Ferro duttile

La ghisa duttile possiede eccellenti proprietà globali, combinando la resistenza dell'acciaio con la colabilità del ferro. Presenta buona lavorabilità, smorzamento delle vibrazioni e resistenza alla fatica, mentre il suo costo è inferiore rispetto all'acciaio forgiato e all'acciaio legato. Attualmente, la ghisa duttile è ampiamente utilizzata nella produzione automobilistica, nei macchinari, nelle reti di condutture comunali, nelle ferrovie e nell'aviazione, diventando la seconda varietà di ghisa più grande dopo la ghisa grigia, ed è considerata un materiale modello per "sostituire l'acciaio con il ferro".

Il concetto di ghisa sferoidale non è esclusivo dell’industria moderna. La ricerca archeologica ha rivelato che già nel periodo degli Stati Combattenti (circa 2000 anni fa), gli artigiani cinesi avevano già padroneggiato la tecnica di creazione della ghisa a grafite sferoidale attraverso un processo chiamato "ammorbidimento della ghisa". Strutture di grafite sferoidale uniformemente distribuite sono state osservate anche nei manufatti di ferro rinvenuti dalla dinastia Han. Ciò indica che gli antichi lavoratori del ferro cinesi, attraverso la pratica a lungo termine-, avevano già scoperto i principi dell'utilizzo della morfologia della grafite per migliorare le proprietà della ghisa. Sebbene all'epoca non fosse ancora stata formulata una teoria scientifica sistematica, questa scoperta dimostra la precoce comprensione da parte dell'umanità del processo di grafitizzazione della ghisa.

La nascita della moderna tecnologia della ghisa sferoidale viene generalmente fatta risalire alla metà del-20° secolo. Nel 1947, il britannico H. Morrogh rivelò per primo pubblicamente un metodo per ottenere la grafite sferoidale aggiungendo cerio (Ce) alla ghisa, una scoperta che segnò l'inizio della moderna industria della ghisa duttile. Quasi contemporaneamente, AP Ganganebin e altri della International Nickel Corporation (INCO) negli Stati Uniti scoprirono in modo indipendente che l'aggiunta di magnesio (Mg) al ferro fuso seguita dal trattamento di inoculazione poteva produrre ghisa sferoidale ad alte prestazioni.

Durante e dopo la seconda guerra mondiale, a causa della carenza del cromo, materiale strategico, la ghisa sferoidale, in sostituzione delle leghe di ghisa resistenti all'usura-, attirò rapidamente l'attenzione dell'industria. Nel 1948, la Gran Bretagna e gli Stati Uniti iniziarono la produzione industriale di ghisa sferoidale, inizialmente principalmente per la produzione di componenti e tubi per automobili. La Cina sviluppò e mise in produzione con successo la ghisa sferoidale nel 1950. Nel 1951, il professor Wang Zunming sviluppò con successo un-agente sferoidizzante del magnesio delle terre rare, risolvendo problemi come l'alto rischio di esplosione dei vapori di magnesio e il basso tasso di assorbimento, promuovendo così il rapido sviluppo della tecnologia della ghisa sferoidale in Cina. Dopo decenni di sviluppo, la ghisa duttile è diventata uno dei materiali ingegneristici più utilizzatimateriali nel mondo.

Il nucleo della produzione di ghisa duttile risiede nell'ottenimento della grafite sferoidale, comprendente principalmente la fusione, il trattamento sferoidizzante, il trattamento di inoculazione e la fusione. La fusione utilizza tipicamente un cubilotto o un forno a induzione, che richiede ferro fuso puro con una composizione accurata. In termini di progettazione della composizione chimica, il contenuto di carbonio e silicio è solitamente progettato per essere ipereutettico per facilitare la sferoidizzazione della grafite.

Il trattamento sferoidizzante è un passaggio cruciale nella produzione della ghisa sferoidale. Le leghe di magnesio o di magnesio-terroso vengono generalmente aggiunte al ferro fuso come agenti sferoidizzanti per eliminare gli effetti dannosi dello zolfo e promuovere la sferoidizzazione della grafite. Successivamente viene eseguito il trattamento di inoculazione, aggiungendo agenti inoculanti come il ferrosilicio per aumentare il numero di nuclei di grafite, affinare gli sferoidi di grafite e prevenire la formazione di ghisa bianca. Durante la fusione, poiché la ghisa duttile si espande notevolmente durante la solidificazione, è soggetta a cavità da ritiro e porosità; pertanto, nella progettazione dei montanti viene spesso utilizzato un principio di solidificazione sequenziale. Inoltre, l'applicazione della tecnologia di colata continua (come la colata continua orizzontale) può produrre profili di ghisa sferoidale con una microstruttura più densa e proprietà più uniformi, con elevata efficienza produttiva e basso costo.

L'invenzione e l'applicazione della ghisa sferoidale hanno avuto un profondo impatto sull'industria moderna. Ha risolto con successo la contraddizione tra resistenza e tenacità della ghisa, rivitalizzando questo antico materiale. Essendo un materiale ideale per sostituire l'acciaio con il ferro, la ghisa sferoidale ha sostituito il costoso acciaio forgiato e fuso in molte applicazioni, riducendo significativamente i costi di produzione. Allo stesso tempo, mantiene le eccellenti proprietà di fusione della ghisa, consentendo la produzione di parti di-forma complessa e difficili-da-forgiare, arricchendo notevolmente le possibilità di progettazione meccanica. L’ampia applicazione della ghisa sferoidale non solo ha favorito il progresso tecnologico in settori quali quello automobilistico, dei macchinari e dell’edilizia, ma ha anche dato un contributo significativo al risparmio energetico, alla riduzione delle emissioni e allo sviluppo della scienza dei materiali.

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