Gli acciai inossidabili

Gli acciai inossidabili
Corso di aggiornamento tecnico
Lezione 5
Dr. Ing. Carlo Longaretti - Cons. Tecnico Assofond
GETTI DI ACCIAI INOSSIDABILI
CENTRO INOX
20122 Milano - Piazza Velasca, 10 - Tei. 806.096/806.133
\
1971
GETTI DI ACCIAI INOSSIDABILI
Dr. Jng. Carlo Longaretti
1. Premesse
La presente relazione si propone di fornire
agli utilizzatoti di getti di acciai inossidabili
un insieme di notizie sulle possibilità, che
le moderne tecniche di fonderia ci offrono
oggi in questo settore.
Dopo avere rapidamente richiamato le caratteristiche tipiche dei getti ed i loro vantaggi
principali, si presentano in alcune tabelle i tipi
unificati di acciai inossidabili, per getti, suddivisi nelle due grandi famiglie degli acciai resistenti al calore e degli acciai resistenti alla
corrosione. Le tabelle forniscono anche un
confronto tra le principali unificazioni esistenti.
Non si è ritenuto opportuno riportare in
questo testo una approfondita raccolta di dati
sulle caratteristiche dei singoli tipi di acciai
inossidabili in getto e sulle relative condizioni
di impiego, date le numerose pubblicazioni
esistenti sull'argomento e data l'ampiezza che
avrebbe dovuto assumere il lavoro.
Una breve descrizione dei principali metodi
di formatura oggi impiegati precede la presentazione di alcuni esempi di possibilità tecniche
nel campo della produzione di getti di acciai
inossidabili. Vengono presentati, in particolare, alcuni casi lìmite per sottolineare quali
notevoli prospettive si aprano con la utilizzazione combinata di vari metodi di formatura
Corso "Gli Acciai Inossidabili" - Lezione 5
e mediante anche l'impiego di costruzioni
miste.
La relazione si conclude con alcune notizie
sui procedimenti di fusione e con alcune considerazioni metallurgiche di carattere qualitativo.
2. Caratteristiche tipiche dei getti
Le considerazioni di carattere generale sui
vantaggi tipici che caratterizzano i getti hanno pieno valore anche per le fusioni di acciai
inossidabili. Il procedimento di fusione permette infatti di ottenere:
— 1) ampia libertà di scelta della forma finale
dei pezzi in fase di progetto,
— 2) possibilità di utilizzazione di qualsiasi
tipo di lega, con conscguente ampia
libertà di scelta dei materiali più adatti
alle condizioni di esercizio,
— 3) significativi vantaggi economici.
La possibilità di poter produrre pezzi interi
di forma complicata, o a profilo curvilineo,
con resistenza meccanica e rigidezza superiori
ad ogni altro metodo di fabbricazione, rende
il progettista libero di poter sviluppare nel
migliore dei modi, la propria idea senza dover
essere vincolato da considerazioni dì forma
obbligata, come ad esempio succede per le
costruzioni saldate.
Tra il progetto e il pezzo finale, ottenuto
di fusione, sono interposte soltanto due fasi
intermedie:
— preparazione del modello
— lavorazione meccanica, quando necessaria,
o richiesta.
Esistono poi numerosi casi in cui è assolutamente necessario avere dei pezzi di forma
tale da presentare una minima resistenza
al flusso di fluidi liquidi o gassosi. Le valvole,
le pompe e le turbine ne sono un esempio tipico.
Queste due fasi intermedie non richiedono,
in generale, tempi troppo lunghi, cosicché
si può affermare che in vari casi la scelta
di una soluzione fusa può portare a vantaggi
nei tempi di realizzazione di impianti.
In questi casi è la soluzione fusa che da
la risposta più completa. Non occorre inoltre
dimenticare il fattore estetico che talvolta
è determinante per la vendita del prodotto ed
anche su questo punto sono evidenti le ampie
possibilità offerte dai getti.
Le costruzioni meccaniche in genere sono
orientate verso strutture sempre più alleggerite, in grado però di sopportare sollecitazioni
sempre più elevate. Ciò è facilmente raggiungibile con i getti, sfruttando la loro possibilità
di realizzare agevolmente anche forme molto
complesse.
Molto spesso in costruzioni statiche, i carichi non sono distribuiti uniformemente nei
pezzi. La variazione dei carichi può essere fedelmente seguita da opportune variazioni delle sezioni resistenti, in modo da ottenere un
più adeguato proporzionamento dei pezzi.
Queste possibilità di modificare razionalmente la forma dei getti, consente al progettista di migliorare la distribuzione degli sforzi
nelle costruzioni che richiedono un accurato
dimensionamento, come avviene in organi
sottoposti a sollecitazioni dinamiche di difficile individuazione.
Le dimensioni dei getti, in genere, non
rappresentano un problema. Si possono fabbricare getti da poche decine di grammi a
decine di tonnellate, considerando, come unica limitazione, la possibilità di trasporto,
I pezzi sottoposti a sforzi dinamici spesso
presentano delle rotture in corrispondenza di
spigoli, o variazioni brusche di sezione, dóve
appunto si ha una maggiore concentrazione
di sforzi. Con i getti è facile eliminare tali
concentrazioni pericolose, adottando forme
con spigoli arrotondatilo con ampi raccordi
fra sezioni diverse. Ciò, anzi, in fonderia
viene dì per sé raggiunto di solito già per
l'ottenimento di efficaci sistemi di formatura,
colata e alimentazione.
I getti presentano caratteristiche meccaniche e fisiche pressoché uguali in tutte le
direzioni. Questa proprietà è molto utile
per quei pezzi che sono sottoposti a condizioni di esercizio dinamiche. La resistenza a fatica è infatti influenzata negativamente da molti fattori che nei getti vengono eliminati:
spigoli vivi, variazioni brusche di sezioni,
intagli, maggiori o minori valori delle caratteristiche meccaniche in diverse direzioni.
Spesso è vantaggioso fabbricare getti misti,
cioè parti fuse saldate con parti laminate, o
fucinate. Per questo scopo i getti si prestano
a interessanti combinazioni, che permettono
di sfruttare le caratteristiche tipiche dei prodotti fusi e dei prodotti laminati, a tutto
vantaggio del prodotto finale.
Per quanto riguarda le tolleranze dimensionali i getti si possono ottenere, in funzione dei
metodi adottati per le loro fabbricazione, con
vari gradi di precisione. Lo stesso dicasi per la
finitura superficiale, che è ottenuta con valori
di rugosità, tali da soddisfare ogni esigenza.
Corso "Gli Acciai Inossidabili" - Legione 5
Abbiamo così con la formatura in terra
una rugosità di 0,5 -5- 1.3 mm., con la formatura a guscio 0,2 -:- 0,4 mm. e con la formatura a cera persa 0,1 -0,3 mm.
Le esigenze quantitative degli utilizzatori
vengono facilmente soddisfatte dalle fonderie,
essendo molto vasta la scelta possibile dei
metodi di formatura: si hanno infatti secondo
i casi diversi metodi che consentono, senza
difficoltà particolari, la produzione economica di getti, sia in pezzi unici, sia in piccole,
medie, grandi o grandissime serie.
Dal punto di vista metallurgico i prodotti
fusi presentano alcuni vantaggi che si possono
cosi sintetizzare:
— riduzione degli organi di collegamento (viti,
ecc),
— riduzione del numero di parti necessarie,
— minori costi di magazzino,
— minor tempo di progettazione essendo minore il numero dei disegni,
— eliminazione di numerose lavorazioni di
macchina,
— minor costo di mano d'opera,
— minor lavoro burocratico per la preparazione e l'esecuzione del lavoro in officina,
— minor perdita di tempo per ritardi imprevisti di alcune parti costituenti il pezzo,
— minori errori di montaggio.
— minor numero dì responsabili delle produzioni,
— minori tempi di controllo,
— possibilità di riduzioni di peso,
- \ getti vengono prodotti con la composizione più adatta alle condizioni di servizio,
poiché nessun limite nella composizione
chimica è imposto dal metodo di fusione.
- Le proprietà meccaniche possono variare
in un campo di valori abbastanza ampio
in funzione della composizione chimica
e del trattamento termico:
3. Acciai inossidabili fusi resistenti al calore
carico di rottura
40—210 Kg/mm2
carico di snervamento 20— 180 Kg/mm2
allungamento
4 - 40 7.
stazione
5— 65 °ja
durezza
120- 620 Brindi
Nel preparare la Tabella degli acciai fusi
resistenti al calore, si è ritenuto opportuno,
data la frequenza con la quale in numerosi
disegni e specifiche compaiono sigle non italiane di effettuare un confronto delle unificazioni italiana, americana e tedesca.
