Fusione dei metalli

Fusione dei metalli Processo tecnologico mediante il quale si determina la transizione di un materiale dallo stato solido a quello liquido, sfruttando un aumento di temperatura. Lo scopo della fusione è generalmente la produzione di oggetti mediante colata: il materiale viene dapprima riscaldato fino al punto di fusione, quindi viene colato in uno stampo cavo di cui assume la forma, e infine viene raffreddato a temperature inferiori al punto di solidificazione, in modo da conservare la forma conferitagli.

Questo procedimento è più propriamente definito “produzione mediante fusione e colata”, ma è spesso indicato con il solo termine “fusione” oppure “colata”; si applica ai metalli, ma anche al vetro e ad alcuni tipi di materie plastiche. Nel caso particolare dei metalli si tratta di un’arte antica ancora oggi largamente in uso, benché sia stata in parte sostituita da altri processi come la pressofusione, la fucinatura, l’estrusione, la lavorazione a macchina, la laminazione. Vedi anche Metallurgia.

Il ciclo completo viene eseguito nella fonderia, e si divide in quattro operazioni principali: la preparazione del modello, di legno, di plastica o di metallo; la preparazione dello stampo, o forma, tradizionalmente di terra refrattaria, o terra da fonderia, racchiusa in una cornice (staffa) metallica o di legno; la fusione del materiale metallico in un apposito forno fusorio; la colata. Seguono alcune operazioni accessorie, come la sformatura, o distaffatura, cioè lo smantellamento della forma per estrarre il prodotto grezzo (getto di fusione); il taglio delle materozze, cioè delle appendici, che si formano per solidificazione del metallo rimasto nel canale di colata della forma; la spazzolatura e la molatura della superficie del getto, per eliminare i residui di terra ed eventuali sbavature.

I modelli sono di legno verniciato per la produzione di un numero limitato di getti, di plastica o di metallo per le produzioni più consistenti. Generalmente hanno dimensioni maggiorate rispetto all’originale, per compensare il ritiro del prodotto grezzo nella fase di raffreddamento; inoltre, quelli per oggetti cavi hanno sporgenze in corrispondenza delle anime, ovvero delle parti del modello che creeranno la cavità per il getto. I modelli possono essere costruiti in un unico pezzo, ma quelli di profilo complesso devono essere formati da due o più parti, per renderne possibile l’estrazione dell’oggetto dalla forma senza danneggiare l’impronta.

La terra refrattaria è costituita da sabbia e da una quantità di argilla sufficiente a conferirle compattezza quando viene leggermente inumidita; viceversa, la sabbia isolante non contiene argilla e si usa asciutta, per rendere facilmente separabili le due metà della forma. Per metalli a basso punto di fusione, come l’ottone, si possono usare stampi di materiale facilmente modellabile, come lo stucco per modellatori (detto anche gesso di Parigi) o come gli stampi metallici, che hanno la superficie più liscia di quelli di terra e producono getti con dettagli più fini.

Il normale procedimento di fusione e colata prevede numerose varianti. Spesso è utile ricavare due o più getti dalla stessa forma, per cui i modelli di oggetti con elementi sporgenti vengono costruiti in più parti facilmente estraibili dalla forma senza danneggiare l’impronta lasciata nella terra. Nel caso di elementi meccanici come le ruote dentate, che devono avere i bordi il più possibile robusti, si dispongono nella forma, intorno ai bordi, pezzetti di ghisa o di acciaio, detti raffreddatori, i quali, essendo ottimi conduttori di calore, fanno solidificare rapidamente il metallo vicino, rendendolo più duro. Le ruote di grandi dimensioni vengono talvolta colate in forme senza staffa, con la terra refrattaria sistemata direttamente sul pavimento della fonderia e modellata sul posto, con le anime disposte in modo da formare il mozzo e i raggi.

Per ottenere getti di forma circolare, in particolare tubi metallici, si ricorre alla colata centrifuga, che consiste nel colare il metallo fuso in una forma circolare in rapida rotazione; in questo caso l’anima non è necessaria, perché la forza centrifuga spinge il metallo stesso contro la parete periferica della forma.

Nella microfusione, una variante della fusione a cera persa usata in oreficeria, si prepara un modello di cera, spesso mediante pressofusione, e lo si riveste con un impasto acquoso di materiale refrattario essiccabile: quindi lo si sistema in una scatola piena di sabbia e lo si pone nel forno, dove la cera fonde e si volatilizza, lasciando la forma pronta a ricevere il metallo. I getti prodotti con il metodo della cera persa sono particolarmente fedeli all’originale e accurati nei dettagli.

Nel processo di colata continua, largamente usato nella produzione dell’acciaio, il materiale fuso viene colato a ritmo continuo nella sommità di uno stampo a sezione costante, raffreddato ad acqua; dal fondo dello stampo esce un lingotto di acciaio di lunghezza indeterminata che alimenta un laminatoio continuo.