Analisi mettalografiche di getti in ghisa a grafite compatta

Questo studio offre una caratterizzazione metallografica dei getti in ghisa a grafite compatta (CGI), con particolare riferimento ad analizzare l’effetto delle condizioni di raffreddamento sulla microstruttura del materiale.

La GCI, di cui abbiamo già trattato più di una volta su Fonderia e Pressofusione, rappresenta una particolare forma di ghisa con proprietà intermedie tra la più diffusa ghisa grigia e la più performante ghisa nodulare. Tali proprietà sono dovute in primo luogo alla conformazione caratteristica che assume la grafite all’interno della struttura metallica al termine della solidificazione: mentre nella ghisa nodulare prende la forma di noduli sferoidali (da cui il nome aggiuntivo di ghisa sferoidale), nel caso della ghisa a grafite compatta si creano vermicelli compatti (da cui il nome aggiuntivo di ghisa vermicolare).

Ma non è solo una questione di proprietà dei materiali: anche a livello produttivo esistono importanti differenze. Semplificando un po,’ si può dire che la ghisa a grafite compatta può risultare più complessa da produrre, specie qualora risulti necessario raggiungere certi livelli qualitativi e produttivi. Questo fatto, unito a caratteristiche meccaniche inferiori rispetto alla ghisa sferoidale, ne hanno limitato di molto la diffusione nel tempo. Un aspetto che diventa ancora più curioso quando si considera come, tra le due, sia stata proprio la ghisa a grafite compatta a essere stata prodotta per prima, molto tempo prima della ghisa sferoidale. Ed allora perché insistere su questo materiale ?

Innanzitutto, la CGI, come detto, ha proprietà piuttosto peculiari, tanto differenti rispetto a quelle che caratterizzano le altre ghise, da suggerire di continuare a considerarla quale una utile opzione. Inoltre, esistono oramai chiare evidenze di come, una volta ottimizzato il processo produttivo, i costi di produzioni della CGI risultino inferiori a quelli tipici della ghisa sferoidale.

Per finire, il know how per produrre la GCI non è così diffuso, permettendo così a questa lega di rappresentare un elemento di distinzione di alcune fonderie.

Materiale e metodi

A partire da condizioni tipiche di una normale giornata produttiva, i parametri di processo sono stati modificati per produrre un getto di CGI.

Nella Tabella 1 sono riportate le composizioni chimiche della colata, come rilevato in forno fusorio e in siviera.

L’immagine in Figura 1 mostra la forma della colata oggetto di studio con evidenziati, in particolare, i due cubi da 60 e 180 mm da cui sono stati estratti i provini. Questa forma a grappolo, con 6 cubi tutti diversi tra loro in quanto a dimensioni, è stata pensata allo scopo di investigare le diverse condizioni di solidificazione del materiale. Tuttavia, un precedente studio sulla ghisa sferoidale, che useremo qui spesso quale riferimento, ha evidenziato come sia sufficiente considerare i soli cubi dalle dimensioni più estreme, 60 e 180 mm appunto, per farsi una idea completa delle problematiche di raffreddamento.

La Figura 2 riporta lo schema di estrazione dei campioni metallografici rispetto a ognuno dei cubi analizzati. Sono state evidenziate le direzioni di analisi, diagonale, verticale ed orizzontale, a ciascuna delle quali corrisponde un campione metallo-grafico.

La Figura 3 evidenzia la modalità di estrazione dei campioni metallografici.

Le successive analisi su grafite e matrice sono avvenute in microscopia ottica, secondo modalità analoghe ad analisi prece- denti, e sempre comunque con riferimento alla norma ISO 16112.

Le analisi hanno avuto lo scopo di valutare la presenza di porosità, noduli grafitici e delle diverse fasi grafitiche. In particolare, si è valutato:
• % di difetti (sostanzialmente assenti nelle zone analizzate)
• Numero di vermi/noduli grafitici per mm2
• Area media dei vermi grafitici
• Grado di Vermicolarità
• Frazione grafitica
• Frazione ferritica
• Frazione perlitica

Per le analisi microstrutturali, i campioni sono stati sottoposti a preparativa metallo-grafica, comprendente una fase di spianatura con carte abrasive e di lucidatura con panno e spray diamantato (9 μm e 3 μm).

Le micrografie ottiche sono state ottenute con ingrandimento 25X (1893×2366 μm per micrografia) e, a seconda delle dimensioni del cubo analizzato, i dati ottenuti sono stati mediati su due o quattro micrografie (sempre superando comunque il limite minimo di 4 mm2 rispetto alla superficie analizzata richiesto dalla ISO 16112).

La Figura 4 riporta lo schema di acquisizione delle micrografie, col relativo passo di acquisizione per le diverse tipologie di cubo, mentre la figura 5 mostra alcuni esempi di micrografie ritraenti diverse zone dei getti, prima e dopo l’attacco chimico (con reattivo Nital 2), rispettivamente. Pur avendo realizzato micrografie con un identico passo, la loro analisi è stata effettuata in base ad un passo decrescente, spostandosi dall’esterno dei getti (“pelle“) verso il centro (“cuore“).