-
— minori tempi di consegna.
- La struttura dei getti si presenta uniforme
con caratteristiche uguali in tutte le direzioni.
— Quasi tutti gli acciai fusi inossidabili sono
saldatoli. In tal modo si possono unire
tra loro più getti, o getti con parti costituite da laminati o fucinati, in modo da ottenere prodotti più complessi.
E' sempre un compito di difficile soluzione
il porre a confronto degli acciai, o in genere
dei metalli contemporaneamente presenti in
differenti unificazioni. Una Tabella di corrispondenza va quindi sempre considerata
come non rigorosamente valida, potendo, da
unificazione a unificazione, verificarsi delle
differenze talvolta anche notevoli nei limiti
di composizioni chimiche considerate.
Vediamo infine quali sono i vantaggi economici che caratterizzano la scelta di una soluzione di fusione per la realizzazione di pezzi
complessi. Essi sono:
Pertanto si è effettuato questo confronto al
fine di fornire delle indicazioni essenzialmente pratiche agli utilizzatori di getti. Da questo
confronto (Tabella I) sono emersi 23 tipi
Corso "Gli Acciai Inossidabili"
Lezione 5
TABELLA 1 -
Acciai fusi resistenti al calore di tipi unificati
N.
Principali elementi
di
di lega
rif.
7
lo
Denominazioni unificate
USA.
ACI
Italia
UNI 3159-68
—
1
Cr 6
2
Cr 9 -
3
Cr 14
4
Cr 17
5
Cr 18 -
6
Cr 25
7
Cr 28
8
Cr 28 -
C 1
Mo 1
—
--
.
Materiale
Germania
Werkstoff Nr.
4710
Sigla secondo DIN 17006
GX 30 Cr Si 6
HB
C 1,6
XG 50 Cr Ni 2805
HC
—
—
HA
X 25 Cr 16
laminato
corrispondente
A1SI
4729
GX 40 Cr Si 13
420
4740
GX 40 Cr Si 17
430
4743
GX
440 C
4745
GX 40 Cr Si 22
442
4776
GX 40 Cr Si 29
446
4777
GX 130 Cr Si 29
4823
GX 40 Cr Ni 274
160 Cr Si 18
9
Cr 28 -
NI 5
XG 50 Cr Ni 2805
HO
10
Cr 28 -
Ni 9
XG 35 Cr Ni
2809
HE
11
Cr 18 -
Ni 9
4825
GX 25 Cr Ni Si 189
302
12
Cr 22 -
Ni 10
XG 30 Cr Ni 2010
HF
4826
GX 40 Cr Ni Si 229
308
13
Cr 25 -
Ni 12
XG 35 Cr Ni
HH
4837
GX 35 Cr Ni Si 2512
309
14
Cr 20 -
Ni 14
4832
GX 25 Cr Ni Si 2014
309
2512
15
Cr 26 -
Ni 14
XG 35 Cr Ni 2810
HI
4846
GX 40 Cr Ni Si 2614
16
Cr 25 -
Ni 20
XG 40 Cr Ni 2620
HK
4848
GX 40 Cr N> Si 2520
310
17
Cr 25 -
Ni 20
- -
4849
GX
310 S
18
Cr 30 -
Ni 20
HL
19
Cr 20 -
Ni 25
XG 35 Ni Cr 2521
HN
20
Cr 15 -
Ni 35
XG 50 Ni Cr 3515
HT
4865
GX 40 Ni Cr Si 3616
21
Cr 19 -
Ni 39
XG 50 Ni Cr 3919
HU
22
Cr 12 -
Ni 60
HW
23
Cr 17 -
Ni 66
HX
15 Cr Ni Si 2520
•
IC commercialmente, ma non classificate secondo gli elenchi A1SI più recenti.
(330)
(331)
*
dei quali, però, gli ultimi due, riportati perché
presenti nelle norme americane, non sono
in effetti acciai inossidabili, ma leghe a base
nichel.
Per ciascun tipo è stato assegnato un numero di riferimento, che viene utilizzato nelle
Tabelle seguenti.
Per l'Italia sono state considerate le norme
UNI 3159-68, per gli Stati Uniti le unificazioni maggiormente diffuse in questo campo,
ossia quelle dell'Alloy Casting Institute, le cui
sigle sono valide anche per le norme A.S.T.M.
Per le caratteristiche degli acciai unificati
dalI'ACI, valgono le seguenti norme delPASTM:
- per i tipi HC, HD, HE, HF, HI, HL, HK,
HN, HT, HU, HW, HX: ASTM A 297-63
- per il tipo HA: ASTM A 217-55
- per il tipo HH: ASTM A 297-63 e ASTM
A 447-50.
A questo punto si ritiene utile ricordare
che molto spesso le fonderie vengono richieste di produrre getti di acciai inossidabili per
i quali i clienti indicano la qualità del mate-
TABELLA II — Composizioni chimiche degli acciai fusi resistenti al calore
N.
di
rìf.
Composizione chimica indicativa %
Ni
Cr
Mo max
C max
Si max
Mn max
1
6-7
0-2
0,5
0,35
2.5
1,0
2
8-10
0-2
1.2
0.30
2,5
1,0
3
12-14
0-2
0,5
0.50
3,0
1,0
4
16-18
0-2
0,5
0.50
2,0
T.O
5
17-19
0
0,5
1.80
2,5
1.0
6
22-26
0-2
0,5
0.50
2,0
1,0
7
27-30
0-2
0,5
0,70
2,0
1,0
8
27-30
0-2
0.5
1,40
2.0
1,0
9
27-30
4-6
0,5
0,50
1,5
1,5
10
27-30
B-10
0,5
0.50
2,0
1.5
11
17-IS
8-10
0.5
0,35
2,5
1,5
12
20-23
9-11
0.5
0,50
2,5
1,5
13
24-26
11-13
0.5
0,50
2,5
1,5
14
19-21
13-15
0.5
0,30
2.0
1,0
15
25-28
13-15
0,5
0.50
2,5
1.5
16
24-26 .
19-21
0,5
0,50
2,5
1,5
17
24-27
19-21
0,5
0,20
2,0
1,6
18
2B-32
18-22
0,5
0,60
2,0
2,0
19
19-23
23-27
0,5
0,50
2,0
2,0
20
15-17
35-38
0,5
0,50
1.5
1,0
21
17-21
37-41
0.5
0.75
2,5
2,0
22
10-14
58-62
0,5
0,76
2,5
2,0
23
15-19
64-68
0,5
0,75
2,5
2.0
Corso "Gli Acciai Inossidabili" - Lezione 5
riale mediante sigle AISI.
minazioni degli acciai secondo le norme DIN
17006.
Per ulteriore riferimento, nell'ultima colonna della Tabella I, sono state riportare le sigle
AISI suddette, ma è bene sottolineare il fatto
che queste sigle si riferiscono esclusivamente
a materiali laminati e fucinati e che quindi
il loro uso per i getti è improprio e va quindi
assolutamente sconsigliato.
Per la Germania sono stati considerati i tipi
elencati nello Stahl-Eisen Werkstoffsblatt 47160 le cui sigle sono esposte secondo le norme
DIN 17007 foglio 2; sempre per la Germania
si è ritenuto opportuno di riportare le deno-
TABELLA 111 N.
di
rif.
;
»
I limiti di composizione chimica previsti
dalle varie unificazioni non sono sostanzialmente molto diversi tra di loro e, dato lo
scopo pratico del presente lavoro, la Tabella II
è stata elaborata in modo da costituire un soddisfacente compromesso tra i dati delle differenti norme.
La Tabella III fornisce alcune indicazioni
sulle applicazioni tipiche degli acciai inossidabili fusi resistenti al calore.
Temperature massime di impiego ed applicazioni tipiche degli acciai fusi resistenti al calore
Temperatura massima
di impiego in aria
Applicazioni tipiche
°C
1
850
Parti per forni di rinvenimento.
2
880
Parti per forni con elevate caratteristiche di resistenza meccanica a caldo a temperature moderate.
3
4
900
950
Partì di forni sottoposte a basse sollecitazioni meccaniche, piastre di fondo, telai
per porte, angolari di contenimento refrattari.
Pezzi con alta resistenza all'usura a caldo.
