Indagini chimiche, microstrutturali, termiache

Analisi della composizione chimica

Le caratteristiche microstrutturali e tecnologiche delle ghise e, in generale, di tutte le leghe metalliche dipendono primariamente dalla loro composizione chimica. Variazioni anche di limitata entità del contenuto di elementi come Carbonio, Silicio, Magnesio possono completamente stravolgere microstruttura e prestazioni di una ghisa. Per questi motivi, il controllo della composizione è essenziale e avviene con metodologie differenti, anche a seconda degli elementi chimici da individuare e quantificare. Una determinazione accurata della presenza e della quantità dei vari elementi avviene per via spettrometrica attraverso l’utilizzo di quantometri; la determinazione di elementi quali carbonio e zolfo viene effettuata ossidando il campione e rilevando gli ossidi ottenuti mediante celle a infrarossi.

Una procedura certamente accurata, ma anche più onerosa in termini di tempo, è quella per “via umida”. Questo tipo di analisi consiste nel dissolvere il campione in acido e nell’analizzare la concentrazione degli elementi ricercati nella soluzione ottenuta con tecniche di analisi classica e strumentale: spettrofotometria, gravimetria o titolazione; assorbimento atomico; spettroscopia ad emissione ottica; spettrometria di massa.

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Indagini microstrutturali

La microstruttura di una ghisa (tipologia e forma della grafite, presenza o meno di cementite, quantità di ferrite, perlite, ausferrite, ma anche eventuale presenza di inclusioni e difetti) è essenziale nel determinare il comportamento in esercizio. Proprio per questo motivo è necessario analizzare sistematicamente le caratteristiche microstrutturali delle ghise, utilizzando varie procedure e strumentazioni metallografiche. La ghisa, dopo la lucidatura ed eventuale attacco chimico, viene osservata al microscopio ottico, evidenziando e identificando i vari costituenti microstrutturali. Mediante sistemi di analisi di immagine interfacciati al microscopio metallografico è possibile quantificare le percentuali dei costituenti e i parametri morfologici della grafite (nodularità, diametro equivalente, ecc.). Informazioni più specifiche e “locali” su microstruttura e composizione si possono ottenere mediante la microscopia elettronica a scansione (SEM), abbinata ad una microsonda EDS.

Analisi al microscopio sulla ghisa in Zanardi Fonderie
Metallografia – Tecniche macroscopiche
Metallografia – Tecniche microscopiche
Microscopio elettronico

Analisi termiche

La microstruttura di una ghisa si sviluppa progressivamente durante la solidificazione e il successivo raffreddamento. Tutte le trasformazioni di fase sono peraltro associate allo sviluppo o all’assorbimento di calore, che si sovrappongono ai fenomeni di scambio termico indotti dalla forma e dall’ambiente esterno. Una curva di raffreddamento descrive quindi l’andamento della temperatura dal momento in cui la ghisa inizia a solidificare fino a quando giunge a temperatura ambiente. Dalle curve di raffreddamento è possibile quindi individuare le temperature critiche di trasformazione, monitorare la genesi dei vari costituenti microstrutturali e di conseguenza capire se il livello qualitativo della ghisa che si sta producendo è conforme ai requisiti di progetto.

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