Ghisa
| Ghisa | |
|---|---|
| Caratteristiche generali | |
| Composizione | Ferro e grafite (o cementite) %C>2,1 |
| Aspetto | grigio scuro |
| Stato di aggregazione (in c.s.) | solido |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Densità (g/cm3, in c.s.) | 7,9 |
| Temperatura di fusione (K) | 1350 °C |
| Proprietà meccaniche | |
| Resistenza a compressione (kgf/m2) | > 900 N/mm2 |
| Durezza Brinell (kgf/mm2) | >180 |
La ghisa (detta anche fino all'Ottocento ferraccio[1] per la minore qualità e la peggiore lavorabilità rispetto all'acciaio dolce) è una lega ferrosa costituita principalmente da ferro e carbonio con tenore di carbonio relativamente alto (2,06% < C < 6,67% che è il limite di saturazione) ottenuta per riduzione o trattamento a caldo dei minerali di ferro.
Le ghise si classificano come ipoeutettiche, eutettiche o ipereutettiche se il tenore di carbonio è rispettivamente minore di 4,3%, uguale a 4,3% o maggiore di 4,3%[2]. Le leghe ferrose con tenore di carbonio 0,08% < C < 2,06% sono gli acciai. La ghisa fonde a circa 1150 °C con tenore di carbonio 4,3% (punto eutettico). All'aumentare o al diminuire del tenore di carbonio la temperatura di fusione aumenta.
Produzione
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La produzione della ghisa avviene generalmente per riduzione degli ossidi di ferro mediante combustione di carbon coke a contatto con gli stessi, in apparecchiature chiamate altiforni. Il minerale viene disposto a strati alternati con carbon coke a basso tenore di zolfo; il ferro contenuto nel minerale, quando raggiunge lo stato fuso, cola verso il basso raccogliendosi in appositi contenitori.
A partire dagli anni novanta del novecento è disponibile industrialmente il processo Corex che può sostituire l'altoforno introducendo numerosi vantaggi, tra cui l'eliminazione della cokeria[3].
L'impiego principale della ghisa è quello intermedio nella produzione di acciaio, che si ottiene per decarburazione della ghisa in apparecchiature dette convertitori in cui viene insufflato ossigeno o aria: il gas, reagendo con il carbonio, ne riduce il tasso nel metallo fuso e viene evacuato come anidride carbonica.
Rispetto all'acciaio dolce (C < 1,5%), la ghisa presenta maggiore durezza, quindi maggior resistenza all'abrasione, e minore resilienza, quindi maggiore fragilità, inoltre ha un coefficiente di dilatazione termica più basso (10 ppm contro 12 ppm, cioè circa il 20% in meno), questa caratteristica, aggiunta all'effetto lubrificante del carbonio presente nella lega sotto forma di grafite, la rende adatta per accoppiamenti ove vi siano variazioni di temperatura. Inoltre la presenza del carbonio in elevata quantità nella ghisa ha una notevole attività antiruggine, così che spesso i manufatti in ghisa, e specialmente gli arredi urbani (panchine, fontanelle, chiusini), sono verniciati non al fine di una particolare protezione, ma solo per motivi estetici.
La struttura cristallina (microstruttura) discontinua della ghisa costituisce uno smorzatore delle vibrazioni meccaniche.
A differenza dell'acciaio, che può essere modellato in prevalenza solo per forgiatura dato che a temperatura di fusione si liquefa restando notevolmente viscoso, la ghisa, per la sua bassa viscosità alla temperatura di fusione, è usata in larga misura anche nella produzione di getti di fusione. Questi consistono nel realizzare la forma negativa di ciò che si vuole ottenere e con la successiva colata della ghisa liquida nello stampo che, andando a occupare la parte vuota, assume la forma desiderata. Le fusioni in ghisa con materiali di qualità permettono la realizzazione di forme complesse e dettagli minuti. Il raffreddamento dei getti influenza la struttura della ghisa che risulta bianca se il raffreddamento è rapido o grigio scura se il raffreddamento è lento.