5
950
6
1.050
Parti di forni sottoposte' a basse sollecitazioni meccaniche, teste per bruciatori ,
7
1.150
parti per forni da cemento.
8
1.100
Getti semplici resistenti all'usura a caldo, denti per bracci mescolatori, barrotti
per griglie di forni o impianti di agglomerazione dei minerali.
Parti per forni con maggiori sollecitazioni meccaniche, impiegate costantemente a
_
9
1.150
10
1.150
11
850
12
1000
meccaniche. Materiate con buona resistenza atl'infragilimento.
13
1.100
Parti di forni sottoposte a notevoli sollecitazioni meccaniche, con esigenze di sta-
14
1.000
bilità dimensionale. Notevole pericolo dì infragilimento per permanenze a tempe-
15
1.150
rature inferiori ai 900 C
16
1.150
17
1.050
18
1.200
19
980
20
1.000
21
1.100
temperature elevate. Buona resistenza ad atmosfere solforose.
Getti per impieghi a temperature non molto elevate sotto notevoli sollecitazioni
Parti di forni notevolmente sollecitate e funzionanti costantemente a temperature
molto elevate.
22
1.100
23
1.150
6
Parti di forni sottoposte ad elevate sollecitazioni in presenza di forti gradienti
termici, atmosfere riducenti o cementanti, frequenti e brusche variazioni di tem
paratura.
Corso "Gli Acciai Inossidabili" - Lezione 5
TABELLA I \ -
N.
di
rif.
Acciai fusi resìstenti alla corrosione di tipi unificati
Denominazjoni unificate
Principali elementi
di lega
%
Italia
U.S.A.
UNI 3161-68
ACI
Werkstoff Nr.
Sigla secondo DIN 17006
4027
GX 25 Cr 14
4059
GX 22 Cr Ni 17
1
Cf 13
XG 1 5 Cr 1 3
CA 15
2
Cr 13
XG40Cr 13
CA40
3
Cr 17
4
Cr 20
5
Cr 16 Ni 4
6
Cr 29
4085
GX 70 Cr 29
7
Cr 29
4086
GX 120Cr 29
8
Cr 29 - Mo 2
4136
GX 70 Cr Mo 292
9
Cr 29 - Mo 2
XG 30 Cr 20
Materiale
laminato
corrispondente
AISI
Germania
410
420
430
CB - 30
431
CB - 7 Cu
A
4138
GX 120Cr Mo 292
4340
GX 40CrNi 274
CF - 8
4308
GX 6Cr Ni 189
304
XG 20 Cr Ni 2010
CF - 20
4312
GX 15 Cr Ni 188
302
XG 8 Cr Ni Nb 2011
CF - BC
4552
GX 10 Cr Ni Nb 189
.
XG 50 Cr Ni 28
CC-50
IO
Cr 2? -Ni
11
Cr 26 - Ni 5
CD - 4M Cu
12
Cr 28 - Ni 10
CE - 30
13
Cr 20 - Ni 10
XG 3 Cr Ni 2010
CF - 3
14
Cr 2 0 - Ni 10
XG 8Cr Ni 2010
15
Cr 2 0 - Ni 10
16
Cr 20 - N i 11
17
Cr 18 - Ni 11 -Mo
XG 3 Cr Ni Mo 1811
CF - 3M
18
Cr 1 8 - Ni 11 -Mo
XG 8 Cr Ni Mo 1811
CF - 8M
19
20
21
Cr 20 - Ni 11
CF - 16F
22
Cr 20 - Ni 12-Mo
C G ~ 8M
23
Cr 17 - Ni 13 Mo
Cr 1 8 - Ni 9 - Mo
4410
GX 15 Cr Ni MO 189
Cr 18 - Ni 10-Mo
4580
GX 10 Cr Ni Mo Nb 1810
Ci 24 N i 13
2S
Cr T 8 - N I 18-MoCu
26
Cr 25 - Ni 21
27
Cr 20 - Ni 25
28
Cr 20 - Ni 26-CuMo
29
Cr 21 - JSi. 29 C- MO
—
XG 20 Cr Ni 2414
XG 20 Cr Ni 2521
CH - 20
347
31 6 L
GX 5 Cr Ni Mo 1810
- -
446
304 L
4408
24
•
316
303 Se
.
4448
317
GX 5 Cr Ni Mo 1713
—^
309
4585
GX aCr NJ Mo Cu 188
4500
GX 5 Ni Cr Mo Cu 2520
CK - 20
310
CN - 7M
XG 7 N Cr Mu Cu
-
•
—
4. Acciai inossidabili fusi resistenti alla corrosione
E' stato eseguito un confronto delle unificazioni italiana, americana e tedesca, il cui
risultato è stato raccolto nella Tabella IV che,
come abbiamo detto per gli acciai resistenti
al calore, ha valore indicativo.
Da questo confronto emergono 29 tipi di
acciai resistenti alla corrosione.
Per l'Italia si sono prese in considerazione
le norme UNI 3161-68, per gli Stati Uniti si
sono considerate le unificazioni dell'Alloy
Casting Institute. Anche per gli acciai fusi resistenti alla corrosione è abitudine molto diffusa tra i tecnici l'uso delle corrispondenti sigle AISI dei materiali laminati o fucinati.
Questa pratica deve ritenersi errata e può dar
luogo a numerosi inconvenienti e contestazioni.
Anche per gli acciai resistenti alla corrosione è stata elaborata la Tabella V che riporta
la composizione chimica indicativa dei vari
tipi di acciai presenti in almeno una unificazione.
Nella Tabella VI si riportano infine alcune
informazioni sulle applicazioni tipiche degli
acciai inossidabili fusi unificati.
5. Cenni sui procedimenti di formatura
Nella produzione di getti in acciai inossidabili, sono applicabili praticamente tutti i procedimenti di formatura oggi a disposizione
delle fonderie, procedimenti che qui di seguito verranno richiamati e brevemente descritti.
Per semplicità di trattazione essi si considerano suddivisi in 4 principali gruppi e precisamente :
Per le caratteristiche degli acciai unificati
dell'A.C.I. valgono le norme A.S.T.M. (American Society for Testing Materials) e precisamente:
— procedimenti
— procedimenti
— procedimenti
— procedimenti
- per i tipi CF 20, CF-16F, CE-30, CB-30,
CC-50, CA-40, CG-8M: ASTM 296-65
- per i tipi CF-8, CF-8M, CF-8C, CH-20,
CK-20, CA-15, CF-3, CF-3M, CN-7M :
ASTM 296-65 e A 351-65
S.l. Procedimenti normali
- per i tipi CB-7CU e CD-4MCU non esistono
prescrizioni ASTM.
Per la Germania sono stati considerati i
tipi elencati nello Stahl-Eisén Werkstoffsblatt
410-60, le cui sigle sono in accordo con le
norme DIN 17007 foglio 2. Sempre per la
Germania si è ritenuto anche opportuno di
riportare, per i vari tipi di acciai unificati, le
denominazioni secondo le norme DIN 17006.
Fuori Tabella sono state riportate, per riferimento, le sigle AISI che riguardano gli acciai laminati corrispondenti.
8
normali,
di semiprecisione,
di precisione,
speciali.
Rientrano in questa categoria i metodi di
formatura ancora oggi più largamente diffusi
nelle fonderie ed in particolare nei reparti in
cui si effettuano le tradizionali operazioni di
formatura a macchina o a mano.
La formatura in terra da fonderia viene oggi,
nel settore degli acciai inossidabili, effettuata
praticamente con l'impiego di sole terre sintetiche, costituite da sabbie silicee di opportuna granulometria e legate con bentonite ed
acqua, con o senza l'impiego di speciali additivi chiamati a svolgere particolari funzioni quali, ad esempio, una migliore resistenza meccanica degli spigoli delle forme, o migliori caratteristiche alla distaffatura dei getti.
Corso "Gli Acciai Inossidabili" - Lezione 5
TABELLA V - Composizioni chimiche degli acciai fusi resistenti alla corrosione
Composizione chimica %
N.
di
rif.
