AREA I - ARTE TECNICO SCIENTIFICA (ATS)
Capitolo ATS.I02: "Le Fonderie" - Pagina 01

Gli argomenti di questa pagina sono stati inseriti da Ing. Michele Cuzzoni nel 2012, aggiornati il 21/04/2016, e sono desunti dalla Bibliografia riportata a fondo pagina.

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Generalità e processi di fusione

 

 

INDICE:

 

Fonderia

Stabilimento in cui i metalli e le loro leghe vengono liquefatti e colati in recipienti o stampi aventi la forma degli oggetti da ricavare.

 

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Fonderia di ghisa

In essa si utilizza la ghisa di seconda fusione, cioè la ghisa d'alto forno colata in pani e poi rifusa in forni speciali, ottenendo così nel metallo proprietà più adatte agli scopi cui i getti sono destinati: durezza minima (per renderne facile la lavorazione alle macchine utensili), elevato carico di rottura (si raggiunge una resistenza a trazione di 25 kg/mm.) e ridotta fragilità.

La composizione della ghisa per getti, comunemente ha i seguenti limiti percentuali: carbonio 2,5 ¸ 3,8; silicio 1 ¸ 2,5; magnesio 0,4 ¸ 2; fosforo 0,05 ¸ 1,8; zolfo 0,05 ¸ 0,1, tenendo presente che il silicio conferisce dolcezza alla ghisa, il magnesio accresce la fluidità ed entro certi limiti la resistenza, il fosforo aumenta la fragilità e la fluidità del metallo colato, mentre lo zolfo è sempre nocivo perchè rende la ghisa dura, fragile, porosa per soffiature e ostacola la fluidità.

La fabbricazione di un getto comprende:

1) il disegno del pezzo: i getti vanno progettati nella maggiore semplicità di forma compatibile con la destinazione e con gli spessori, il più possibile uniformi.

2) la costruzione del modello, dei suoi accessori e della forma: per colare un getto occorre disporre della rispettiva forma che deve contenere il metallo fuso. Questa viene preparata comprimendo entro la staffa (2 o più telai di ghisa o d'acciaio sovrapposti) delle sabbie di quarzo miste ad argilla (dette terre di fonderia) attorno al modello del pezzo da riprodurre. Il modello è costruito dai modellisti in legno ben stagionato (pioppo, ontano, abete, pino, betulla, faggio, quercia). Nel caso in cui il getto debba presentare cavità, vengono preparati dei noccioli o anime, a mezzo di apposite scatole dette casse d'anima che il formatore colloca dentro la forma che abbia già ricevuto le impronte del modello.

Nel caso dei getti artistici il modello è eseguito in cera; il metodo, detto della forma con cera perduta, si può applicare direttamente sul modello di cera, preparato dall'artista, oppure derivato da altro materiale (gesso, argilla, gelatina, gomma).

Quando si debbono preparare pezzi in serie si ricorre non più a modelli in legno ma a modelli metallici (ghisa, acciaio, leghe di zinco e piombo, piombo e antimonio) e alla formatura meccanica o anche a forme metalliche scomponibili dette conchiglie che, senza deteriorarsi, permettono un numero grandissimo di fusioni.

I grossi getti si possono formare senza modello, utilizzando solo una sezione della loro forma che viene fatta ruotare nella sabbia attorno a un asse longitudinale o verticale.

 

3) La fusione del metallo e la sua colata entro la forma; per la fusione della ghisa generalmente si adopera:

A) Cubilotto: è un forno verticale ad aria soffiata nel quale, a differenza dell'alto forno, si tende alla combustione completa del carbone. Esso consta, procedendo dall'alto verso il basso, di una cappa di tiraggio; di una bocca di carico; di un involucro di lamiera (8 ¸ 10 mm. di spessore) rivestito internamente con uno strato di mattoni refrattari silicio-alluminosi (200 ¸ 300 mm. di spessore) sagomati secondo il diametro, o per i piccoli cubilotti con uno strato di terra refrattaria, di ugelli per l'aria da insufflare; di un crogiuolo con un foro per l'estrazione delle scorie e di uno per la colata della ghisa. Le temperature che si raggiungono nel forno variano fra i 1.450 °C e i 1.600 °C. Il consumo di coke (del tipo metallurgico, cioè di elevata resistenza allo schiacciamento) necessario per la fusione della ghisa è del 10 ¸ 13% del prodotto fuso.

