La fusione dei metalli ferrosi è un processo produttivo fondamentale che prevede il versamento di leghe ferrose fuse (principalmente leghe a base di ferro) in uno stampo prefabbricato, seguito dal raffreddamento e dalla solidificazione, al fine di ottenere pezzi fusi con forme, dimensioni e proprietà meccaniche specifiche.
In quanto tecnologia fondamentale nel settore manifatturiero, trova ampia applicazione in vari ambiti grazie al suo rapporto costo-efficacia, alla sua adattabilità e alla sua capacità di produrre componenti dalle forme complesse.
Principali tipi e applicazioni della fusione di metalli ferrosi
| Tipo | Caratteristiche principali | Applicazioni tipiche |
| Ghisa grigia | Grafite in scaglie, buon assorbimento degli urti, facile lavorazione, basso costo | Blocchi motore, dischi freno, basamenti di macchine utensili, corpi pompa |
| Ghisa sferoidale | Trattamento di sferoidizzazione, grafite sferoidale, eccellente resistenza e tenacità | Alberi a gomiti, ingranaggi, condotte ad alta pressione, coperchi dei pozzetti |
| Ghisa bianca | Elevata durezza, buona resistenza all'usura, estrema fragilità | Sfere di macinazione, rivestimenti per mulini, componenti resistenti all'usura |
| Ghisa malleabile | Ricotto per ottenere grafite flocculante, con buona tenacità | Raccordi per tubi, staffe, componenti per macchine agricole |
| Acciaio fuso | Basso tenore di carbonio, elevata resistenza meccanica, buona resistenza agli urti | Strutture per impieghi gravosi, macchinari edili, recipienti a pressione |
Fasi del processo di fusione dei metalli ferrosi
Per "fusione ferrosa" si intende principalmente la produzione di getti in ghisa e acciaio fuso. Il flusso di processo complessivo è simile. Di seguito è riportato un processo di produzione chiaro e ben strutturato, adatto alla redazione di documenti tecnici o alla comunicazione con i clienti esteri.
I. Panoramica del flusso di processo complessivo
1. Progettazione dei processi e realizzazione degli stampi
2. Stampaggio / Realizzazione delle anime
3. Fusione del ferro fuso / dell'acciaio fuso
4. Versare
5. Agitazione e pulizia
6. Trattamento termico
7. Finitura, controllo qualità e stoccaggio
II. Descrizione dettagliata delle fasi
1. Progettazione dei processi e realizzazione degli stampi
– Progettare il processo di fusione in base al disegno del pezzo: determinare il sistema di colata, il canale di alimentazione, il coefficiente di ritiro, lo spessore delle pareti, ecc.
– Realizzare stampi in legno, metallo o plastica.
– Per la fusione a cera persa (fusione di precisione), realizzare prima i modelli in cera.
2. Stampaggio e realizzazione delle anime
– Stampaggio: realizzare lo stampo utilizzando sabbia da fonderia, sabbia resinosa, sabbia al silicato di sodio, ecc.
– Realizzazione dell’anima: realizzare l’anima in sabbia per definire la struttura interna della cavità del pezzo fuso.
– Assemblare lo stampo e bloccarlo per procedere al getto.
3. Fusione di metalli ferrosi
– Fondere ghisa grezza, rottami di ritorno e acciaio in impianti quali la cupola e il forno elettrico a media frequenza.
– Regolare la composizione: carbonio, silicio, manganese, zolfo, fosforo ed elementi di lega.
– Per la ghisa sferoidale sono necessari anche il trattamento di sferoidizzazione e quello di inoculazione.
4. Colata di metalli ferrosi
– Versare nel stampo il ferro fuso o l’acciaio fuso ad alta temperatura (circa 1350–1450 ℃ per la ghisa, temperature più elevate per l’acciaio fuso).
– Controllare la temperatura e la velocità di colata per evitare la formazione di bolle, inclusioni e colata insufficiente.
5. Agitazione e pulizia
– Una volta che il pezzo fuso si è raffreddato, toglierlo dallo stampo e scuoterlo per rimuovere la sabbia di formatura.
– Tagliare il sistema di colata e il canale di alimentazione.