Cr
Ni
i
13
< 1-0
0,5
2
13
< 1.0
0,5
Mo
max
c
Si
max
Mn
Altri elementi
0,15
1,5
1,0
—
0,40
1,5
1,0
»,o
max
3
T7
1 -+• 2
O,25
1,0
4
20
< 2
0,30
1.5
1,0
3+5
0,07
1,0
1,0
5
16
6
29
0,90
2,0
1.0
7
29
1,30
2,0
1,0
8
—
«
—
—
Cu
2 , 3 •+• 3
—
29
2,5
0,90
2,0
1.0
9
29
2,5
1,30
2.0
1.0
10
28
0,50
1.5
1,0
0,04
1,0
1-0
Cu 2,75 + 3,25
—-
4,0
2.25
11
26
4,75 + 6,0
12
28
10,0
0,30
2,0
1,5
13
20
10
0,03
2,0
1,5
14
20
10
0,08
2.0
1.5
15
20
10
0,20
2,0
1.5
16
20
11
0,08
2,0
1.5
Valida per tutti
i 29 tipi :
—
Nb a- 8 % C o
Nb + Tu > 10 % C
1,35 max
18
11
3,0
0,03
1,5
1,5
18
18
11
3,0
0,08
1,5
1,5
19
18
10
2.5
0,15
2,5
2,0
20
17
11.5
2,5
0,10
1,0
2,0
Nb > 8 %C
Sa 0,20 + 0,35
17
21
20
11
1,5
0,16
2,0
1,5
22
20
12
4.0
0.08
1,5
1.5
5.0
0.08
1.5
2,0
0,20
2,0
1.5
0.08
1,5
2,0
0,20
2,0
1,5
0.08
1,5
2,0
23
17
13
24
24
13
25
18
18
26
25
21
27
20
2,5
25
3,5
28
20
26
2+3
0,07
29
21
29
3,0
0,07
1,5
Con l'impiego delle sabbie di fonderia di
tipo tradizionale, la formatura può essere effettuata a m a n c o a macchina e le forme
stesse possono venire utilizzate per la colata
nelle seguenti condizioni:
Corso "Gli Acciai Inossidabili" - Lezione 5
Impurità
P < 0,035
S < 0,035
—
Nb S 1,0
Cu 1,8 + 2,4
Nb -S 1.0
Cu 1,5 + 2,2
Nb -s 1,0
1.5
Cu 3-t-4
1,5
Cu 3 + 4
— a verde, ossia immediatamente appena formate,
- a semisecco, ossia con le supcrfici delle forme che andranno a contatto col metallo
essiccate parzialmente mediante flambatura,
9
TABELLA VI -
Esempi di Impiego dì getti in acciai fusi resìstenti alla corrosione
N. di
rif.
Applicazioni tipiche
Getti bonificabiii con alte caratteristiche meccaniche. Giranti per turbine idrauliche, valvole per acqua e vapore,
raccordi.
Getti bontficabill resistenti alla corrosione da parte di acque di miniera acide.
Materiate poco sensibile al trattamento di bonifica e di moderata resistenza alla corrosione
Materiale temprabile per precipitazione. Getti con altissima resistenza meccanica combinata a buone caratteristi
che di resistenza alla corrosione.
Gettt con caratteristiche meccaniche paragonabili a quelle della ghisa. Elavata resistenza alla corrosione. Getti per
l'industria
mineraria, chimica e dell'alimentazione.
Getti di alta resistenza alta corrosione da parte di acidi solforici e cloruri.
Basse caratteristiche di resilienza .
10
Materiale di caratteristiche simili ai N. 6 e 7 con maggiori caratteristiche dì resilienza. Corpi pompe e giranti
di grandi dimensioni per l'industria chimica e mineraria.
11
Materiale a resistenza meccanica molto elevata combinata ad eccellente resistenza in molte condizioni di corrosione severa. Parti di pompe e valvole in cui si richiede anche un'elevata resistenza all'usura.
12
Getti per l'industria
13
Getti di alta tenacità e resistenza alta corrosione, non necessitanti di trattamento
15
Getti per pompe e valvolame per l'industria
16
Getti per l'industria chimica resistenti alla corrosione intere istalline anche dopo ampie saldature senza susseguente trattamento termico. Tempera tu'-e di impiego superiori a 300°C.
17
Getti di alta resistenza alla corrosione da parte di acidi solforici, acidi organici e cloruri.
18
Possibilità di saldatura senza trattamento
19
Come per i N. 17 e 18 ma con necessità di trattamento
20
Come per i N. 17 e 18 ma per temperature d'impiego superiori a 300 C.
21
Getti in acciai inossidabili per lavorazioni di grande serie. Il selenio contenuto migliora la lavorabilità meccanica
22
Getti m acciai inossidabili a maggiore contenuto di molibdeno per speciali condizioni di corrosione.
tipiche nell'industria della carta.
delta carta. Materiale poco sensibile alla corrosione
intergranulare.
termico dopo saldatura.
chimica di qualità corrente.
termico.
termico dopo saldatura
Applicazioni
Getti con migliorate caratteristiche, rispetto al N. 19, di resistenza alla corrosione da parte di cloruri, liscivi
solfitici ed acidi organici.
Getti per l'industria
25
bi-
chimica a contatto con soluzioni di pasta di carta e acido nitrico.
Getti particolarmente resistenti all'attacco da parte degli acidi solforici diluiti e soluzioni dì loro sali..
26
27
28
Getti resistenti all'acido fosforico, all'acido nitrico fumante, a soluzioni di decapaggio a base
29
fluoridrico. Aita resistenza a severe condizioni caustiche e all'acqua di mare.
— a secco, dopo essiccazione completa della
forma in stufe, o in loco mediante generatori di aria calda.
l'n'interessante variante nei procedimenti
normali di formatura in terni d;i fonderia è
10
'
acido nitrico e
costituita dall'impiego parziale, per la fabbricazione di alcune partì di forme molto critiche, di speciali miscele LI base, anziché ili sabbia silicea, di sabbie di altissima refrattarietà
come, ad esempio, la cromite ed il silicato di
zinconio.
Corso "Gli Ait-iai Inossidabili" - Lezione 5
I recenti sviluppi nel campo delle resine
sintetiche auto indurenti, particolarmente nel
settore delle resine furaniche e fenoliche, hanno portato ad una sempre maggiore affermazione, nel settore della formatura di getti di
medie e grosse dimensioni, di metodi di formatura basati sull'uso di miscele autoindurenti costituite da sabbia silicea, resina e sostanze
catalizzataci della reazione di indurimento
per polimerizzazione.
formatura caratterizzato dall'impiego di sabbia silicea molto fine, con granulometria media di circa 0,1 — 0,3 mm, preparata in modo
tale da ottenere un sottilissimo rivestimento
superficiale di ciascun granello di sabbia con
resine autoindurenti del tipo bachelitico.
Negli anni scorsi aveva trovato un certo
impiego, nelle fonderie di acciaio, un procedimento che si basava sull'uso di miscele di sabbia silicea con cemento.
Questo procedimento aveva numerosi vantaggi fra i quali la stabilità dimensionale delle
forme, la possibilità di costruire forme mediante composizione di elementi semplici,
ma questo procedimento aveva il grave inconveniente di richiedere un minimo di 48 ore di
attesa prima della colata.
Con le nuove resine sopra citate, come pure
con l'impiego di miscele di sabbia silicea con
silicato di sodio, induribili mediante trattamento con anidride carbonica, i tempi di indurimento si sono ridotti a limiti molto bassi,
dell*ordine di grandezza di alcuni minuti e ciò
è la principale ragione del sempre maggiore
sviluppo di questi metodi.
Fìg. 1 — Grandi giranti per turbine Pelton fuse in acciaio
al 13 7O Cr - 2 % Ni. Esempio di formatura a mano di grandi getti con impiego di elementi anima in miscele di sabbia e silicato di sodio.
I getti formati a mano o a macchina con i
procedimenti sopra esposti, si possono ritenere come getti di qualità corrente e le loro
caratteristiche superficiali rientrano tra quanto previsto per la produzione dei getti di acciaio al carbonio. Le Figure 1 e 2 presentano
alcuni getti tipici formati con procedimenti
tradizionali.
5.2. Procedimenti di semiprecisione
Durante la seconda guerra mondiale fu messo a punto in Germania un procedimento di
Corso "Gli Acciai Inossidabili" - Lezione 5
Fig. 2 — Esempio di getto realizzato con formatura in
terra sintetica a secco.
Longheroni per forni di riscaldo tubi fusi in
acciaio inossidabile refrattario al 28°/o Cr - 20°/0
•
• Ni.
11
Le sabbie così preparate, indicate col nome
di sabbie prerivestite, sono scorrevoli all'incirca come una normale sabbia asciutta. Quando
queste sabbie vengono poste a contatto con
modelli o casse d'anime metalliche riscaldate
intorno a 200 - 25O°C, si ha una cottura progressiva della miscela di formatura negli strati
a partire dalle superfici del modello riscaldato.
