, rimossa quando il valore del bronzo ha iniziato a crescere.

Il leone di ferro di Cangzhou è alto 5,78 m, lungo 6,5 m, largo 3,17 m e pesa circa 40 tonnellate. In onore della statua in ghisa, Cangzhou è anche chiamata la “città del leone” e una birra locale, la “Cangzhou Lion Beer”, prende il nome proprio da quest’opera.

Ghisa: un materiale in continua evoluzione

La ghisa è una lega ferro-carbonio con tenore di carbonio relativamente elevato (teoricamente compreso tra il 2,06% e il 6,67%). Il comportamento allotropico del ferro (variazione, con la temperatura, della struttura cristallina), la diversa solubilità del carbonio nelle varie strutture cristalline del ferro, la possibilità che il carbonio reagisca con il ferro formando un carburo (Fe3C), detto cementite, o che sussista come grafite, determinano la presenza, nei vari tipi di ghisa, di differenti combinazioni microstrutturali. In questo senso, si può certamente affermare che le ghise sono forse il primo materiale composito realizzato su scala industriale.

Grafite, cementite, austenite, ferrite, perlite, sono i costituenti strutturali che, opportunamente dosati, consentono di ottenere buone e, talora, eccellenti caratteristiche meccaniche.

Le ghise sono però anche un materiale “tradizionale” che come pochi altri ha saputo evolversi, grazie al continuo miglioramento delle caratteristiche microstrutturali: si pensi al passaggio dalle ghise grigie, alle ghise malleabili, alle ghise sferoidali e alle ghise austemperate.

Tradizione e innovazione sono quindi un binomio fondamentale per l’applicazione delle ghise.

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