Molte delle principali proprietà macroscopiche dei materiali dipendono da aspetti riconducibili in modo diretto alla loro microstruttura: questo avviene piuttosto di frequente in generale ed è tanto più evidente nelle leghe di fonderia.
Ne rappresenta un valido esempio il caso della ghisa: modifiche nella microstruttura, dovute a modifiche (anche marginali) nella composizione chimica e nei parametri di processo, portano a famiglie di leghe molto diverse tra loro, per aspetto e proprietà: ghisa bianca, grigia, malleabile, lamellare, sferoidale… Ciò non è nulla di nuovo per chiunque produca getti in ghisa, che è ben consapevole della necessità di assicurare un controllo strettissimo sulla composizione chimica dei getti e sui parametri di processo proprio allo scopo di garantirsi il materiale dalle caratteristiche desiderate. Ma da questo concetto generale emerge un’ulteriore necessità pratica, non sempre così semplice da garantire: quella di assicurarsi che la microstruttura desiderata resti uniforme in tutto il getto (per quanto anche, talvolta, di grandi dimensioni). Diverse sono le condizioni che contrastano questo risultato: il metallo fuso non è versato “istantaneamente“, la siviera tende a raffreddarsi, le pareti della forma agiscono come “zone fredde” e molto altro ancora. Ne deriva un raffreddamento “differenziato” nei diversi punti del getto con potenziali effetti sulla microstruttura (e, quindi, proprietà) della lega. Questo è quello che si è qui inteso investigare.
Materiale sperimentale e metodi
In questo studio sono state analizzate le caratteristiche micrografiche di provini ricavati da 6 diversi cubi, di differenti dimensioni e provenienti da due distinte colate di ghisa sferoidale.
In Tabella 1 sono riportate le composizioni chimiche dei bagni con cui sono state prodotte le colate. Il metallo fuso è stato versato all’intero di una forma “a grappolo“, dove sono presenti le diverse camere cubiche di colata.
Le fusioni sono state realizzate presso la fonderia SCM Group di Rimini, utilizzando un sistema a cubilotto con colata in sabbia.
In base a quanto ritenuto maggiormente rappresentativo grazie alle precedenti simulazioni di colata, per ognuna delle due colate si è deciso di considerare i cubi di lato 60, 100 e 180 mm.
La Figura 1 riporta lo schema di estrazione dei campioni metallografici in ognuno dei cubi analizzati.
Come evidente, si sono scelte le direzioni di analisi diagonale, verticale e orizzontale a cui sono stati fatti corrispondere tre campioni metallografici. Le analisi microstrutturali si sono concentrate sulla valutazione della presenza di porosità, delle caratteristiche dei noduli grafitici e della presenza in termini percentuali delle diverse fasi (grafite, ferrite e perlite). Per l’effettuazione delle analisi microstrutturali i campioni sono stati preventivamente sottoposti a preparativa metallografica comprendente una fase di spianatura con carte abrasive e di lucidatura con panno e spray diamantato (9mm e 3mm).
Le micrografie sono state scattate con ingrandimento 25X (1893×2366 mm) e, a seconda delle dimensioni del cubo analizzato, i dati ottenuti sono stati mediati su due o quattro micrografie (comunque sempre superando il limite minimo di 4 mm2 di analisi imposto dalla norma ISO 16112).
La Figura 2 riporta lo schema di acquisizione delle micrografie col relativo passo di acquisizione per le diverse tipologie di cubo, mentre la Figura 5 riporta tre esempi di micrografie ritraenti zone porose, prive di porosità prima dell’attacco chimico e prive di porosità dopo l’attacco chimico (Nital 2) rispettivamente.
L’analisi di grafite e matrice è avvenuta in microscopia ottica secondo modalità analoghe ad analisi precedentemente svolte e comunque sempre con riferimento alla norma ISO 16112. Nel caso particolare si è provveduto a valutare:
• Area % dei difetti
• Numero di noduli grafitici per mm2
• Area media dei noduli grafitici
• Morfologia media dei noduli (RSF)
• Determinazione della morfologia della grafite
• Nodularità/Vermicolarità
• Frazione grafitica
• Frazione ferritica
• Frazione perlitica