Nel corso di alcune diecine di secondi, a contatto con il modello, si è formato uno strato
sufficiente di miscela indurita che, allontanata dal modello, da luogo ad una forma con
superfici molto lisce, di coesione molto elevata, di altissima permeabilità e priva di umidità.
Uuesta formatura è conosciuta sotto vari
nomi e precisamente:
- Processo Croning,
- Shell molding,
- lormatura a guscio.
Questa procedimento si presta sia per la
produzione di forme che per la produzione di
anime.
Le possibilità di impiego della formatura
a guscio sono molti versatili e si hanno così
varie possibilità:
- lormatura a gusci singoli,
formatura a grappolo verticale,
- formatura a gruppi orizzontali,
formature miste, nelle quali si hanno, ad
esempio, anime a guscio in forme di terra
da fonderia o elementi di forme a guscio
inserite in altre formature di tipo normale.
La formatura a guscio è caratterizzata da
tutta una serie di notevoli vantaggi dei quali
si citano i principali:
- tolleranze dimensionali molto più ristrette
rispetto ai getti fusi in terra,
— superfici dei getti molto migliori,
~ ottenibilità di getti di spessore molto sottile,
12
- difetti di fonderìa nei getti molto meno
frequenti,
- possibilità di produzione delle forme con
sistemi semplici e con mano d'opera non
specializzata,
- facilità di lunghi immagazzinamenti delle
forme,
- facilità di trasporto delle forme,
- facilità di sterratura dei getti,
- fortissima riduzione delle bave,
- semplificazione del lavoro di finitura dei
getti.
Questo procedimento ha il suo campo
optimum di adozione nei getti di media e
grande serie nella gamma di pesi singoli da
pochi grammi fino a circa 30 Kg.
Un getto di peso singolo superiore a 30 kg
e fino a 100 kg va già considerato in modo
particolare per una sua possibile produzione
con questo procedimento.
Si richiedono attrezzature di placche modello e casse d'anima, interamente realizzate
in metallo, di solito in ghisa od ottone, che
devono essere finite molto accuratamente e
che pertanto risultano molto costose. Ricorrendo però a particolari accorgimenti nella
progettazione delle attrezzature, per getti di
forma semplice si possono realizzare modelli
di costo relativamente ridotto, cosa che rende
possibile Papplicazione di questo procedimento di formatura anche per serie di poche
diecine o centinaia di pezzi. La Fig. 3 mostra
un esempio tipico di applicazione di questo
procedimento di formazione.
5.3. Procedimenti di precisione
5.3.1.
Cera persa
11 classico procedimento di fusione di precisione è costituito dall'ammodernamento del-
Corso "(Ili Acciai Inossidabili" - Lezione 5
l'antichissimo sistema di fusione a cera persa.
Questo procedimento si presta benissimo per
l'ottenimento di qualsiasi metallo o lega della
famiglia degli inossidabili ed è caratterizzato
da tolleranze dimensionali molto ristrette e
da superfici di getti molto lisce.
basate su un eventuale ridisegno di un pezzo
o di un complesso di pezzi. La Fig. 4 da un
esempio di come un complesso di piccoli
pezzi possa essere sostituito con un getto unico a cera persa.
]
s
Fìg. 3 — Piccole giranti per pompe fuse in acciaio inossidabile al 18 % Cr 8 % Ni in forme a guscio.
Il procedimento di fusione a cera persa, noto anche con il termine inglese "ìnvestment
casting" è particolarmente adatto per la realizzazione di piccoli pezzi fusi, di peso unitario
da pochi grammi fino a circa 10 kg.
Applicazione tipiche sono costituite da:
palette di turbina, piccoli particolari complicati per l'industria meccanica, parti per le macchine calcolatrici, per i contatori, parti per
l'industria aeronautica.
La fusione di precisione a cera persa è vantaggiosamente applicabile in tutti i casi in cui
altri processi di fusione, di stampaggio o di
lavorazione su macchine utensili automatiche
non possono venire usati, in particolare per le
caratteristiche dimensionali del pezzo. Vale
la regola che più un pezzo è semplice e meno
questo procedimento è competitivo, ma un
attento esame con specialisti «del ramo può»
permettere spesso ai progettisti di impianti
o di macchine di trovare per questa via
soluzioni soddisfacenti e talvolta inaspettate,
Corso "Gli Acciai Inossidabili" - Lezione 5
Fig. 4 — Esempio di sostituzione di un complesso di
piccoli pezzi, con un unico getto a cera persa.
Per quanto questo procedimento possa ritenersi sufficientemente conosciuto, se ne
richiamano, qui di seguito, i punti principali.
Utilizzando un modello primario costruito
tenendo conto dei vari ritiri intermedi, ossia
del ritiro della cera, del ritiro del metallo del
getto e della dilatazione delle forme, si prepara un primo stampo metallico di solito realizzato con metallo a basso punto di fusione, nel
quale viene iniettata della cera speciale, sotto
pressione e ad una temperatura adeguata per
assicurarne una sufficiente plasticità.
I vari modelli di cera così ottenuti vengono
montati sotto forma di grappoli su uno scheletro ugualmente in cera che costituirà, nella
forma, il sistema di colata e di alimentazione
13
dei getti. I grappoli vengono rivestiti di un
primo strato di materiale refrattario mediante immersione in vasche contenenti speciali
barbottine.
I grappoli, dopo questo primo rivestimento,
e mentre il rivestimento stesso è ancora liquido, vengono spolverati con silice finissima
e vengono quindi passati in un essicatore. I
grappoli cosi rivestiti e asciugati vengono
quindi immersi in piccoli recipienti di acciaio
inossidabile refrattario, che contengono una
miscela di chamotte e silicato di etile. Ognuno
di questi recipienti di acciaio inossidabile
contiene un solo grappolo e, dopo essicazione,
si trasforma in un blocco monolitico che racchiude il grappolo di cera.
Queste formelle vengono capovolte e la
cera viene da esse eliminata per riscaldamento,
dopo di che si inizia la fase di cottura che
porta la forma gradualmente fino ad una temperatura di circa 1.000°C. Il metallo viene colato nelle forme a questa temperatura.
Dopo il raffreddamento le forme ceramiche
vengono demolite con piccoli martelli pneumatici estraendone il grappolo intero che
viene sottoposto alla sabbiatura ed al taglio
dei singoli getti, i quali vengono infine rifiniti
di mola e trattati termicamente.
II procedimento ora descrìtto, indicato anche con il nome di procedimento a forma piena, è stato ultimamente affiancato da un
procedimento nel quale il grappolo di cera
viene ricoperto da strati successivi di particolari materiali refrattari che, dopo cottura, si
trasformano in un vero e proprio guscio ceramico. E' così possibile eliminare i contenitori
di acciaio inossidabile e ridurre moltissimo la
quantità di calore richiesta per la cottura delle
forme.
Nel settore dei getti di acciai inossidabili, la
formatura di precisione è applicabile partico-
14
larmente per la costruzione di piccole giranti
per pompe, o per contatori, ed in genere per
tutti i piccoli particolari nei quali si richiede
un'elevata precisione dimensionale: si ricorda
che in un getto di acciaio inossidabile così ottenuto si possono ottenere spessori di getto di
anche un solo millimetro, con tolleranze dimensionali di un decimo di millimetro e con
la possibilità di ridurre moltissimo le lavorazioni meccaniche fino, in alcuni casi, ad
eliminarle completamente.
5.3.2.
Procedimento di formatura ceramica
In questi ultimi anni ha trovato un notevole campo di applicazione un procedimento
di formatura di precisione che, messo a punto
per la prima volta in Inghilterra col nome
di processo Shaw e quindi sviluppatosi con
alcune varianti, si basa sull'impiego di miscele
refrattarie della consistenza di barbottine, costituite da sillimanite od altri refrattari in
polvere e da silicato di etile. Mediante l'impiego di speciali aggiunte di acceleranti, la reazione di idrolisi del silicato di etile viene
regolata e controllata in modo da poter ottenere, in un certo perìodo del procedimento,
una consistenza quasi gommosa della miscela
stessa.
Con questo procedimento si impiegano modelli che possono essere di metallo, di materia
plastica od anche di legno sui quali viene versata una certa quantità di barbottina fino
a coprire interamente il modello.
