Cosa fa un inoculante nel ferro fuso
Un inoculante è un materiale aggiunto al ferro fuso poco prima della fusione per controllare la struttura di solidificazione. Nella ghisa grigia, l'inoculazione favorisce la formazione di grafite e previene la formazione di strutture di carburo dure e fragili note come freddo. Senza inoculazione, le sezioni sottili di una fusione si raffreddano rapidamente e tendono a formare carburi, che sono difficili da lavorare e riducono la duttilità. L'inoculante funziona fornendo particelle nucleanti nella massa fusa su cui può crescere la grafite, in modo che il ferro si solidifichi con grafite fine e uniformemente distribuita invece che con scaglie grossolane e carburi.
Lo stesso meccanismo migliora la ghisa duttile, dove l'inoculazione aumenta il numero di noduli di grafite e riduce il rischio di carburi e grafite esplosa. In entrambi i casi l'obiettivo è una fusione ben nucleata e ancora attiva quando il metallo entra nello stampo.
Perché l'inoculazione svanisce
L'inoculazione presenta un serio problema pratico: il suo effetto svanisce con il tempo. Le particelle nucleanti si dissolvono o diventano inattive mentre il ferro fuso viene trattenuto, quindi l'effetto è più forte immediatamente dopo l'aggiunta e si indebolisce nei minuti successivi. In una normale fonderia l'effetto può diminuire notevolmente entro 5-10 minuti di mantenimento e dopo 20-30 minuti gran parte dell'effetto potrebbe scomparire. Se la fusione viene trattenuta troppo a lungo prima della colata, la colata presenta gli stessi difetti come se non fosse stato aggiunto alcun inoculante.
Lo sbiadimento è aggravato dall'elevata temperatura di mantenimento, dalla lunga distanza di trasporto dalla stazione di trattamento allo stampo e dalle aggiunte tardive che non hanno il tempo di dissolversi correttamente. Questo è il motivo per cui le fonderie controllano il tempo che intercorre tra l'inoculazione e il versamento con molta attenzione e perché sono stati sviluppati inoculanti a lunga durata d'azione.
Come il bario e lo stronzio estendono l'effetto
Un inoculante ad azione prolungata è progettato per resistere allo sbiadimento aggiungendo elementi che rallentano la perdita di nucleazione. I più importanti di questi sono il bario e lo stronzio. Il bario rafforza il potere nucleante delle particelle ricche di silicio e rallenta la loro dissoluzione nella massa fusa, motivo per cui gli inoculanti di bario e silicio continuano a funzionare per periodi più lunghi. Lo stronzio è particolarmente efficace nel ridurre il freddo nelle sezioni sottili di ghisa grigia ed è spesso combinato con il bario negli inoculanti di alta qualità.
Calcio e alluminio sono presenti anche in piccole quantità nella maggior parte degli inoculanti commerciali, dove aiutano a controllare la reazione e la formazione di nuclei efficaci. Un tipico inoculante ad azione prolungata contiene dal 70 al 75% di silicio, dal 2 al 6% di bario, dallo 0,5 al 2% di stronzio, dallo 0,5 al 2,5% di calcio e dallo 0,5 al 2% di alluminio, con il resto di ferro. Gli inoculanti contenenti terre rare vengono utilizzati nella ghisa duttile, dove cerio e lantanio aiutano a contrastare gli elementi residui che interferiscono con la nodularizzazione.
Gradi, tassi di aggiunta e pratica di fonderia
Gli inoculanti a lunga durata d'azione sono forniti in diverse forme, tra cui grumi, granulari e polvere fine, e la forma è adattata al metodo di aggiunta. Nell'inoculazione nello stampo e nel flusso utilizzare qualità fini, mentre le aggiunte in siviera utilizzano qualità più grossolane. I tassi di aggiunta tipici vanno dallo 0,1 allo 0,5% del peso del ferro fuso, con il tasso esatto che dipende dal ferro di base, dal livello di zolfo e dallo spessore della sezione del pezzo fuso.
L'efficienza dell'inoculante viene normalmente controllata misurando la profondità di raffreddamento in un test a cuneo ed esaminando la struttura della grafite al microscopio. Poiché l'effetto dell'inoculazione decade sempre, la prova deve essere effettuata su un campione versato contemporaneamente alla colata di produzione. Una fonderia che versa lentamente stampi di grandi dimensioni o che trattiene il ferro in una siviera di trasferimento, trae il massimo vantaggio da un grado ad azione lunga. Gli inoculanti vengono forniti in base ai requisiti chimici delle specifiche del cliente e il fornitore certifica il contenuto di silicio, bario, stronzio, calcio e alluminio per ciascun lotto.
Domande frequenti
D: Cos'è un inoculante ad azione prolungata?
Un inoculante ad azione prolungata è un inoculante a base di silicio che contiene bario, stronzio o entrambi, in modo che il suo effetto nucleante della grafite sopravviva più a lungo nel ferro fuso rispetto all'effetto del semplice ferrosilicio.
D: Per quanto tempo rimane efficace un inoculante ad azione prolungata?
L'effetto dipende dalla temperatura del ferro, dal livello di zolfo e dal tempo di permanenza. In normali condizioni di fonderia può essere ancora utile da 15 a 30 minuti dopo l'aggiunta, mentre una semplice aggiunta di ferrosilicio può perdere gran parte del suo effetto entro 5-10 minuti.
D: Qual è la differenza tra gli inoculanti al bario e allo stronzio?
Il bario è l'elemento antiscolorimento più forte e si adatta a temperature più elevate e condizioni di tenuta più lunghe. Lo stronzio è particolarmente efficace nel prevenire il raffreddamento nelle sezioni sottili e viene spesso scelto quando la finitura superficiale e la lavorabilità sono importanti.
D: Quanto inoculante ad azione prolungata deve essere aggiunto?
Tassi tipici vanno dallo 0,1 allo 0,5% in peso del ferro fuso. La velocità corretta viene stabilita mediante colate di prova e da una prova con cuneo a freddo anziché da un'unica regola fissa.
D: Un inoculante ad azione prolungata può sostituire l’inoculazione tardiva?
Riduce la necessità di un'aggiunta molto tardiva, ma le due pratiche funzionano meglio insieme. Un grado ad azione prolungata mantiene la massa fusa nucleata durante il mantenimento, mentre una piccola aggiunta tardiva o nel flusso ripristina l'effetto appena prima che il metallo entri nello stampo.
