La ghisa viene utilizzata in molte applicazioni, in particolare nell'industria dell'automotive e metalmeccanica, e la metallografia è una parte importante del controllo qualità nei processi produttivi. Scoprite come eseguire un'accurata analisi metallografica della ghisa con risultati riproducibili.
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Il ferro è uno dei metalli più versatili, considerato da secoli un importante materiale da costruzione, utilizzato in molti edifici, dalle stazioni ferroviarie e mercati coperti, agli uffici e abitazioni.
Legato al carbonio e ad altri elementi, il ferro offre un'enorme varietà di applicazioni. Il termine ghisa si riferisce a leghe di ferro-carbonio-silicio che contengono il 2,5-4 % di carbonio e di solito l'1-3 % di silicio. Nelle ghise grigie, il carbonio è presente sotto forma di grafite; nella ghisa bianca è presente sotto forma di carburo di ferro e carburi di lega.
La ghisa ha buone proprietà di fusione e lavorazione, nonché discrete proprietà meccaniche. Grazie ai suoi vantaggi economici, la ghisa viene utilizzata per molte applicazioni nei settori automotive, produzione e lavorazione dei metalli. Inoltre, alcune specifiche ghise sono il materiale preferito per gli alloggiamenti delle pompe dell'acqua di mare, rulli dei laminatoi e parti delle macchine di movimento terra.
Fig. 1: Ghisa sferoidale temprata, attacco a colori Beraha (Mag. 500x, DIC)
La sfida principale nella preparazione dei campioni di ghisa è preservare la forma e le dimensioni originali della grafite, per garantire una corretta rappresentazione delle microstrutture della ghisa.
Fig. 4: Ghisa grigia con grafite lamellare, lucidatura insufficiente (Ingr.: 200x)
Fig. 5: Ghisa grigia con grafite lamellare che evidenzia una corretta lucidatura (Ingr.: 200x)
Al microscopio, la percezione dell'immagine della grafite è bidimensionale. In realtà però, è tridimensionale. Ciò significa che una certa percentuale di grafite viene tagliata molto superficialmente durante la prelevigatura e la lucidatura, mantenendo solo una piccola presa nella matrice. Pertanto, c'è sempre la possibilità che la grafite non venga completamente trattenuta, soprattutto in presenza di lamelle o agglomerati di lamelle molto grandi. Di conseguenza, la fase di grafite non può essere sempre trattenuta o lucidata bene.
Nelle ghise malleabili, la grafite è presente sotto forma di noduli o carbonio di tempra. Si tratta di una forma friabile di grafite che può essere particolarmente difficile da trattenere durante la preparazione metallografica.
Un errore comune nella preparazione, è la rimozione insufficiente della matrice metallica dopo la prelevigatura, che può mascherare la forma e le dimensioni reali della grafite. È particolarmente diffuso nelle ghise ferritiche e austenitiche, soggette a deformazioni e graffi. Per questi materiali è molto importante eseguire un'accurata lucidatura diamantata e lucidatura finale.
Molti degli esami microscopici standard delle ghise vengono eseguiti con un ingrandimento di 100x, che conferisce alla grafite un aspetto nero. Tuttavia, sono necessari maggiori ingrandimenti per verificare se il carbonio è completamente trattenuto, poiché la grafite ben lucidata è grigia.
Fig. 6: Una lucidatura insufficiente lascia noduli di grafite ricoperti di metallo spalmato, attaccato con Nital 3% (Ingr.: 200x)
Fig. 7: Una lucidatura corretta rivela la forma e la dimensione dei noduli di grafite idonei alla valutazione, attaccato con Nital 3% (Ingr.: 200x)
Fig. 8: Lamelle di grafite adeguatamente lucidate (Ingr. 500x)
Tabella 1: Metodo di preparazione per le ghise bianche.
In alternativa la sospensione DiaPro diamond può essere sostituita rispettivamente con DP-Suspension P, 9 μm, 3 μm e 1 μm, con l'applicazione di DP-Blue lubricant.
Tabella 2: Metodo di preparazione per ghise a grafite.
*Nei casi in cui la ritenzione della grafite è molto difficile, è possibile provare il panno, MD-Plan per la prelevigatura fine.
**Questo passaggio è facoltativo
In alternativa la sospensione DiaPro diamond può essere sostituita rispettivamente con DP-Sospensione P, 9 μm, 3 μm e 1 μm, con l'applicazione di DP-Blue lubricant
Fig. 9: Ferro grigio preparato con prelevigatura fine su foglio/carta di carburo di silicio, presenta ancora dei graffi
Fig. 10: Ferro grigio preparato con prelevigatura fine al diamante con disco rigido MD-Largo, mostra una buona ritenzione dei bordi
Per saperne di più
Il seguente reagente Beraha può essere utilizzato per l'attacco a colori e modificato in base alla lega:
1000 ml d'acqua
200 ml di acido cloridrico
24 g di difluoruro di ammonio
A 100 ml di questa soluzione madre aggiungere 1 g di metabisolfito di potassio
Fig. 11: Ferro duttile temperato, attaccato con Nital al 3 %, lucidatura leggera (Ingr.: 200x)
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Le ghise sono leghe ferrose composte perlopiù dal 2,5-4% di carbonio e dall'1-3% di silicio. La principale difficoltà nella preparazione metallografica della ghisa consiste nel mantenere la forma e le dimensioni reali della grafite nella sua forma lamellare, nodulare o temprata. In particolare, le ghise con matrice ferritica tenera tendono a deformarsi e sono soggette a deformazioni e graffi.
Durante la prelevigatura, la matrice scorre sulla grafite e, a meno che non sia seguita da una lucidatura diamantata molto accurata, la grafite non appare nella sua vera forma. Pertanto, si raccomanda una spianatura con foglio/carta di carburo di silicio, seguita da prelevigatura fine e lucidatura diamantata. Una breve lucidatura finale con silice colloidale è facoltativa.
Se desiderate saperne di più sulla metallografia di altri metalli e materiali, consultate la nostra pagina sui materiali.
Tutte le immagini sono di Birgitte Nielsen, Specialista delle applicazioni, Danimarca
Per informazioni specifiche sulla preparazione metallografica della ghisa, contattate i nostri specialisti delle applicazioni.