Quando la miscela ha raggiunto il suo particolare stato di gommosità, si procede all'estrazione del modello, cosa che avviene molto
facilmente grazie proprio alla particolare elasticità della massa refrattaria.
La forma viene quindi completata con materiali meno costosi nelle zone non a diretto
contatto con il metallo del getto e sottoposta
all'azione brusca del calore.
Corso "Gli Acciai Inossidabili" - Lezione 5
Durante l'eliminazione dell'alcool etilico si
formano così delle fessure microscopìche nella forma, che donano alla stessa una certa
permeabilità.
Nel processo Shaw le forme possono essere
colate sia a temperatura ambiente che ad alta
temperature: i getti con esse prodotti risultano con superficì molto lisce e di dimensioni
molto precise (Fig. 5)
l'ottenimento di getti di acciaio inossidabile
con un grado di precisione molto elevato si
può ora considerare anche la pressofusione.
L'applicazione delle macchine per pressofusione alla produzione di getti in leghe ferrose è iniziata, sul piano sperimentale, non più
di 5 anni orsono nei laboratori di ricerca della
General Electric negli Stati Uniti.
La principale difficoltà nell'applicazione
della pressofusione ai metalli fusi era costituita dagli stampi. L'introduzione, nella costruzione delle parti più sollecitate degli stampi,
del molibdeno e del tungsteno, ha aperto la
vìa alla possibilità tecnica di ottenere getti
pressofusi in leghe ferrose.
Tra queste uno dei metalli più promettenti
è appunto l'acciaio inossidabile. In molti
casi per tante parti di grande serie l'acciaio
inossidabile non è stato finora impiegato a
causa della sua ridotta formabilità e della
sua scarsa lavorabilità.
Fig. 5 — Getto tipico prodotto col procedimento di
formatura ceramica.
Questo procedimento non sì può considerare un procedimento di basso costo, ma è
ciononostante molto conveniente in alcuni
casi particolari come ad esempio per la fabbricazione di modelli e stampi metallici di giranti
e di altri pezzi anche di notevole dimensione.
I getti ottenibili con questo procedimento
sono normalmente compresi nella gamma da
qualche kg a 500 kg di peso unitario, ma è
possibile anche raggiungere pesi unitari anche
più elevati.
5.3.3.
Pressofusione
Tra i procedimenti che possono permettere
Corso "Gli Acciai Inossidabili" - Lezione 5
La possibilità ora di applicare la pressofusione, permette di superare questi inconvenienti perché con il grado di precisione ottenibile con questo procedimento, si ottengono
direttamente dal metallo liquido pezzi praticamente finiti.
Ciò può aprire nuovi campi dì applicazione
degli inossidabili particolarmente nel settore
della rubinetteria e probabilmente anche nell'industria automobilistica.
L'acciaio inossidabile pressofuso mostra una
struttura a grano molto fine e, dalle prove di
laboratorio, si è potuto constatare che i getti
così prodotti hanno anche una superiore resistenza alla corrosione.
5.4. Procedimenti speciali
Una vasta gamma di prodotti fusi in acciai
15
inossidabili sono formati mediante procedimenti che non rientrano nei tradizionali metodi di formatura. E* questo il caso particolare
della colata centrifuga nelle sue varianti.
del getto così ottenuto.
I principi basilari della colata centrifuga
sono relativamente semplici.
In un sistema rotante, la forza centrifuga
varia direttamente con il diametro ed è proporzionale al quadrato della velocità angolare.
Questa forza viene espressa in valori multipli
della forza di gravita g.
Il procedimento di colata viene suddiviso
in:
— colata semìcentrifuga,
— colata centrifuga vera e propria.
Nella colata semicentrifuga, la funzione
della forza centrifuga è solo quella di permettere il riempimento della forma e di favorire
una solidificazione prevalentemente unidirezionale. Questa tecnica è impiegata per getti
di forma simmetrica rispetto ad un asse di
rotazione centrale, essendo il getto interamente delineato dal profilo della forma. Quest'ultima è solitamente una forma in sabbia agglomerata o in sabbia-cemento (Fig. 6).
Nella colata semicentrifuga, il sistema di
alimentazione del getto è simile a quello
di una normale fusione statica in forma di
sabbia da fonderia, con la particolarità che
esso è disposto al centro del getto, in modo
che durante la centrifugazione il primo metallo che entra nella forma raggiunga le parti
esterne del getto ed ivi inizi la sua solidificazione, essendo costantemente alimentato dall'ultimo metallo liquido entrato nella forma
e che trovasi nella parte centrale del sistema di
di colata, sottoposto all'energica spinta radialo
dovuta alla forza centrifuga. Ciò permette una
corretta solidificazione direzionale del getto,
con una conseguente maggiore compattezza
16
Fig. 6 - Colata semicentrifuga.
Quando la forma, o la conchiglia metallica
ruotano attorno ad' un asse orizzontale, o
verticale e la superficie interna del getto è
determinata soltanto dalla forza centrifuga,
allora il processo viene chiamato colata centrifuga vera e propria. Questo è il metodo più
usato industrialmente. Esso viene utilizzato
per getti di forma essenzialmente cilindrica
dove sono fissati il diametro e la lunghezza
della conchiglia, mentre il diametro interno
viene ottenuto regolando il peso dì acciaio
colato nella forma.
Con la colata centrifuga ad asse orizzontale
Corso "GH Acciai Inossidabili" - Lezione 5
si producono getti che hanno una lunghezza
predominante rispetto al diametro, mentre il
contrario avviene per la colata centrifuga ad
asse verticale.
Nella colata centrifuga vera e propria la forza centrifuga varia da 50 a 150 volte la forza
di gravita, e ciò rende subito evidente la grande differenza rispetto alle fusioni statiche dal
punto di vista dell'alimentazione del getto.
Basterà pensare per un momento che mentre
lo strato esterno a contatto con la conchiglia
sta solidificando, il metallo ancora liquido
presente negli strati interni di un getto centrifugato, svolge la sua funzione di alimentazione agli effetti del ritiro di solidificazione, come potrebbe avvenire in un getto statico
soltanto con materozze aventi un battente
di metallo liquido alto da 65 a 190 metri.
Dal punto di vista della compattezza del
getto, la centrifugazione è quindi in grado
di dare un livello di garanzia non ottenìbile
con nessun altro procedimento di fonderia.
La Fig. 7 illustra schematicamente una
macchina per la colata centrifuga ad asse
verticale. Questo tipo di colata viene solitamente impiegato per getti cilindrici di altezza
massima fino a circa tre volte il diametro e si
presta particolarmente bene per l'ottenimento
di boccole, flange ed anelli.
La superfìcie interna del getto è in ogni caso cilindrica a sezione circolare, con diametro
determinato dalla quantità di metallo messa
nella conchiglia rotante.
Nella colata centrifuga ad asse verticale, pur
essendo la forza centrifuga dell'ordine di grandezza di 50-150 g, si fa pur sempre sentire
l'influenza della forza di gravita e ciò può
portare a piccole differenze ne! diametro
interno del getto tra l'estremità superiore
e quella inferiore. Con questo procedimento
si producono vantaggiosamente anche getti
Corso "Gli Aixiai Inossidabili" - Lezione 5
con superfici a profilo non cilindrico, quali
ad esempio flange con raccordi.
JZZZZZ&
Fig. 7 - Colata centrifuga ad asse verticale.
La Fig. 8 illustra il sistema di colata centrifuga più largamente diffuso, esso prevede
l'impiego di una macchina ad asse orizzontale
e si presta in modo particolare per la produzione di tubi centrifugati in acciai altolegati.
Le conchiglie sono internamente rivestite
con una vera e propria forma in terra da fonderia, o con sabbia-cemento dello spessore di
alcuni centimetri, oppure con sabbia silicea,
asciutta, trattenuta sulle superfici della conchiglia dalla forza centrifuga stessa, con spessori di alcuni millimetri, oppure, come avviene
nei procedimenti più moderni, con speciali
vernici refrattarie, che vengono applicate nell'interno delle conchiglie rotanti mediante apparecchiature di spruzzo automatiche per
uno spessore di pochi decimi di millimetro.