In passato la fusione della ghisa avveniva esclusivamente in terra; poi si è passati alla fusione in conchiglia; oggi si è arrivati alla colata continua, da cui si ricava la ghisa che è denominata anche ghisa idraulica. Le barre a colata continua, grazie alle loro estrema compattezza e assoluta assenza di soffiature, si presentano qualitativamente ottime. Il procedimento di colata continua permette di ottenere una barra di profilo costante e inoltre le caratteristiche meccaniche risultano nettamente migliori, a parità di lega, di quelle di una tradizionale fusione in terra. Si può usare questo tipo di ghisa, come si desume dal nome, nella produzione di valvole e componenti idraulici senza il rischio di riscontrare trafili del fluido idraulico a causa delle soffiature.
Le caratteristiche che consentono il conveniente uso della ghisa in molte applicazioni sono:
- economicità nella produzione;
- resistenza all'usura;
- buona lavorabilità con macchine utensili;
- possibilità di realizzare forme molto complesse mediante semplice fusione;
- ottima fusibilità
- durezza, che come controparte comporta fragilità
Le eccellenti caratteristiche meccaniche del materiale e la facilità di formatura spiegano la sua diffusione nell'uso, anche in prodotti attuali di buona tecnologia, come i monoblocchi dei motori automobilistici. La facilità di fusione permette che questa operazione primaria sia anche quella definitiva per dare la forma (salvo le lavorazioni finali), mentre per l'acciaio le fucinature a caldo e le lavorazioni meccaniche a freddo sono energeticamente onerose ed impegnano riprese di lavorazioni, magazzinaggi e tempo.
Tipi di ghisa
La ghisa può essere classificata in[4]:
- Ghisa grigia;
- Ghisa bianca;
- Ghisa malleabile;
- Ghisa grigia lamellare, individuata dalle norme EN con la sigla GJL;
- Ghisa grigia sferoidale (detta anche duttile o nodulare), individuata dalle norme EN con la sigla GJS.
Storia della ghisa
Nel bacino del Mediterraneo si possono far risalire i primi tentativi di produzione della ghisa a oltre 1000 anni a.C.: i minerali ferrosi venivano riscaldati con carbone di legna in forge rudimentali. Lo sviluppo della ghisa iniziò in Europa in relativo ritardo, dato che i forni riuscivano solo saltuariamente a superare i 750 °C (temperatura di fusione minima della combinazione ferro - carbonio con presenza di carbonio del 0,81%).
Infatti il "ferro" veniva in realtà prodotto direttamente come "acciaio" in quanto il carbonio incombusto presente nel carbone di legna si combinava con il ferro. La massa arroventata e spugnosa prodotta veniva percossa, da cui la presenza di magli in prossimità di corsi d'acqua, fino ad espellere le impurità minerali contenute. L'operazione è chiamata puddellaggio. Durante l'operazione l'acciaio veniva sottoposto a numerose operazioni di ripiegatura che ne favorivano la formazione di fibre.
Nelle montagne sopra Bienno, in Val Camonica, è stato ritrovato un forno con un massello di "ferraccio" databile al 700 d.C. circa, segno dei buoni progressi tecnici dei forni, in grado di superare i 900 °C e di avvicinarsi ai 1200 °C.
La ghisa era un sottoprodotto indesiderato della produzione della spugna di ferro in bassoforni particolarmente efficienti. Trovava un limitato utilizzo, assieme al ferro dolce, nella produzione dell'acciaio a pacchetto. Per buona parte del Medioevo nell'Europa occidentale la produzione siderurgica continuò a essere basata sulla battitura delle spugne ottenute nei bassoforni.
Nei secoli successivi in diverse parti d'Europa un progressivo lavoro di affinamento dei metodi di costruzione dei forni portò alla realizzazione dei primi forni "a torre", antenati dei moderni altiforni, in varie forme.
