Ghisa

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Ghisa
Caratteristiche generali
Composizione Ferro e grafite (o cementite) %C>2,1
Aspetto È di colore grigio scuro
Stato di aggregazione (in c.s.) solido
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.) 7,2
Temperatura di fusione (K) 1200 ÷ 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 ferro-carbonio (o lega ferrosa) con tenore di carbonio relativamente alto (2,06% < C < 6,67% che è il limite di saturazione) ottenuta per riduzione o comunque trattamento a caldo dei minerali di ferro.

Le leghe ferrose con tenore di carbonio 0,06% < C < 2,06% sono gli acciai.

La ghisa fonde a circa 1200 °C.

Produzione[modifica | modifica wikitesto]

L'Iron Bridge, ponte che attraversa il Severn, realizzato interamente in ghisa
Fusione della ghisa
Stufa in ghisa
Padella di ghisa

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).

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): questo, combinandosi 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 e quindi resistenza all'abrasione, e minore resilienza e quindi maggiore fragilità, inoltre ha un coefficiente di dilatazione termica più basso (0,000010 contro 0,000012), 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. La presenza del carbonio in elevata quantità nella ghisa ha, inoltre, 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 molecolare discontinua della ghisa costituisce uno smorzatore delle vibrazioni meccaniche.

A differenza dell'acciaio, che può essere modellato in prevalenza solo per forgiatura (a temperatura di fusione si liquefa, ma resta notevolmente viscoso, quindi può essere fuso solo in forme semplici), la ghisa, per le caratteristiche di grande fluidità 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, a motivo di tale notevole fluidità, permettono la realizzazione di forme complesse e dettagli minuti. Il raffreddamento dei getti influenza la struttura della ghisa, che risulta bianca o grigia a seconda che il raffreddamento sia stato rapido o graduale.

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 alla loro estrema compattezza ed assoluta assenza di soffiature, si presentano qualitativamente ottime. Il procedimento di colata continua permette di ottenere una barra di profilo costante, accuratamente fusa, ed inoltre le caratteristiche meccaniche risultano nettamente superiori, a parità di lega, a quelle di una tradizionale fusione in terra. Questo tipo di ghisa, come dice il nome, si può usare nella produzione di valvole e componenti idraulici senza il rischio di riscontrare trafilamenti del fluido idraulico a causa delle soffiature.La ghisa fonde a circa 1200 °C.

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 colabilità.

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 tale operazione primaria sia anche quella definitiva per dare forma (salvo e 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[modifica | modifica wikitesto]

Storia della ghisa[modifica | modifica wikitesto]

I primi tentativi di produzione della ghisa, nel bacino del Mediterraneo, si possono far risalire a oltre 1000 anni a.C., riscaldando direttamente dei minerali ferrosi 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 ad esempio 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 bassiforni.

Nei secoli successivi un progressivo lavoro di affinamento, compiuto in diverse parti d'Europa, dei metodi di costruzione dei forni, portò alla realizzazione dei primi forni "a torre" (antenati dei moderni altoforni) in varie forme.

Due dei più vecchi siti dedicati alla produzione della ghisa mediante forni a torre sono stati trovati in Svezia, a Lapphyttan e Vinarhyttan, 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 norvegiana", e forni "alla bresciana" lavoravano con un processo continuo. Avevano inoltre un minor consumo di combustibile, potendo produrre fino a 1300-1500 kg di ghisa al giorno consumando 3000-3200 kg di carbone di legna.

La ghisa era un ottimo materiale da fonderia, ma aveva scarse qualità meccaniche. Con le tecniche dell'epoca solo in piccole quantità poteva essere decarburata 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 comunque a crearsi un mercato specifico per la 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 probabilmente dal tedesco 'Gusseisen' che indica proprio la ghisa e che letteralmente significa 'ferro colato'.

Uso dialettale e figurativo del termine[modifica | modifica wikitesto]

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 tale appellativo sia dovuto allo stemma di ghisa che portano sul caschetto. La definizione più probabile è però data dal 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 (più anticamente erano chiamati appunto "canón de stua", appunto "canna di stufa").

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 rendere difficile continuare lo sforzo fisico. È frequente sentire espressione del tipo "ho le braccia ghisate" oppure "sono ghisato" per sottolineare come il muscolo sia indurito a causa del richiamo di sangue al muscolo e al rilascio di acido lattico durante l'attività sportiva.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ il Sabatini Coletti Dizionario della Lingua Italiana. URL consultato il 21/2/14.

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