Queste speciali vernici debbono possedere
un complesso di caratteristiche che sono determinanti ai fini della qualità del prodotto
centrifugato e precisamente esse debbono
17
Fig. 8 — Colata centrifuga ad asse orizzontale.
essere sufficientemente aderenti alla superficie
della conchiglia per non venire asportate dal
flusso di metallo liquido, essere altamente refrattarie, essere molto isolanti termicamente
per permettere una rapida distribuzione del
meiallo liquido su tutto l'interno della conchiglia, essiccarsi molto rapidamente e completamente su tutto lo spessore, per non
avere sviluppo di gas all'atto della colata, ed
infine avere caratteristiche di facile aderenza
alle superfici del getto centrifugato, in modo
che quest'ultimo, all'atto dell'estrazione della
conchiglia, porti con sé possibilmente tutta la
vernice refrattaria originariamente depositata
sulla superficie interna della conchiglia.
18
Una variante delle macchine tradizionali
per colata centrifuga ad asse orizzontale è
costituita dalle macchine con conchiglia a
sbalzo che trovano largo impiego soprattutto
nella produzione di boccole e camicie di limitata lunghezza.
La gamma di possibile produzione di getti
tubolari centrifugati è molto ampia; essa, secondo le norme ASTM A 362-63 prevede
per gli acciai inossidabili:
- diametro esterno da 50 a 1.250 mm
- lunghezza nominale da 600 a 5.400 mm
- spessore minimo grezzo non inferiore a 6,3
mm.
Corso "Gli Acciai Inossidabili" - Lezione 5
6. Impiego di getti in costruzioni miste
La razionale applicazione dei vari metodi di
formatura oggi disponibili è in grado di
allargare notevolmente le possibilità di realizzazione di getti di acciai inossidabili di forme
complesse o di particolari esigenze dimensionali.
piani, saldati tra di loro e quindi curvati
a freddo secondo le esigenze del disegno.
Nell'esempio riportato in Fig. 9 si notano
quali notevoli risultati siano ottenibili inserendo in tradizionali forme in terra da fonderia elementi di forme o anime realizzate a
guscio.
Fig. IO—
Griglia per vibrovaghi realizzata mediante
composizione saldata di elementi fusi in acciaio inossidabile al 24 % Cr - 12 % Ni.
La Fig. 11 mostra un'altra interessante
realizzazione. Si tratta di una camicia alettata
per scambiatori di calore ad irraggiamento,
avente un diametro di 1.200 mm, con una
lunghezza di 5.400 mm ed uno spessore di
10 mm, ottenuta mediante saldatura di 14
elementi separati realizzati di fusione già con
la desiderata curvatura.
Fig. 9 — Esempio di getti per l'industria chimica in acciaio al 25 % Cr - 20 % Ni. La formatura in terra con l'impiego di anime a guscio (shell molding) ha permesso la realizzazione di spessoridi
Un'ulteriore interessante possibilità tecnica
è legata alla ottima saldabilità di buona parte
degli acciai inossidabili ed alle buone caratteristiche di deformabilità a freddo.
La Fig. 10 mostra un tipico esempio di
questa possibilità. Si tratta di grandi lamiere
forate, fuse in acciaio inossidabile al 24 % Cr
12 °/o Ni, che sono state ottenute in elementi
Corso "Gii Acciai Inossidabili" • Lezione 5
Fig. 11 — Camicia per scambiatori di calore ad irraggiamento composta da elementi fusi saldati
tra di loro. Materiale: 28 % Cr - 8 % Ni.
19
La tecnica dell'assemblaggio mediante saldatura di varie parti ottenute con lo stesso
materiale è anche vantaggiosamente applicabile nel campo degli acciai inossidabili, quando
si debbano ottenere getti di grande dimensione. La Fig. 2 ne mostra un esempio. Questi
longheroni per forni di riscaldo tubi per l'industria siderurgica sono lunghi circa 6 metri
ed hanno un peso unitario di circa 1.100 kg:
se essi fossero stati realizzati in fusione ed in
un solo pezzo, avrebbero indubbiamente dato
luogo, durante il ritiro delle forme dì solidificazione, alla formazione di numerose cricche
a caldo. Realizzandoli invece in tre pezzi saldati tra di loro .si è raggiunta una soluzione
tecnica migliore ed economicamente valida.
curve dello stesso materiale ottenute mediante
fusione in terra.
Un altro interessante esempio delle possìbili tecniche utilizzabili nel settore dei getti in
acciaio inossidabile è rappresentato dalla grossa camicia per forni generatori di aria calda
presentata in Fig. 12. In questo caso si
trattava di realizzare il pezzo in acciaio resistente meccanicamente a caldo in presenza
di atmosfere solforose di prodotti della combustione di nafte pesanti.
Le precedenti realizzazioni in partenza da
lamiera di acciaio al 18 °/> Cr - 8 % Ni o di
acciaio al 24 \ Cr - 20 \ Ni, non erano
risultate soddisfacenti. Nell'esecuzione illustrata in figura il pezzo si ottenne realizzando
di fusione degli elementi piani dello spessore
di 10 mm già provvisti di fusione di tutti i
relativi fori, saldando gli elementi tra di loro,
calandrando le varie strisce così ottenute e
saldando il tutto a costituire la camicia.
Fig. 1 2 -
Camicia per forni generatori di aria calda.
Materiale: acciaio al 25 % Cr - 12 % Ni.
Altri esempi tipici di costruzioni miste
si hanno, nelle varie realizzazioni che normalmente si incontrano nel settore dei tubi
radianti.
La Fig. 13 mostra alcuni elementi di tubi
radianti costituiti dalla saldatura di tubi centrifugati in acciaio al 15 % Cr - 35 % Ni con
20
Fig. 13 — Tubi radianti costituiti da tubi centrifugati
e da curve fuse in terra.
Corso "Gli Acciai Inossidabili" - Lezione 5
La Fig. 14 mostra invece alcuni complessi
di tubi radianti costruiti saldando tra di loro
parti di carpenteria metallica, tubi centrifugati,
tubi laminati e curve ottenute per fusione in
terra.
Fig. 1 5 -
Griglie per vibrovagli a caldo. Costruzione
mista composta da acciai inossidabili fusi e
laminati.
Gli acciai inossidabili per getti vengono
prodotti in forni elettrici dei seguenti tipi:
Fig. 14 — Complessi di tubi radianti costituiti da tubi
centrifugati, tubi laminati, curve fuse in terra e carpenteria metallica.
Un ultimo interessante esempio di costruzione mista è costituito dalle griglie forate
di Fig. 15, impiegate su vibrovagli funzionanti
ad alta temperatura. La piastra principale
forata è ottenuta di fusione in acciaio inossidabile al 22 Yo Cr - 12 % Ni, in formatura
in terra con inserti di anime multiple in shell
molding. Nella loro parte inferiore le piastre
sono completate da nervature longitudinali,
da traverse e da altri accessori tutti ricavati
da laminati di acciaio inossidabile, collegati
mediante saldatura alle piastre fuse.
7. Cenni sui procedimenti di fusione
Gli acciai inossidabili destinati alla produzione di getti, vengono fabbricati, in fonderìa,
secondo tecniche alquanto diverse rispetto ai
sistemi di fabbricazione degli acciai inossidabili destinati alla laminazione. Sostanzialmente la differenza consiste nell'impiego di forni
elettrici di dimensioni più piccole e nella composizione chimica degli acciai prodotti.
Corso "Gli Acciai Inossidabili" - Lezione 5
—
—
—
—
—
forno
forno
forno
forno
forno
ad arco diretto trifase,
ad arco indiretto,
a resistenza radiante,
ad induzione a bassa frequenza,
ad induzione a media frequenza.
Di questi tipi i forni senz'altro più diffusi
nelle fonderie di acciai speciali sono quelli
ad induzione a media frequenza, seguiti dai
forni ad arco.
I forni ad arco vengono normalmente impiegati per capacità di colata superiore a 1,5 t;
in essi la fusione avviene su suola basica e si
ha la possibilità di raggiungere facilmente temperature molto elevate che permettono il trattamento del bagno con lancia ad ossigeno.
II forno ad arco trifase si presta ottimamente per l'ottenimento di acciai inossidabili, di
eccellente qualità, sia con cariche sintetiche
che con cariche dì rifusione di rottami di acciai inossidabili.
Secondo la necessità vengono impiegate
una o più scorie e si ottengono senza difficoltà
21
colate con tenori di fosforo e zolfo molto
bassi e con bassi contenuti di gas, in particolare idrogeno.
una fonderia di acciai speciali, che di solito ha
la necessità di cambiare completamente qualità di materiale tra una colata e l'altra.
t^uesti tipi di forni non sono normalmente
impiegati per capacità inferiori a 1.500 kg:
in questi casi trovano impiego i forni a suola
basculante o a tamburo, con rivestimento
basico o neutro, con riscaldamento ad arco
indiretto monofase, o mediante resistore radiante in grafite.