– Rimuovere la patina di ossido superficiale e le sbavature mediante granigliatura o sabbiatura.
6. Trattamento termico
Sia la ghisa che l'acciaio fuso richiedono solitamente un trattamento termico per migliorarne le prestazioni:
– Ghisa grigia: ricottura di distensione
– Ghisa sferoidale: ricottura, normalizzazione, tempra e rinvenimento
– Acciaio fuso: normalizzazione, rinvenimento, tempra e rinvenimento, ecc.
Scopo: migliorare la resistenza e la tenacità, eliminare le tensioni interne e stabilizzare le dimensioni.
7. Rifinitura e controllo qualità
– Levigare e correggere le deformazioni.
– Controllo dimensionale e prove sulle proprietà meccaniche.
– Prove non distruttive (UT/MT/PT, ecc.).
– Una volta superata l'ispezione, il pezzo può essere sottoposto a lavorazione meccanica oppure consegnato direttamente.
III. Breve sintesi (adatta per la comunicazione esterna)
Il processo di fusione dei metalli ferrosi è il seguente: realizzazione dello stampo → realizzazione dello stampo in sabbia → fusione del ferro/acciaio → colata nella cavità per il raffreddamento → pulizia della sabbia e rimozione del sistema di colata e del montante → rafforzamento tramite trattamento termico → ispezione e consegna dopo il superamento dei controlli.
Note fondamentali per lo stampaggio e la realizzazione delle anime nella fusione dei metalli ferrosi
Nella fusione dei metalli ferrosi (compresi la ghisa e l'acciaio fuso), la formatura e la realizzazione delle anime sono i due processi più critici che determinano l'aspetto, la precisione dimensionale e la presenza di difetti interni dei pezzi fusi. Una negligenza in uno qualsiasi dei due processi può facilmente portare a difetti quali bolle, inclusioni di sabbia, deformazioni, adesione della sabbia e scostamenti dimensionali.
Di seguito sono riportati i punti chiave da tenere presenti nella produzione effettiva; si tratta di indicazioni concise, pratiche e adatte ad essere inserite nei documenti tecnici o nella comunicazione con i clienti esteri.
Note chiave sul processo di formatura nella fusione di metalli ferrosi
1. Controllo delle proprietà della sabbia da formatura
– Mantenere costanti la resistenza, la permeabilità all’aria, il contenuto di umidità e la compattezza della sabbia da formatura.
– Un contenuto di umidità eccessivo provoca la formazione di bolle d’aria; un contenuto di umidità insufficiente comporta una scarsa comprimibilità della sabbia da formatura e una maggiore tendenza della sabbia ad attaccarsi.
– Una permeabilità all’aria insufficiente impedirà lo scarico del gas durante il getto, causando la formazione di bolle d’aria e l’accumulo di gas nello stampo.
2. Gestione degli stampi
– La superficie del modello deve essere liscia e occorre applicare correttamente un agente distaccante per evitare che lo stampo si attacchi.
– Verificare le dimensioni del modello, il raccordo e l’angolo di sformo per evitare danni alla cavità dello stampo durante la lavorazione del modello.
– Correggere tempestivamente gli stampi deformati; in caso contrario, i pezzi fusi presenteranno scostamenti dimensionali.
3. Riempimento con sabbia e compattazione
– Compattare la sabbia strato per strato per evitare che in alcuni punti risulti troppo friabile o eccessivamente compatta.
– La sabbia sciolta provoca il dilavamento della sabbia, la formazione di inclusioni di sabbia e il crollo dello stampo.
– Una sabbia eccessivamente compattata comporta una scarsa permeabilità all’aria e la formazione di bolle d’aria.
– Concentrarsi sulla compattazione degli angoli e delle nervature sottili per evitare il dilavamento della sabbia.
4. Disegno dei modelli e riparazione degli stampi
– Tracciare il disegno in modo deciso e in verticale per evitare di graffiare la cavità dello stampo.
– Riparare tempestivamente eventuali perdite di sabbia, crepe e parti allentate della cavità dello stampo.
– La superficie della cavità dello stampo deve essere piana e liscia per ridurre la presenza di bave e sbavature.
