Valvole in ghisa e acciaio fuso
Materiale:
Le valvole in ghisa sono realizzate principalmente in ghisa grigia o ferro duttile, con conseguente resistenza relativamente bassa e suscettibilità a fessurazioni e corrosione durante l'uso.
Le valvole in acciaio fuso sono generalmente realizzate in acciaio al carbonio o acciaio legato, fuso meticolosamente. Queste valvole presentano un'eccellente resistenza alla corrosione e una robustezza superiore. Sono resistenti alle alte temperature, alla corrosione e all'usura, garantendo una lunga durata.
Differenze nella composizione e nella microstruttura
Ghisa Grigia:
- Contenuto di carbonio 2,5%-4,0%, contenuto di silicio 1,0%-3,0% (Fonte: Manuale della fonderia, 5a edizione). Il carbonio esiste sotto forma di grafite in scaglie e la matrice è perlite o ferrite.
- La presenza di scaglie di grafite conferisce alla superficie di frattura un colore grigio, da qui il nome "ghisa grigia". La grafite può assorbire l'energia delle vibrazioni ma può anche fratturare la matrice metallica, riducendone la resistenza.
Acciaio fuso:
- Il contenuto di carbonio è generalmente pari allo 0,1%-0,5% (acciaio a basso-carbonio fino a medio tenore di carbonio), il contenuto di silicio è inferiore allo 0,6% e il carbonio esiste sotto forma di soluzione solida o cementite. La microstruttura è uniforme e densa.
- Nessuna precipitazione di grafite, pertanto la sua resistenza e duttilità sono significativamente migliori della ghisa grigia, ma le sue proprietà di smorzamento delle vibrazioni sono scarse.
Confronto delle proprietà meccaniche
Ghisa Grigia:
- Resistenza alla trazione inferiore (100-400 MPa), durezza moderata (HB150-250), ma resistenza alla compressione elevata (circa 3-4 volte la resistenza alla trazione).
- Caratteristiche tipiche: buona resistenza all'usura (ad es. guide di macchine utensili), eccellente smorzamento delle vibrazioni (capacità di smorzamento 6-10 volte quella dell'acciaio fuso, fare riferimento allo standard ASTM A48).
Acciaio fuso:
- Elevata resistenza alla trazione (400-2000 MPa, a seconda della composizione della lega), l'allungamento può raggiungere oltre il 20%, adatto a sopportare carichi di impatto.
- Svantaggi: l'elevata durezza comporta una lavorazione difficile e durante la fusione è probabile che si verifichino difetti come cavità da ritiro e cricche a caldo.
Processo di fusione ed economia
Ghisa Grigia:
- Basso punto di fusione (circa 1200 gradi), buona fluidità, adatto per la fusione di parti complesse a pareti sottili- e basso tasso di ritiro (circa 1%).
- Basso costo, che rappresenta circa il 60%-70% del prezzo dell'acciaio fuso (fonte dati: 2023 Metal Materials Market Report).
Acciaio fuso:
- Punto di fusione elevato (superiore a 1500 gradi), che richiede un controllo rigoroso della temperatura di versamento; elevato tasso di restringimento (circa 2%-2,5%), che richiede riser per l'alimentazione.
- Il successivo trattamento termico (come la normalizzazione e la ricottura) è essenziale e comporta costi di processo più elevati.
Scenari applicativi tipici
Ghisa Grigia:
- Basamenti di macchine utensili, blocchi motore, dischi freno e altri componenti che richiedono smorzamento delle vibrazioni e resistenza all'usura.
- Non adatto ad ambienti ad alto-stress o impatto, come ganci di gru e valvole ad alta-pressione.
Acciaio fuso:
- Ingranaggi, alberi, recipienti a pressione e altre parti soggette a carichi dinamici.
- La resistenza alla corrosione può essere migliorata attraverso la lega (come l'aggiunta di Cr e Ni), rendendolo adatto per apparecchiature chimiche.
Spiegazione estesa:
- Raccomandazione per la selezione: per costi contenuti ed elevato smorzamento delle vibrazioni, la ghisa grigia è la scelta preferita; per elevata resistenza e saldabilità, l'acciaio fuso è l'opzione migliore.
- Tendenza emergente: la ghisa duttile (con grafite sferica) combina alcuni dei vantaggi di entrambi, raggiungendo una resistenza alla trazione fino a 600 MPa, e sta gradualmente sostituendo alcune applicazioni di acciaio fuso.
Caratteristiche prestazionali:
Le valvole in acciaio fuso eccellono in termini di prestazioni di tenuta, gestendo facilmente ambienti ad alta-pressione e alta{{1}temperatura, nonostante il loro prezzo relativamente più alto. Al contrario, sebbene le valvole in ghisa siano più convenienti, presentano limitazioni nella resistenza alla pressione e alla temperatura e sono soggette a perdite e usura.
Scenari applicativi
La robustezza e la resistenza alla corrosione superiori delle valvole in acciaio fuso le rendono la scelta ideale per condotte ad alta-pressione e alta{{1}temperatura in settori quali quello chimico e petrolifero.
Valvola in ghisa e acciaio fuso in stock
