Cos’è la ghisa – Ferro grezzo – Definizione

In generale, la ghisa è un prodotto intermedio dell’industria del ferro. La ghisa, conosciuta anche come ferro grezzo, è prodotta dal processo di altoforno e contiene fino al 4-5% di carbonio, con piccole quantità di altre impurità come zolfo, magnesio, fosforo e manganese. La ghisa viene fornita in una varietà di dimensioni e pesi di lingotti, che vanno da 3 kg fino a più di 50 kg. La ghisa non è un prodotto vendibile, ma piuttosto una fase intermedia nella produzione di ghisa e acciaio. La riduzione dei contaminanti nella ghisa che influenzano negativamente le proprietà dei materiali, come zolfo e fosforo, produce ghisa contenente 2-4% di carbonio, 1-6% di silicio e piccole quantità di manganese.

Proprietà della ghisa

Le proprietà dei materiali sono proprietà intensive, il che significa che sono indipendenti dalla quantità di massa e possono variare da luogo a luogo all’interno del sistema in qualsiasi momento. La base della scienza dei materiali comporta lo studio della struttura dei materiali e la loro relazione con le loro proprietà (meccaniche, elettriche ecc.). Una volta che uno scienziato dei materiali conosce questa correlazione struttura-proprietà, può quindi continuare a studiare le prestazioni relative di un materiale in una data applicazione. I principali fattori determinanti della struttura di un materiale e quindi delle sue proprietà sono i suoi elementi chimici costituenti e il modo in cui è stato trasformato nella sua forma finale.

Proprietà meccaniche della ghisa

I materiali sono spesso scelti per varie applicazioni perché hanno combinazioni desiderabili di caratteristiche meccaniche. Per le applicazioni strutturali, le proprietà dei materiali sono cruciali e gli ingegneri devono tenerne conto.

Resistenza della ghisa

Nella meccanica dei materiali, la resistenza di un materiale è la sua capacità di sopportare un carico applicato senza guasti o deformazioni plastiche. La resistenza dei materiali considera fondamentalmente la relazione tra i carichi esterni applicati a un materiale e la deformazione o il cambiamento risultante nelle dimensioni del materiale. La forza di un materiale è la sua capacità di resistere a questo carico applicato senza guasti o deformazioni plastiche.

Resistenza alla trazione

La resistenza alla trazione della ghisa varia notevolmente e dipende dalla forma che il carbonio assume nella lega. L’alto livello di carbonio lo rende relativamente debole e fragile. Ridurre la quantità di carbonio allo 0,002-2,1% in massa produce acciaio, che può essere fino a 1000 volte più duro del ferro puro.

La resistenza alla trazione è il massimo sulla curva di sforzo-deformazione dell’ingegneria. Ciò corrisponde allo stress massimo che può essere sostenuto da una struttura in tensione. La resistenza alla trazione è spesso ridotta a “resistenza alla trazione” o anche a “l’ultimo.”Se questo stress viene applicato e mantenuto, si verificherà una frattura. Spesso, questo valore è significativamente superiore alla tensione di snervamento (fino al 50-60 percento in più rispetto alla resa per alcuni tipi di metalli). Quando un materiale duttile raggiunge la sua massima resistenza, sperimenta il collo dove l’area della sezione trasversale si riduce localmente. La curva stress-deformazione non contiene sollecitazioni superiori alla resistenza finale. Anche se le deformazioni possono continuare ad aumentare, lo stress di solito diminuisce dopo che è stata raggiunta la forza finale. È una proprietà intensiva; quindi il suo valore non dipende dalla dimensione della provetta. Tuttavia, dipende da altri fattori, come la preparazione del campione, la presenza o meno di difetti superficiali e la temperatura dell’ambiente di prova e del materiale. Le resistenze alla trazione variano da 50 MPa per un alluminio fino a 3000 MPa per acciai ad altissima resistenza.

Carico di snervamento

Il carico di snervamento della ghisa varia notevolmente e dipende dalla forma che il carbonio assume nella lega.

Il punto di snervamento è il punto su una curva stress-deformazione che indica il limite del comportamento elastico e il comportamento plastico iniziale. Il carico di snervamento o stress di snervamento è la proprietà del materiale definita come lo stress in cui un materiale inizia a deformarsi plasticamente mentre il punto di snervamento è il punto in cui inizia la deformazione non lineare (elastica + plastica). Prima del punto di snervamento, il materiale si deformerà elasticamente e tornerà alla sua forma originale quando lo stress applicato viene rimosso. Una volta superato il punto di snervamento, alcune frazioni della deformazione saranno permanenti e non reversibili. Alcuni acciai e altri materiali presentano un comportamento definito fenomeno di snervamento. I carichi di snervamento variano da 35 MPa per un alluminio a bassa resistenza a maggiore di 1400 MPa per acciai ad altissima resistenza.

Modulo di elasticità di Young

Il modulo di elasticità di Young della ghisa varia notevolmente e dipende dalla forma che il carbonio assume nella lega.

Il modulo di elasticità di Young è il modulo elastico per tensioni di trazione e compressione nel regime di elasticità lineare di una deformazione uniassiale e viene solitamente valutato mediante prove di trazione. Fino a uno stress limitante, un corpo sarà in grado di recuperare le sue dimensioni sulla rimozione del carico. Le sollecitazioni applicate fanno sì che gli atomi in un cristallo si spostino dalla loro posizione di equilibrio. Tutti gli atomi sono spostati della stessa quantità e mantengono ancora la loro geometria relativa. Quando le sollecitazioni vengono rimosse, tutti gli atomi ritornano alle loro posizioni originali e non si verifica alcuna deformazione permanente. Secondo la legge di Hooke, lo stress è proporzionale alla tensione (nella regione elastica) e la pendenza è il modulo di Young. Il modulo di Young è uguale allo stress longitudinale diviso per lo sforzo.

