Ghisa (metallurgia)

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May 24, 2022

La ghisa, in metallurgia, è una lega di ferro e carbonio con un contenuto superiore al 2%. Il carbonio, che è sovrasaturo nelle ghise, può precipitare sotto forma di grafite o cementite Fe3C. Si differenziano dalle altre leghe di ferro per la loro eccellente scorrevolezza. Esistono diverse classificazioni delle ghise, ma la più diffusa, basata sulla facies di frattura di un testimone, definisce due categorie: ghise bianche, a rottura bianca, costituite da ferro e cementite, e ghise grigie, a rottura grigia, composto da ferro e grafite.

Caratteristiche

Le ghise sono tutte leghe. Si distinguono dalle altre leghe per la loro ottima scorrevolezza (questo termine unisce l'inerzia termica e la fluidità della lega fusa, viene misurata in maniera standardizzata da una provetta a spirale di sezione triangolare). La ghisa ha un punto di fusione compreso tra 1135 e 1350°C, in funzione essenzialmente della percentuale di carbonio e silicio che contiene. Quando è fuso, il suo contenuto massimo di carbonio dipende dalla sua temperatura. Al momento della solidificazione, la quantità di carbonio che precipita sotto forma di grafite nella matrice metallica dipende dagli altri elementi presenti (principalmente silicio) e dalle velocità di raffreddamento. Può essere un precursore nella produzione di acciaio dal minerale di ferro. È la lega che esce dall'altoforno e che sarà raffinata in acciaio (mediante decarburazione). Viene poi chiamata ghisa grezza, per distinguerla dalla ghisa da fonderia, generalmente risultante da una fusione a cubilotto, di determinata composizione, e destinata alla produzione di getti.

Storia

La ghisa fu scoperta in Cina durante il periodo degli Stati Combattenti (IV secolo aC). In Europa fu nel corso del XIX secolo che la ghisa assunse un posto essenziale nell'economia, con la generalizzazione del "processo indiretto" (produzione di ferro in altoforno con ottenimento della ghisa come prodotto intermedio). La ghisa veniva prodotta negli altiforni a carbone. Abraham Darby, che in origine era un torrefattore di malto (per fare la birra), riuscì a produrre la ghisa usando la coca (il "coak" che fu poi scritto "coke", dall'inglese to cook). Nel 1709, utilizzando carbone a basso tenore di zolfo, realizzò la prima ghisa da coke nella sua fabbrica di Coalbrookdale. Ma il prodotto, ritenuto di qualità inferiore rispetto alla ghisa a legna, impiegò cinquant'anni per affermarsi e diventare uno dei principali prodotti dell'industrializzazione. Tra il 1777 e il 1779, Abraham Darby III costruì a Coalbrookdale l'Iron Bridge, il primo grande ponte metallico della storia, interamente in ghisa. La produzione di ghisa cotta a legna tuttavia persisteva, in parte per il protezionismo praticato dai paesi produttori (Francia, Germania), in parte per la qualità attribuita a questo tipo di ghisa e per la riluttanza di alcuni fabbri.

Composizioni di caratteri

Da un punto di vista chimico, le ghise sono leghe ferro-carbonio contenenti una fase eutettica, detta ledeburite. Sul diagramma di fase ferro-carbonio metastabile si tratta quindi di leghe ferro-carbonio aventi più del 2,11% di carbonio (ma tale diagramma non è più valido in presenza di elementi di lega). Le diverse ghise si distinguono per la loro percentuale di carbonio. Nel caso di una lega pura di ferro e carbonio (caso teorico perché la ghisa contiene sempre silicio e manganese in quantità significative), si rilevano le seguenti soglie: ghisa ipoeutettica: da 2,11 a 4,3% di carbonio; ghisa eutettica: 4,3% di carbonio; questa ghisa ha la temperatura di fusione più bassa a 1.148 ° C; gesso ipereutettico: da 4,3 a