B) Forno a fiamma: si usa solo per ottenere qualità speciali di ghisa o quantità rilevanti. Questo tipo di forno si riduce a un forno a suola in cui il focolare è separato dalla suola con un muretto. Si migliora il rendimento termico costruendo la volta del forno a dorso di cammello. Il consumo di carbone varia dal 20% al 40% del prodotto fuso.

C) Forno elettrico: di recente applicazione, presenta gli stessi vantaggi dei forni a suola e inoltre porta e mantiene la ghisa ad alta temperatura.

 

4) La sterratura e la sbavatura del getto: il getto raffreddato viene pulito dalla sabbia rimasta aderente a mezzo di appositi apparecchi o utensili e infine viene sbavato, cioè si elimina il metallo eccedente mediante scalpelli pneumatici, molle montate su alberi flessibili, o lime.

 

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Fonderia di acciaio

Presenta analogie con quella di ghisa e se ne differenzia nella realizzazione pratica per la maggior temperatura raggiunta dal metallo fuso, per la minore colabilità di esso e per il maggior ritiro nelle forme.

 

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Fonderia delle leghe di rame

Si impiegano comunemente le seguenti leghe:

1) bronzi da campane (20 ¸ 25% di stagno ed il resto di rame), da macchine, da monete, da statue (92% rame, 6% zinco, 2% stagno); fosforosi bronzi siliciosi per fili telefonici, da cuscinetti (16% stagno), da specchi (35% di stagno), alluminio (rame con 5 ¸ 10% di alluminio) per fare monete;

2), ottoni (leghe di rame e zinco): ottoni gialli (20 ¸ 25% di zinco), tombacco (con meno del 20% di zinco), ottoni speciali (con piccole aggiunte di altri metalli, come il metallo delta per costruzioni navali).

Per fonderie di bronzo e di ottone si adoperano i forni a pozzo a forma circolare, profondi 60 ¸ 75 cm. con un consumo di coke del 35 ¸ 60% di prodotto fuso, i forni a riverbero, che tuttavia sono costosi, dato l'alto consumo di coke (50 ¸ 75% di prodotto fuso) e infine i forni elettrici a resistenza o ad arco.

Vedere pagg. I02.04 - Tipi di fusione del Bronzo e I04.01 - Progettazione e Costruzione di una Campana

La temperatura di fusione del bronzo col 10% di stagno è di 970 °C, col 20% di stagno è di 850 °C; quella dell'ottone è di 900-1000 °C.

Per la fonderia di bronzo si adoperano terre ad alto contenuto di argilla e dotate di grande finezza. La formatura è analoga a quella per la fusione di ghisa; in particolare la formatura della campane s'ispira alla formatura con cera perduta.

 

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Fonderia per alluminio e sue leghe

E' di recente applicazione.

Sono usate le leghe con zinco (8 ¸ 12%), le leghe tedesche (8 ¸ 12% di zinco, 3% di rame), il silumin o alpax (13% di silicio), il lautal (alluminio+rame+silicio), l'aerolite (alluminio+rame+manganese).

I tipi di forno sono quelli per fonderie di bronzo e d'ottone. La temperatura di colata varia fra i 700 °C e gli 800 °C.

Le terre di fonderia più convenienti sono a base di bentonite (argilloide) e si dicono terre sintetiche.

 

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Fonderia per magnesio e sue leghe

Si usano leghe di magnesio con alluminio (4 ¸ 12% d'alluminio), leghe electron (magnesio + 4 ¸ 10% d'alluminio + tracce di zinco, manganese, cadmio e rame).

La fusione si effettua in crogiuoli di ferro accuratamente chiusi, proteggendo il bagno con adatti fondenti.

La temperatura raggiunta nel forno è di circa 700 °C.

Le forme di terra sono porose, compresse e accuratamente essiccate.

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Bibliografia


 
Bib-TS-010 - M. Cavallini, F. Iacoviello - Materiali Metallici - Francesco Ciolfi Editore, via E. De Nicola, Cassino
Bib-TS-011 - W. Nicodemi - Metallurgia - Masson, Milano
Bib-TS-012 - A. Cigada - Struttura e proprietà dei materiali metallici - Città Studi, Milano
Bib-TS-013 - Lucidi del corso di "Metallurgia" sono disponibili in formato pdf all’indirizzo: http://www.metallurgia.unicas.it
Bib-TS-092 - L. Mugnani - Manuale pratico di fonderia - Milano, 1928
Bib-TS-157 - Storia della tecnologia, a cura di Ch. Singer ed altri, vol. II, Torino 1962, pp. 482-487.
 

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