Il termine ghisa, come il termine acciaio, identifica una grande famiglia di leghe ferrose. Le ghise sono leghe ferrose multicomponenti. Contengono elementi maggiori (ferro, carbonio, silicio), minori (0,01%).
La ghisa ha un contenuto di carbonio e silicio più elevato rispetto all’acciaio. A causa del più alto contenuto di carbonio, la struttura della ghisa, al contrario di quella dell’acciaio, presenta una ricca fase di carbonio. A seconda principalmente della composizione, della velocità di raffreddamento e del trattamento di fusione, la ghisa può solidificare secondo il sistema Fe-Fe3C metastabile termodinamicamente o il sistema Fe-Gr stabile.
Quando viene seguito il percorso metastabile, la fase ricca di carbonio nell’eutettico è il carburo di ferro; quando viene seguito il percorso di solidificazione stabile, la fase ricca di carbonio è la grafite. Riferendosi solo al sistema binario Fe-Fe3C o Fe-Gr, la ghisa può essere definita come una lega ferro-carbonio con più del 2% C. Avviso importante è che il silicio e altri elementi di lega possono modificare notevolmente la solubilità massima del carbonio in austenite (g). Pertanto, in casi eccezionali, le leghe con meno del 2% di C possono solidificare con una struttura eutettica e quindi appartengono ancora alla famiglia della ghisa.
La formazione di eutettico stabile o metastabile è una funzione di molti fattori tra cui il potenziale di nucleazione del liquido, la composizione chimica e la velocità di raffreddamento. I primi due fattori determinano il potenziale di grafitizzazione del ferro. Un alto potenziale di grafitizzazione si tradurrà in ferri con grafite come fase ricca di carbonio, mentre un basso potenziale di grafitizzazione si tradurrà in ferri con carburo di ferro.
I due tipi fondamentali di eutettica – la grafite austenite stabile o il carburo di ferro austenite metastabile (Fe3C)-presentano ampie differenze nelle loro proprietà meccaniche, come resistenza, durezza, tenacità e duttilità. Pertanto, l’ambito di base della lavorazione metallurgica della ghisa è quello di manipolare il tipo, la quantità e la morfologia dell’eutettico al fine di ottenere le proprietà meccaniche desiderate.
Classificazione
Storicamente, la prima classificazione della ghisa era basata sulla sua frattura. Inizialmente sono stati riconosciuti due tipi di ferro:
- Ferro bianco: presenta una superficie di frattura bianca e cristallina perché la frattura si verifica lungo le piastre di carburo di ferro; è il risultato di solidificazione metastabile (FE3C eutettico)
- Ferro grigio: presenta una superficie di frattura grigia perché la frattura si verifica lungo le piastre di grafite( fiocchi); è il risultato di solidificazione stabile (Gr eutettico).
Con l’avvento di metallografia, e come corpo di conoscenze pertinenti alla ghisa maggiore, altre classificazioni basate sulle caratteristiche microstrutturali, è diventato possibile:
- Grafite forma: Lamellare (fiocco) grafite (FG), sferoidale (nodulare) grafite (SG), compattato (vermicular) grafite (CG), e il temperamento di grafite (TG); temper grafite risultati ? reazione allo stato solido (malleabilizzazione.)
- Matrice: ferritica, perlitica, austenitica, martensitica, bainitica (austemperata).
Questa classificazione è raramente utilizzata dal fonditore di pavimenti. La terminologia più utilizzata è quella commerciale. Una prima divisione può essere fatta in due categorie:
- Ghisa comune: Per applicazioni generiche, sono non legati o a bassa lega
- Ghisa speciale: Per applicazioni speciali, generalmente ad alta lega.
La corrispondenza tra classificazione commerciale e microstrutturale, nonché la fase finale di lavorazione per ottenere le comuni ghise, è riportata in Fig. 2.
Le ghise speciali differiscono dalle comuni ghise principalmente nel più alto contenuto di elementi di lega (>3%), che promuovono microstrutture con proprietà speciali per applicazioni a temperatura elevata, resistenza alla corrosione e resistenza all’usura. Una classificazione dei principali tipi di ghise speciali è mostrata in Fig. 1.
Fig. 1. Classificazione di ghisa speciale ad alta lega
Fig.2. Microstrutture e lavorazioni di base per l’ottenimento di ghise commerciali comuni