FONDERIA Ottenimento di un componente nella sua forma ‘finale’ attraverso la colata di metallo liquido in un ‘adeguato’ contenitore. Metallo liquido da deformazione plastica da fusione Fonderia Fonderia semilavorato grezzo di fusione In forma permanente In forma transitoria Lingotti Colata continua Lavorazioni per def. plastica 1

Un impianto tipico Rottami Caricamento forno Spillamento metallo Fine spillamento Movimentazione siviera Forme (temperatura di colata) Spillamento siviera negli alimentatori (lingottiera) Uscita semilavorato Taglio semilavorato 2

In alcuni casi anche prodotti finiti Colata continua Ottenimento di semilavorati destinati a successive lavorazioni per deformazione plastica In alcuni casi anche prodotti finiti + produttività qualità prodotti - costi di impianto paniera lingottiera rulli estrattori metallo liquido metallo solido sistema di taglio della barra Lingottiera Sistema di raffreddamento 3 4

Grezzi di fusione Colata in forma transitoria: getti finiti a meno di Elementi costitutivi di una forma in terra Colata in forma transitoria: getti finiti a meno di -- trattamenti termici -- lavorazioni di finitura Colata in conchiglia Miscela di sabbia, leganti, additivi e acqua 4 5

Formatura in forma transitoria: il modello (riproduzione corretta del “pezzo” da colare e degli elementi necessari per la fabbricazione) Piastre-modello Requisiti - Funzionalità (verniciatura) - Precisione Durata (dipende dal numero di volte che deve essere impiegato) Materiali - Legno - leghe metalliche - Materie plastiche 5 5

Gas disciolti Aumento della solubilità con la temperatura Influenza della p: Aumento p esterna = > gas disciolti Aumento p interna = > gas liberato m T s f l p est = p int equilibrio Liberazione di gas durante la solidificazione Il rilascio di gas è causa di soffiature m = massa di gas che si discioglie nel metallo a Saturazione 6 13

Metodi per ridurre le soffiature La solubilità di un gas dipende dalla pressione p massa gas Legge di Henry Metodi per ridurre le soffiature - limitazione della temperatura di surriscaldo - riduzione dei tempi di permanenza in atmosfera gassosa - degasaggio sotto vuoto (diminuisce la p esterna) - fusione sotto vuoto - colata sotto pressione (aumenta la p nel liquido) 7 14

Ritiro allo stato liquido Il ritiro del metallo Ritiro allo stato liquido - pericolo di porosità isoterme - variazioni geometriche 8 14

Ritiro allo stato solido - variazione dimensionale - necessità di aumentare le dimensioni della forma 9 14

La materozza Necessità di solidificazione direzionale! evita la formazione del cono di ritiro all’interno del getto compensa la contrazione di volume nel raffreddamento in fase liquida e nel passaggio liquido / solido 10 15

x Solidificazione direzionale: come ottenerla? X Legge della diffusione x Solido Liquido Applicazione nel caso di una piastra infinita: Legge di Chvorinov Materiale k Acciaio 0.09 Alluminio 0.12 Rame 0.07 per x in cm e t in secondi K = (1/k)2 Dove M è il modulo di raffreddamento: M = Volume/Superficie 11 16

Le materozze La materozza (alimentatore) deve: A) rifornire il getto (o una sua parte) di metallo liquido, per compensare il ritiro in fase liquida B) contenere completamente il difetto provocato dal ritiro Materozze a cielo aperto Materozze cieche 12 18

Dimensionamento della materozza: A) rifornimento del getto La materozza deve solidificare dopo il getto: tsm > tsg da Chovrinov Mm > Mg - Regola pratica Mm = 1.2 Mg Mm = modulo di raffredd. della mater. Mg = modulo di raffr. del getto nella zona adiacente alla materozza 13 20

Dimensionamento della materozza: B) verifica del cono di ritiro Il cono di ritiro deve essere integralmente contenuto nella materozza Per sicurezza: altezza del cono di ritiro pari all’80% dell’altezza h della materozza. Materozza semisferica Materozza cilindrica b (Vm + Vg) = 0.2 Vm b (Vm + Vg) = 0.14 Vm b = ritiro del materiale 14 29

Dimensionamento della materozza: metodo di Caine Mm/Mg Vm/Vg pezzi buoni pezzi non buoni c b Iperbole Materiale b (%) Acciai 7 - 10 Ghisa bianca 6 Ghisa grigia 0.4 - 3 Bronzo 4.5 Ottone 6.7 Rame-Alluminio 4 Allum.-Silicio 3.5 Valori tipici di b Ritiro in fase liquida Costante dipendente dalle condizioni relative di smaltimento del calore (pari a 1 se uguali) Espressione analitica: 15 21

Metodi per ridurre le dimensioni delle materozze Dal metodo di Caine: Raffreddatore Metodi per ridurre le dimensioni delle materozze Coibente 16 34

Zone protette - Zona di influenza materozza Acciaio 3 - 5 s Ghisa 4 - 5 s Bronzo 6 - 8 s Leghe leggere 5 - 7 s - Effetto di bordo ≈ 2.5 s Zona centrale Regole già viste 17 28

Raffreddatori - Soluzione di problemi - Nascita di problemi potenziali Posizionamento raffreddatori - Nascita di problemi potenziali Cricche a caldo dovute alla forma non corretta dei raffreddatori 18 35

Metodi pratici per assicurare una solidificazione direzionale - Individuazione di zone di possibile difettosità dovuta a ritiro in fase liquida - Eventuale variazione della geometria 19 19