5. Sistema di gating, riser e sfiato
– La posizione, le dimensioni e l’orientamento del sistema di colata devono essere adeguati per evitare il lavaggio diretto della sabbia da fonderia.
– Il canale di colata deve essere disposto correttamente per garantire l’alimentazione e prevenire la formazione di cavità da ritiro e porosità da ritiro.
– Il canale di sfiato deve essere libero da ostruzioni per evitare l’intrappolamento dell’aria e la formazione di bolle.
6. Assemblaggio e posizionamento dello stampo
– Assicurarsi che gli stampi superiore e inferiore siano posizionati correttamente per evitare lo spostamento dello stampo e la deviazione dell’anima.
– Sigillare accuratamente la fessura del gruppo stampo per evitare fuoriuscite di metallo e bave.
– Pulire la sabbia in eccesso presente nella cavità dello stampo dopo l’assemblaggio per evitare inclusioni di sabbia.
Punti chiave del processo di realizzazione degli anime nella fusione dei metalli ferrosi
1. Proprietà della sabbia per nuclei
– La sabbia per nuclei deve avere un’elevata resistenza meccanica, una buona resistenza alle alte temperature e una buona comprimibilità.
– La ghisa e l’acciaio fuso presentano temperature di colata elevate; la sabbia per anime con scarsa resistenza alle alte temperature può causare l’adesione e la sinterizzazione della sabbia.
– La permeabilità all’aria deve essere eccellente, poiché le anime sono particolarmente soggette alla formazione di bolle.
2. Rinforzo del nucleo e ventilazione
– Il rinforzo dell’anima (filo dell’anima) deve avere una resistenza sufficiente a impedire la deformazione e la rottura dell’anima.
– È necessario praticare fori o canali di sfiato per garantire lo scarico dei gas.
– Una scarica di gas insufficiente causerà la formazione di gravi bolle interne e pori nei pezzi fusi.
3. Dimensioni e deformazione del nucleo
– Controllare le dimensioni dell’anima durante la sua realizzazione per evitare che si deformi o si contorca.
– Le anime lunghe e sottili e quelle a sbalzo devono essere sostenute per evitare che galleggino o si spostino durante il getto.
– Una deviazione dell’anima causerà direttamente uno spessore irregolare delle pareti e lo scarto dei pezzi fusi.
4. Essiccazione e trattamento superficiale
– I nuclei devono essere completamente asciutti; l’umidità è la causa principale della formazione di bolle.
– Applicare un rivestimento (rivestimento in grafite, rivestimento in polvere di zirconio, ecc.) sulla superficie dell'anima:
Per evitare che la sabbia si attacchi;
Per migliorare la finitura superficiale dei pezzi fusi.
5. Posizionamento e fissaggio del nucleo
– Posizionare l'anima nella posizione corretta per garantire uno spessore uniforme delle pareti del pezzo fuso.
– Fissare saldamente il nucleo per evitare che galleggi e si sposti a causa della spinta idrostatica del metallo fuso.
– Sigillare lo spazio tra le impronte del nucleo per evitare fuoriuscite di metallo e sbavature.
Sintesi di Suijin Casting
In sintesi, la fusione dei metalli ferrosi è un processo affidabile, efficiente ed economico processo di produzione, che riveste un ruolo importante nell'industria manifatturiera globale e continuerà a svilupparsi di pari passo con il progresso tecnologico per soddisfare i requisiti sempre più rigorosi in materia di qualità e prestazioni richiesti dai vari settori industriali.
I punti fondamentali della stampaggio e della realizzazione delle anime possono essere riassunti in tre frasi:
1. Le proprietà della sabbia da formatura e della sabbia per anime sono stabili, e la permeabilità all'aria, la resistenza meccanica e la resistenza alle alte temperature sono conformi agli standard.
2. La cavità/l'anima dello stampo presenta dimensioni precise, una compattazione uniforme e un sistema di sfiato senza ostruzioni.
3. Il gruppo dello stampo e il posizionamento dell’anima sono accuratamente allineati e saldamente sigillati per evitare il galleggiamento dell’anima, lo spostamento dello stampo e il dilavamento della sabbia.