Due dei più vecchi siti di produzione della ghisa mediante forni a torre sono stati trovati a Lapphyttan e Vinarhyttan, in Svezia, e sono datati tra il 1150 ed il 1350.
Mentre i forni a cupola per la produzione della spugna metallica necessitavano di essere distrutti alla fine della combustione, i cosiddetti "Stuckofen", forni "alla norvegese", e forni "alla bresciana" lavoravano con un processo continuo e consumavano meno combustibile, potendo produrre fino a 1.300–1.500 kg di ghisa al giorno consumando 3.000–3.200 kg di carbone di legna.
La ghisa era un ottimo materiale da fonderia, ma aveva scarse qualità meccaniche. Con le tecniche dell'epoca solo piccole quantità potevano essere decarburate per ottenere acciaio lavorabile; per questo motivo le forge catalane rimasero in uso in Europa e nel Nord America fino alla fine del XVIII secolo.
Al termine del XIV secolo iniziò a crearsi un mercato specifico della ghisa, spinto dalla necessità di produrre cannoni e palle da cannone, ed essa cominciò ad essere prodotta in diverse parti d'Europa in forni a torre che usavano il carbone di legna come agente riducente.
Il termine 'ghisa' deriva dal tedesco 'Gusseisen', che indica proprio la ghisa e che letteralmente significa 'ferro colato'[5].
Uso dialettale e figurativo del termine
A Milano "el ghisa" è l'appellativo familiare dato al vigile urbano, probabilmente a causa dell'uniforme nera, che appunto ricorda il colore dei getti di ghisa. Altri sostengono che questo appellativo sia dovuto allo stemma di ghisa che portano sul caschetto. L'origine più probabile è il fatto che il cappello a cilindro alto e grigio che i vigili portavano nel 1860 ricordava i tubi di ghisa di certe stufe o dei tubi di gronda che anticamente erano chiamati appunto "canón de stua", appunto "canna di stufa"[6].
Nel mondo dell'arrampicata alpinistica e sportiva il termine "ghisa" sta a sottolineare come i muscoli degli avambracci, dopo diversi sforzi, si siano induriti a tal punto da non riuscire più a decontrarsi e poter così generare una nuova contrazione. È frequente sentire espressioni del tipo "ho le braccia ghisate" oppure "sono ghisato" per intendere che il muscolo sia indurito a causa del soffocamento dei vasi sanguigni e all'impedito smaltimento di acido lattico e sostanze di rifiuto generate durante l'attività sportiva.[7]
Nel sollevamento pesi si fa riferimento ai pesi in generale con il termine "ghisa" dato che la maggior parte degli attrezzi utilizzati in questo sport è fatta di questo materiale.[senza fonte]
Note
- ^ il Sabatini Coletti Dizionario della Lingua Italiana, su dizionari.corriere.it. URL consultato il 9 ottobre 2022.
- ^ Ghisa, su treccani.it. URL consultato il 14 marzo 2019.
- ^ Corex Process, su ietd.iipnetwork.org, Industrial Efficiency Technological Database http://ietd.iipnetwork.org. URL consultato il 14 marzo 2019 (archiviato dall'url originale il 6 agosto 2018).
- ^ Classificazione e designazione della Ghisa (PDF), su digilander.libero.it, 22 marzo 2015. URL consultato il 14 marzo 2019.
- ^ Ghisa, su etimo.it, Dizionario etimologico online, etimo.it. URL consultato il 14 marzo 2019.
- ^ I “ghisa”: lo strano soprannome dei vigili urbani di Milano, su arredodesigncitta.it, http://www.arredodesigncitta.it, 10 maggio 2013. URL consultato il 14 marzo 2019.
- ^ Perche ci sentiamo ghisati?, su sestogrado.it. URL consultato il 14 marzo 2019.
Voci correlate
Altri progetti
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Collegamenti esterni
- ghisa, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
- (EN) cast iron, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
- Ferro, acciai e ghise (PDF), su reolab.unimo.it. URL consultato il 1º febbraio 2009 (archiviato dall'url originale il 13 giugno 2010).
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