I migliori risultati vengono ottenuti con frequenze elettriche notevolmente elevate. Le frequenze che garantiscono una ottimazione del
movimento elettrodinamico del bagno variano
in funzione delle capacità dei crogioli passando da circa 3.000 periodi per i crogioli da
poche diecine di kg a 400 -=- 500 periodi per
crogioli da 500 -;• 1.000 kg. In queste condizioni rimane assicurata un'uniforme distribuzione e dissoluzione degli elementi di lega
mentre allo stesso tempo rimangono entro limiti tollerabili l'usura del refrattario del crogiolo e l'entità del movimento del bagno.
La condotta di questi piccoli forni è però
piuttosto delicata ed i risultati ottenuti non
sono spesso soddisfacenti, ragione per cui si è
generalizzato nelle fonderie l'impiego di forni
elettrici ad induzione le cui capacità tipiche
sono comprese nella gamma da poche decine
di kg a varie centinaia di kg per colata.
Nei forni ad induzione, il crogiolo può
essere rivestito con refrattari basici, acidi o
neutri. Il metallo fuso contenuto nei forni
ad induzione è soggetto alla forza magneto
motrice delle correnti magnetiche indotte, che
provocano un continuo rimescolamento del bagnu. L'entità del movimento del bagno è
dirottamente proporzionale alla potenza elettrica messa in gioco ed inversamente proporzionale alla frequenza.
C io spiega qual'è il principale inconveniente che si ha nell'impiego di forni ad induzione
a frequenza di rete nella fabbricazione degli
acciai inossidabili: non si può applicare la
potenza che sarebbe necessaria per fondere
rapidamente la carica, poiché altrimenti si
avrebbe un eccessivo movimento del bagno
con conseguente eccessiva ossidazione del
metallo e forte usura del refrattario.
Il forno ad induzione a bassa frequenza
deve essere impiegato lasciando sempre una
notevole quantità di bagno liquido nel crogiolo, dalla quale partire per elaborare la colata
successiva e ciò è una forte limitazione per
22
I forni ad induzione sono caratterizzati dai
seguenti vantaggi:
— rapidità di fusione,
— possibilità di elaborare anche piccoli quantitativi di metallo,
— ossidazioni e cali molto ridotti,
— assenza di fenomeni di carburazione.
— facile rifusione di rottami legati.
D'altra parte il metallo elaborato in forni
ad induzione non può subire il trattamento
metallurgico di ossidazione e di affiliazione
essendo la quantità e la temperatura della scoria presente, non sufficienti a questo scopo.
Risulta pertanto impossibile ridurre, grazie ad
un lavoro di scoria, le impurità presenti ed in
particolare il fosforo e lo zolfo. Inoltre il movimento del bagno facilita il mantenimento
in sospensione delle inclusioni non metalliche.
E' anche molto difficile eliminare l'idrogeno
dal bagno essendo ciò praticamente fattibile soltanto mediante insufflazione di gas argon.
Da queste considerazioni emerge il fatto
che al forno ad induzione la qualità del metal-
Corso "Gli Acciai Inossidabili" - Lezione 5
lo prodotto non sarà mai migliore della qualità dei materiali in esso caricati: una produzione qualitativamente ineccepìbile sarà quindi
possibile solo se i materiali di carica saranno
di buona e sicura qualità e ben puliti, eventualmente ricorrendo ad operazioni preliminari di sabbiatura.
analitico e di mezzi di misura precisi delle
temperature.
Per ultimare queste brevi note sui mezzi
fusori, si ritiene opportuno citare i recenti
sviluppi nel campo della fusione sottovuoto.
Anche piccole aziende di carattere artigiano
sono nella possibilità di produrre dei getti che
dal punto di vista della fonderia possono considerarsi ben riusciti: per la pelle, le dimensioni, ecc. Per realizzarli, alcuni getti, vengono
colati a verde altri a secco, o con processi di
formatura speciali come quello al CO2 o con
lo shell molding.
Jn questo settore vengono principalmente
impiegati forni ad induzione completamente
racchiusi in camere a vuoto e provvisti dì tutti
i necessari dispositivi per effettuare il caricamento, la fusione, l'elaborazione del metallo
fuso e la colata dello stesso nelle forme sempre sotto vuoto.
Ma la bella apparenza può facilmente ingannare chi non ha una buona esperienza in
proposito. Infatti spesso la composizione chimica è molto lontana da quella prescritta e vi
si può riscontrare la presenza di elementi
non richiesti, anche nocivi, in quantità rilevante.
Questo procedimento trova soprattutto
impiego per la fabbricazione degli acciai speciali caratterizzati dalla presenza di tenori
relativamente elevati di elementi facilmente
ossidabili, come ad esempio, il titanio, l'alluminio, il niobio ed altri.
Altre volte il metallo, esaminato al microscopio, presenta notevoli quantità di inclusioni non metalliche e cioè il metallo è molto
sporco. Talvolta il getto è consegnato al cliente, grezzo di fusione e cioè non ha subito i
trattamenti termici indispensabili per ottenere
le strutture e le caratteristiche richieste, perché si comporti bene in servizio.
8. Osservazioni conclusive
Dopo aver richiamato l'attenzione sulle
principali caratteristiche di produzione e di
impiego degli acciai inossidabili in getti, ci
sembra particolarmente interessante riportare
qui di seguito, come conclusione di questo
sguardo panoramico, le osservazioni che il
prof. R. Depuis fece al termine della sua
lezione sugli acciai inossidabili pubblicata nel
1968.
"La fabbricazione dei getti in acciai inossidabili non presenta eccessiva difficoltà quando si dispone oltre che di buone nozioni
tecniche, di forni elettrici adatti allo scopo,
sia ad arco che ad induzione a media frequenza, di laboratori chimici di controllo rapido
Corsn "Gli Acciai Inossidabili" - Lezione 5
Altre volte ancora il getto è stato riparato
saldandolo con materiale'di riporto di composizione diversa da quella del getto, o se di
uguale natura, non è stato trattato termicamente dopo saldatura.
Delle molte fonderie, specie quelle piccole,
ben poche possono essere classificate tra i fornitori degni di fiducia.
Un getto in acciaio inossidabile è costoso
e non è bene fare la scelta basandosi solo sui
prezzi talvolta bassi di qualche fornitore.
Questa critica, assolutamente spassionata,
ha un solo scopo e cioè quello di consigliare
a chi ha lavorato sinora empiricamente, a
mettersi sulla giusta strada".
23
BIBLIOGRAFIA
1
- L. Colombier, J. Hochmann: "Aciers Inoxydables - Aciers Réfractaires"; Ed. Dunod
Parigi 1965
2
- A.S.M.: "Metals Handbook" Volume 1° - S* Edizione, 1961 - American Society
for Metals - Metals Park - Ohio
3
- S.F.S.A.: "Steel Casting Handbook" - 4'Edizione, 1970 - Steel Founders' Society
of America - Rocky
River-Ohio
4
- K. Roesch, K. Zimmermann: "Stahlguss" 1966 - Verlag Stahleisen, Dùsseldorf
5
— F. Leitner, E. Plóckinger: "Die Edelstahlerzeugung" - 2' Edizione, 1965 - SpringerVerlag, Vienna
- C.G. Conway: "Heat-Resisting Steels and AUoys" 1953 - Edizione G. Newnes,
Londra
6
7
- C.W. Briggs: "The Metallurgy of Steel Castings" 1956 - Me Graw-Hill Book Company - New York
8
- J.H, Hall: "Steel Foundry Practice" - l'Edizione,
Cleveland - Ohio
9
- K. Daeves: "Werkstoff-Handbuch Stahl und Eisen" - 4" Edizione 1965 - Verlag
Stahleisen - Dùsseldorf
10
— Centro Informazioni Nickel: "Getti in Acciai e Leghe Resistenti al Calore e alla
Corrosione" - Pubblicazione n. Al - 27 - International Nickel Italia - Milano
11
— R.S.L. Andrews: "Shell Process Foundry Practice" - / ' Edizione, 1963 -American
Foundrymen's Society - Des Plaines-Illinois
12
- A.F.S.: "Molding Methods and Materials" - l'Ed, 1962 - American foundrymen s
Society - Des Plaines - Illinois
1955 - Penton Publishing Co. -