La guida definitiva alla fusione dei metalli: conoscenze fondamentali da sapere

Introduzione alla fusione dei metalli

Fusione metalli è un processo produttivo fondamentale che ha plasmato la civiltà umana da millenni. Prevede la colata di metallo fuso in uno stampo, dove questo si raffredda e solidifica assumendo una forma specifica. Questa tecnica costituisce la base dell’industria moderna della produzione di macchinari, realizzando componenti che vanno dai blocchi motore per autoveicoli a sculture artistiche complesse.

La versatilità della fusione risiede nella sua capacità di creare geometrie complesse che sarebbero difficili o antieconomiche da ottenere con altri metodi, come la forgiatura o la saldatura. Che si tratti di applicazioni residenziali o di settori industriali pesanti, le fusioni metalliche sono onnipresenti.

Una breve storia della fusione dei metalli

Le origini della fusione dei metalli risalgono all’antichità. La più antica fusione in ferro esistente al mondo è la "Cast Jin Ding" è stato scoperto in Cina e risale al 513 a.C. Questo reperto, del peso di circa 270 kg, dimostra che i fondamenti della metallurgia ferrosa erano già noti oltre 2.500 anni fa.

In Europa, la produzione di ghisa ebbe inizio intorno all’VIII secolo d.C. L’adozione della ghisa ampliò significativamente l’impiego di prodotti metallici. Tra il XV e il XVII secolo, paesi come la Germania e la Francia iniziarono a posare tubazioni in ghisa per fornire acqua potabile ai residenti, evidenziando l’utilità di questo materiale nelle infrastrutture.

La Rivoluzione Industriale del XVIII secolo segnò un punto di svolta. Con lo sviluppo rapido delle macchine a vapore, delle macchine tessili e delle ferrovie, la domanda di componenti in ferro resistenti e prodotti su larga scala aumentò notevolmente. In quest’epoca, la fusione passò da un’arte artigianale a un servizio industriale fondamentale.

L’evoluzione della tecnologia della fusione nel XX secolo

Il XX secolo ha assistito a progressi senza precedenti nella tecnologia della fusione. Due fattori principali hanno guidato questo rapido sviluppo:

1. Domanda di materiali ad alte prestazioni: Le nuove tecnologie richiedevano getti con proprietà meccaniche e fisiche superiori, pur mantenendo una buona lavorabilità.

2. Innovazione transettoriale: La crescita dei settori chimico, strumentale e meccanico ha creato condizioni favorevoli per l’innovazione nelle fonderie. L’invenzione del microscopio elettronico, ad esempio, ha permesso ai metallurgisti di esplorare il mondo microscopico dei metalli, portando a una comprensione più approfondita delle strutture cristalline e del comportamento dei materiali.

In questo periodo sono stati inventati e perfezionati leghe superiori, tra cui:

• Ghisa Duttile

• Forbici malleabili

• Acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio

• Leghe avanzate di alluminio, rame e magnesio

• Superalleghe ad alte prestazioni a base di titanio e nichel

Inoltre, nuovi processi come il innocuazione della ghisa grigia proprietà del materiale notevolmente migliorate, che conferiscono alle fusioni metalliche una maggiore adattabilità rispetto al passato.

Tecniche e processi di fusione moderni

Oggi la fusione è generalmente suddivisa in due principali categorie: fusione ordinaria e fusione speciale .

1. Fusione in sabbia ordinaria

Questo metodo tradizionale rimane ampiamente utilizzato e comprende:

• Fusione in sabbia verde: Utilizzo di una miscela di sabbia, argilla e acqua.

• Moldatura a sabbia secca: Utilizzo di stampi cotti per una maggiore resistenza.

• Sabbia legata chimicamente: Utilizzo di resine o leganti che induriscono a temperatura ambiente.

2. Metodi speciali di fusione

La fusione speciale utilizza materiali diversi per gli stampi al fine di ottenere una maggiore precisione o proprietà specifiche:

• Stampi in materiale minerale: Questa categoria utilizza sabbie naturali o sintetiche e ceramiche. Esempi includono fusione a cera persa (a cera persa), shell molding , modellazione ceramica , e fusione a vuoto .

• Stampi metallici: Questa categoria utilizza matrici permanenti realizzate in metallo. I principali processi includono gettito sotto Pressione , fusione centrifuga , colata continua , e fusione a bassa pressione .

Le tre parti fondamentali del processo di fusione

Indipendentemente dal metodo utilizzato, il processo di fusione può essere suddiviso in tre fasi fondamentali:

1. Preparazione del metallo (la lega): Il metallo viene preparato come una specifica lega (ghisa, acciaio fuso o leghe non ferrose) per ottenere le proprietà meccaniche desiderate.

2. Preparazione dello stampo: Lo stampo viene realizzato per formare la sagoma esterna del getto. I nuclei possono essere utilizzati per creare cavità interne.

3. Alimentazione e pulizia: Dopo la solidificazione del metallo, il getto viene rimosso dallo stampo. Questo è seguito da un processo di pulizia rimuovere attacchi, soffietti e bave utilizzando attrezzature come macchine per la sabbiatura e utensili da taglio. Alcuni getti vengono quindi sottoposti a processi post-fusione trattamenti come trattamento termico, trattamento superficiale anticorrosione o lavorazione preliminare.

Vantaggi e applicazioni della fusione di metalli

La fusione è spesso il metodo più economico per ottenere forme grezze, in particolare per componenti complessi, dove la sua convenienza economica risulta più evidente.

Principali applicazioni includono:

• Automotive: Blocchi motore e testate cilindro.

• Marittimo: Eliche navali.

• Aerospaziale: Componenti per turbine a gas in lega a base di nichel, difficili da lavorare con qualsiasi altro metodo.

• Arte e architettura: Sculture intricate e ferramenta decorativa.

Il processo offre vantaggi unici: è adatto a una gamma quasi illimitata di tipi di metallo e dimensioni di pezzo. I getti offrono inoltre un’eccellente resistenza all’usura, alla corrosione e all’assorbimento delle vibrazioni—caratteristiche che talvolta non possono essere ottenute mediante forgiatura, laminazione o saldatura.

Il futuro della fusione dei metalli

Il settore della fonderia continua a evolversi. Le attuali tendenze richiedono getti con:

• Prestazioni complessive e precisione superiori.

• Peso ridotto e finiture superficiali più lisce.

• Maggiore efficienza energetica e sostenibilità ambientale.

Per soddisfare queste esigenze, il settore si sta concentrando sullo sviluppo di nuove leghe, sul perfezionamento dei processi metallurgici e sull’introduzione dell’automazione. Robotica e progettazione e produzione assistite da computer (CAD/CAM) stanno diventando sempre più diffuse nella produzione e nella gestione.

Con i continui miglioramenti nei test elettronici e nel controllo qualità, gli ingegneri delle fonderie stanno acquisendo approfondite conoscenze sulla cristallizzazione dei metalli, ottenendo così un miglioramento della qualità interna. Di conseguenza, i getti in metallo sono destinati a un ulteriore sviluppo e a un’applicazione ancora più ampia nel futuro.