Punti chiave
- La resa della ghisa sferoidale si perde soprattutto sul lato fusione e colata: il magnesio cala, l'inoculazione cala, si forma il dross e le colate variano, e ognuno di questi trasforma il metallo in scarto anziché in getti.
- Un bagno sigillato e riscaldato mantenuto sotto azoto preserva il magnesio, così la ghisa resta nodulare dal primo all'ultimo getto, invece di uscire dalle specifiche mentre attende.
- Un'inoculazione tardiva al ferrosilicio nel getto, dosata alla colata, mantiene alto il conteggio dei noduli e bassa la tempra, perché l'inoculazione aggiunta presto cala prima che il metallo raggiunga lo stampo.
- Una colata senza scoria e dosata che riempie ogni stampo allo stesso modo, e un forno che si svuota completamente, chiudono le lacune residue. CIME ha costruito il primo forno automatico di colata a pressione al mondo, coreless, in produzione dal 1976.
Cos'è la resa e dove se ne va
La resa è la quota di metallo fuso che lascia la fonderia come getti buoni. Parte del divario è progettuale: i canali e le materozze che riempiono e alimentano uno stampo sono metallo che non diventa mai prodotto, ed è una questione di metodo di colata. Il resto è processo, e sulla ghisa sferoidale le perdite di processo sono grandi, evitabili e concentrate sul lato fusione e colata.
La ghisa sferoidale non perdona perché corre su due orologi. Il magnesio, che rende nodulare la grafite, cala dal momento in cui finisce il trattamento. L'inoculazione, che stabilisce il conteggio dei noduli e tiene lontana la tempra, cala anch'essa. Aggiungi il dross che il trattamento al magnesio genera e la normale variazione di una colata manuale, e ognuno di essi può trasformare una buona fusione in un getto scartato.
| Perdita di resa | Cosa succede | La leva |
|---|---|---|
| Calo del magnesio | La ghisa esce dalle specifiche, serve ri-trattamento | Bagno sigillato riscaldato sotto azoto |
| Scoria e dross | Getti scartati per inclusioni | Colata senza scoria a doppio sifone |
| Calo dell'inoculazione | Tempra e basso conteggio dei noduli | Dosaggio tardivo del ferrosilicio nel getto |
| Variazione di colata | Colate corte ed eccessi di colata | Astina otturatore dosata, correzione ottica |
| Tallone intrappolato | Metallo che non diventa mai un getto | Svuotamento al 100% con inclinazione all'indietro |
Nota
Leggi la tabella come orologi e falle. Magnesio e inoculazione sono orologi che si scaricano con il tempo; dross, variazione di colata e un tallone intrappolato sono falle che perdono metallo del tutto. Rallenta gli orologi e tappa le falle, e la resa sale senza cambiare il getto.
Tieni la chimica: magnesio e inoculazione
La prima leva è fermare l'orologio del magnesio. In una siviera aperta la ghisa trattata si raffredda e il magnesio cala, così una colata presa in ritardo è una colata presa fuori specifica, e il reparto paga un ri-trattamento o scarta il getto. Un bagno sigillato e riscaldato mantenuto sotto azoto inerte rallenta quel calo in modo drastico: il metallo resta in temperatura, lontano dall'aria, così il magnesio è ancora lì quando si riempie l'ultimo stampo di una serie. È questa la ragione di fondo per cui un polmone di colata a pressione si adatta alla ghisa sferoidale, illustrata in la colata a pressione, spiegata.
La seconda leva è l'inoculazione, e il suo orologio corre ancora più in fretta. L'inoculante a base di ferrosilicio semina la grafite così il conteggio dei noduli resta alto e la tempra, la dura ghisa bianca che si forma quando la nucleazione è scarsa, resta lontana. Ma l'inoculazione cala nel giro di minuti, così una dose aggiunta presto nella siviera o nel forno è in gran parte esaurita quando il metallo raggiunge lo stampo. La risposta è aggiungerla tardi e nel getto.
CIME fa questo con un sistema automatico di dosaggio del ferrosilicio in polvere integrato con il CAP e la linea di formatura. Una coclea dosa l'inoculante in modo preciso e ripetibile rispetto ai parametri di processo, così ogni colata riceve la dose giusta nel getto invece di una manciata a occhio all'inizio. Un'inoculazione tardiva e costante significa nodularità costante, meno tempra e meno getti scartati per un basso conteggio dei noduli. L'effetto è più evidente nelle sezioni sottili e sui bordi, dove una dose che cala lascia formare prima la tempra, così una dose tardiva e costante è ciò che mantiene sane quelle zone e riduce la molatura e lo scarto che altrimenti causano.
Magnesio e inoculazione sono orologi. Tieni il metallo sigillato e caldo, dosa l'inoculante tardi nel getto, ed entrambi sono ancora al lavoro quando lo stampo si riempie.