Durezza della ghisa

La durezza Brinell della ghisa varia notevolmente e dipende dalla forma che il carbonio assume nella lega.

Nella scienza dei materiali, la durezza è la capacità di resistere alla rientranza superficiale (deformazione plastica localizzata) e ai graffi. La durezza è probabilmente la proprietà del materiale più mal definita perché può indicare resistenza ai graffi, resistenza all’abrasione, resistenza alla rientranza o persino resistenza alla modellatura o alla deformazione plastica localizzata. La durezza è importante dal punto di vista ingegneristico perché la resistenza all’usura da attrito o erosione da vapore, olio e acqua generalmente aumenta con la durezza.

La prova di durezza di Brinell è una delle prove di durezza della rientranza, che è stata sviluppata per prova di durezza. Nei test Brinell, un penetratore duro e sferico viene forzato sotto un carico specifico nella superficie del metallo da testare. Il test tipico utilizza una sfera in acciaio temprato con diametro di 10 mm (0,39 in) come penetratore con una forza di 3.000 kgf (29,42 kN; 6.614 lbf). Il carico viene mantenuto costante per un tempo specificato (tra 10 e 30 s). Per i materiali più molli, una più piccola forza è usata; per i materiali più duri, una sfera del carburo di tungsteno è sostituita per la sfera d’acciaio.

Il test fornisce risultati numerici per quantificare la durezza di un materiale, che è espressa dal numero di durezza Brinell-HB. Il numero di durezza Brinell è designato dagli standard di prova più comunemente utilizzati (ASTM E10-14 e ISO 6506-1:2005) come HBW (H dalla durezza, B da brinell e W dal materiale del penetratore, carburo di tungsteno (wolfram)). Nelle precedenti norme HB o HBS erano usati per riferirsi a misurazioni effettuate con indenters in acciaio.

Il numero di durezza Brinell (HB) è il carico diviso per la superficie della rientranza. Il diametro dell’impronta viene misurato con un microscopio con una scala sovrapposta. Il numero di durezza Brinell è calcolato dall’equazione:

Ci sono una varietà di metodi di prova di uso comune (ad esempio Brinell, Knoop, Vickers e Rockwell). Sono disponibili tabelle che correlano i numeri di durezza dai diversi metodi di prova in cui è applicabile la correlazione. In tutte le scale, un numero elevato di durezza rappresenta un metallo duro.

Proprietà termiche della ghisa – ferro grezzo

Le proprietà termiche dei materiali si riferiscono alla risposta dei materiali ai cambiamenti della loro temperatura e all’applicazione del calore. Come un solido assorbe energia sotto forma di calore, la sua temperatura aumenta e le sue dimensioni aumentano. Ma diversi materiali reagiscono all’applicazione del calore in modo diverso.

La capacità termica, l’espansione termica e la conducibilità termica sono proprietà che sono spesso critiche nell’uso pratico dei solidi.

Punto di fusione della ghisa

La ghisa ha un punto di fusione nell’intervallo 1420-1470 K, che è inferiore a uno dei suoi due componenti principali e lo rende il primo prodotto a essere fuso quando il carbonio e il ferro vengono riscaldati insieme.

In generale, la fusione è un cambiamento di fase di una sostanza dalla fase solida a quella liquida. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale si verifica questo cambiamento di fase. Il punto di fusione definisce anche una condizione in cui il solido e il liquido possono esistere in equilibrio.

Punto di ebollizione della ghisa

La ghisa è una sostanza a più elementi, principalmente di ferro, con aggiunte di carbonio e impurità. Il carbonio è principalmente sotto forma di carburi dei metalli della lega. I carburi avranno temperature di ebollizione più elevate rispetto alla matrice metallica. Il punto di ebollizione del ferro (non ghisa) è 2860 ° C, quindi il punto di ebollizione della ghisa è vicino a questo valore.

In generale, l’ebollizione è un cambiamento di fase di una sostanza dalla fase liquida a quella gassosa. Il punto di ebollizione di una sostanza è la temperatura alla quale si verifica questo cambiamento di fase (ebollizione o vaporizzazione).

Conducibilità termica della ghisa

La ghisa è una sostanza a più elementi, principalmente di ferro, con aggiunte di carbonio e impurità. Il carbonio è principalmente sotto forma di carburi dei metalli della lega. La conducibilità termica del ferro (non ghisa) è 80 W / (m. K).

Le caratteristiche di trasferimento termico di un materiale solido sono misurate da una proprietà chiamata conducibilità termica, k (o λ), misurata in W/m.K. È una misura della capacità di una sostanza di trasferire calore attraverso un materiale per conduzione. Si noti che la legge di Fourier si applica per tutta la materia, indipendentemente dal suo stato (solido, liquido o gas), quindi, è anche definita per liquidi e gas.

La conduttività termica della maggior parte dei liquidi e dei solidi varia con la temperatura. Per i vapori, dipende anche dalla pressione. In generale:

La maggior parte dei materiali sono quasi omogenei, quindi di solito possiamo scrivere k = k (T). Definizioni simili sono associate alle conduttività termiche nelle direzioni y e z (ky, kz), ma per un materiale isotropico la conduttività termica è indipendente dalla direzione di trasferimento, kx = ky = kz = k.