Cola sempre allo stesso modo
Tenuta la chimica, la resa che resta si perde alla colata stessa, in due modi: il dross che entra nel getto, e la normale variazione del riempire uno stampo più pieno e il successivo più scarso. Un forno di colata a pressione chiude entrambi. Cola attraverso un doppio sifone che lascia scoria e dross nel bagno, così il getto che raggiunge lo stampo è pulito, e dosa quel getto con un'astina otturatore, corretta in tempo reale da un sistema ottico, così ogni stampo è riempito allo stesso peso. Colate corte ed eccessi di colata svaniscono entrambi. Come funziona quella colata è in colata a pressione vs colata in siviera.
Conta anche l'ultimo metallo. Un forno che lascia dietro un tallone perde del tutto quel metallo dalla resa; il CAP coreless si svuota completamente inclinandosi all'indietro, così quasi nulla resta intrappolato tra un getto e l'altro o tra i cambi di lega. Vedi il forno di colata a pressione CAP per la specifica completa, o la tecnologia di base per la piattaforma coreless che ne è alla base.
La visione dell'intero reparto
Il lato fusione e colata è dove una fonderia recupera la resa che stava perdendo per la chimica e la colata, ma non è tutto il quadro. I canali e le materozze decidono quanta parte di ogni colata diventa getto anziché ritorno, ed è una questione di metodo di colata su cui una buona fonderia lavora in parallelo. Le due cose si incontrano ai ritorni: il metallo che torna come canali, materozze o scarto deve essere rifuso, e rifonderlo costa energia oltre che resa, ed è per questo che la resa e la bolletta energetica si muovono insieme. Questo legame è in consumo energetico del forno a induzione. Tracciato come getti buoni sul metallo fuso, turno dopo turno, tutto questo smette di essere teoria e diventa un numero che sale man mano che la chimica e la colata vengono portate sotto controllo.
Punto chiave
La resa della ghisa sferoidale non è un solo numero da inseguire ma un insieme di orologi da rallentare e falle da tappare. Trattieni il magnesio, dosa l'inoculazione tardi, cola pulito e costante, e svuota il forno completamente, e più parte di ogni fusione esce come buona ghisa sferoidale.
Domande frequenti
Perché la resa della ghisa sferoidale è più difficile da mantenere rispetto alla ghisa grigia?
La ghisa sferoidale dipende dal magnesio per rendere nodulare la sua grafite, e il magnesio cala mentre il metallo attende, ossidandosi e reagendo finché la ghisa esce dalle specifiche. Dipende anche dall'inoculazione, che cala anch'essa, e il trattamento al magnesio genera esso stesso dross che può finire nel getto. La ghisa grigia non porta nessuno di questi orologi, così una colata tardiva o incostante che la ghisa grigia tollera può mandare a scarto un getto di ghisa sferoidale.
Come migliora un forno di colata a pressione la resa della ghisa sferoidale?
Mantiene il metallo trattato in un bagno sigillato e riscaldato sotto azoto inerte, così il magnesio cala molto meno che in una siviera aperta, e la ghisa resta nodulare dal primo all'ultimo getto. La colata è senza scoria attraverso un doppio sifone, così il dross resta indietro, ed è dosata perché ogni stampo sia riempito allo stesso peso. Meno ri-trattamenti, meno scarti per inclusioni e meno difetti di colata: tutto questo aumenta la resa.
Quando va aggiunta l'inoculazione al ferrosilicio?
Il più tardi possibile, perché l'inoculazione cala in fretta una volta nel metallo. Aggiungerla presto, nella siviera o nel forno, significa che gran parte del suo effetto è svanito quando il metallo riempie lo stampo. Un sistema di dosaggio che dosa il ferrosilicio in polvere nel getto alla colata, collegato alla linea di formatura, mantiene alto il conteggio dei noduli e bassa la tempra dove conta, allo stampo.
Cos'è il sistema di inoculazione CIME?
È un sistema automatico di dosaggio del ferrosilicio in polvere integrato con il CAP e la linea di formatura. Una coclea dosa l'inoculante in modo preciso e ripetibile rispetto ai parametri di processo, così ogni colata riceve la dose giusta nel getto invece di una manciata a occhio all'inizio. Un'inoculazione tardiva costante significa nodularità costante e meno scarto da tempra o sotto-inoculazione.
Cosa causa la tempra nella ghisa sferoidale, e come si evita?
La tempra è ghisa bianca dura e fragile che si forma quando la grafite ha troppo pochi siti di nucleazione, di solito perché l'inoculazione è debole o è calata. Compare nelle sezioni sottili e sui bordi, e manda a scarto un getto o impone lavorazioni aggiuntive. Mantenere alto il conteggio dei noduli con un'inoculazione tardiva nel getto è la difesa principale, insieme al mantenere il metallo a temperatura stabile invece di lasciarlo raffreddare e perdere la sua risposta al trattamento.
Riferimenti e fonti
- Foundry Trade Journal, articolo tecnico sulla produzione e l'inoculazione della ghisa sferoidale, 2006.
- Cast Metal Times, pratica di trattamento al magnesio e inoculazione, 2004.
- CIME S.r.l., documentazione interna di processo sull'inoculazione del CAP, Torino.