Gli errori più comuni nella colata in sabbia dell'alluminio

La maggior parte dei difetti dei getti di alluminio colati in sabbia – porosità, soffiature, mancati riempimenti, inclusioni, ritiri e cricche – ha alcune cause ricorrenti: sabbia e miscela da formatura non adatte, forma preparata in modo non accurato, fusione trascurata, temperatura di colata errata, sistema di colata progettato male e raffreddamento non controllato. Analizziamo i più comuni errori nella colata in sabbia dell'alluminio e spieghiamo come evitarli.

In sintesi

• Umidità e gas dalla miscela da formatura sono una causa frequente di soffiature – la miscela deve avere umidità e permeabilità adeguate, e le anime devono essere sfiatate.
• L'alluminio liquido assorbe facilmente idrogeno e forma ossidi, quindi la lega va affinata e colata senza turbolenze.
• La temperatura di colata va scelta in funzione della lega e dello spessore delle pareti – di solito 680–760 °C; se troppo bassa causa mancati riempimenti, se troppo alta favorisce la porosità.
• I ritiri nelle sezioni spesse si prevengono con materozze e solidificazione direzionale.
• Le cricche sono favorite da spigoli vivi, anime rigide e una sformatura del getto troppo precoce.

Qualità della sabbia non adeguata

La sabbia da formatura determina la permeabilità dello stampo, la sua resistenza e la superficie del getto. Una sabbia troppo fine dà una superficie liscia ma permea male i gas – aumenta il rischio di soffiature. Una sabbia troppo grossa permea bene i gas, ma il metallo penetra tra i grani e la superficie diventa ruvida. Problemi causano anche le impurità e la polvere nella sabbia di riciclo, che aumentano la quantità di gas e riducono la resistenza dello stampo.

Come prevenire: controllare granulometria, contenuto di legante, umidità e permeabilità della miscela, reintegrarla con sabbia fresca e depolverare la sabbia di riciclo. Gli stampi per alluminio si realizzano di solito con sabbia più fine rispetto alla ghisa, così la superficie del getto è più liscia – tipicamente Ra ca. 4–10 µm.

Proporzioni errate della miscela

Nelle miscele tradizionali legate con bentonite, la proporzione tra sabbia, legante e acqua è fondamentale. Troppa acqua significa più vapore durante la colata – quindi soffiature e spilli sulla superficie del getto – oltre a uno stampo più debole. Troppo poca acqua rende la miscela friabile, riproduce male il modello e i grani staccati dal flusso di metallo formano inclusioni di sabbia.

Nelle miscele autoindurenti l'equivalente è la proporzione tra resina e catalizzatore e il tempo tra miscelazione e formatura. Poco legante dà uno stampo debole e friabile, troppo ne produce più gas durante la colata e una sformatura più difficile. Per questo i componenti si dosano a peso, preferibilmente in automatico, e le proprietà della miscela vengono controllate regolarmente. Nella nostra formatura la miscela è preparata da un sistema di miscelazione con dosaggio automatico, e gli stampi sono compattati automaticamente.

Preparazione dello stampo imprecisa

• Disallineamento delle semisezioni dello stampo – casse formate in modo impreciso causano uno spostamento sul piano di divisione e dimensioni fuori tolleranza.
• Spostamento o fuoriuscita dell'anima – un'anima senza un appoggio sicuro nelle portanime modifica lo spessore delle pareti oppure viene spinta fuori dal metallo.
• Compattazione della miscela troppo debole o non uniforme – lo stampo si deforma sotto la pressione del metallo e i grani sciolti finiscono nel getto.
• Mancanza di sfiati – i gas dello stampo e delle anime non hanno via di uscita e formano soffiature.
• Cavità contaminata – sabbia sciolta e frammenti di stampo rimasti dopo la chiusura causano inclusioni e cavità sulla superficie.

Errore	Effetto sul getto
Disallineamento delle semisezioni dello stampo	spostamento sul piano di divisione, dimensioni fuori tolleranza
Spostamento dell'anima	pareti irregolari, perforazioni
Compattazione troppo debole della miscela	deformazioni, inclusioni di sabbia
Mancanza di sfiati	soffiature gassose
Sabbia sciolta nella cavità	inclusioni di sabbia, difetti superficiali

Fusione trascurata – idrogeno e ossidi

L'alluminio liquido assorbe idrogeno – principalmente dall'umidità dell'aria, dalla carica, dagli utensili e dal rivestimento del forno. Durante la solidificazione la solubilità dell'idrogeno cala bruscamente e il gas si libera sotto forma di microporosità. Il secondo problema sono gli ossidi: mescolare il metallo o versarlo dall'alto trascina nel bagno pellicole di ossido che nel getto diventano inclusioni e nuclei di porosità.

Come prevenire: essiccare e preriscaldare la carica e gli utensili, non surriscaldare il metallo, affinare la lega (ad es. con insufflazione di gas inerte o agenti affinanti), rimuovere le scorie prima della colata e limitare il versamento dall'alto del metallo. Nei siluminí (leghe Al-Si) si applica inoltre la modificazione, che migliora la struttura e le proprietà meccaniche. Nella nostra fonderia eseguiamo affinazione e modificazione della lega.

Temperatura di colata non adeguata

La temperatura di colata si sceglie in base alla lega, allo spessore delle pareti e alle dimensioni del getto – per le comuni leghe da fonderia di alluminio si colloca solitamente nell'intervallo 680–760 °C. Una temperatura troppo bassa provoca colate incomplete e giunti freddi, in particolare nelle pareti sottili e lontano dalla colata. Una temperatura troppo alta aumenta l'assorbimento di idrogeno e l'ossidazione del metallo, favorisce le cavità di ritiro e una struttura del getto più grossolana.

Come prevenire: misurare la temperatura del metallo nel forno e nella siviera subito prima della colata, ridurre il tempo di trasporto del metallo allo stampo, colare in modo regolare e senza interruzioni – interrompere il flusso porta direttamente a giunti freddi.

Progettazione errata del sistema di colata e dell'alimentazione

L'alluminio è sensibile al riempimento turbolento dello stampo. Una velocità eccessiva del metallo nei canali di colata provoca spruzzi, turbolenze e l'inglobamento di pellicole di ossido, mentre il getto che cade da un'altezza trascina aria. Il sistema di colata deve portare il metallo in modo calmo, preferibilmente dal basso della cavità, e i filtri trattengono gli ossidi prima che raggiungano il getto.

Il secondo compito della tecnologia è l'alimentazione. Il metallo si ritira durante la solidificazione, quindi le sezioni spesse che solidificano per ultime richiedono materozze o raffreddatori, e la solidificazione deve procedere dalle parti sottili del getto verso la materozza. Senza questo, nei punti caldi si formano cavità e porosità da ritiro. Il sistema di colata e le materozze sono sempre più spesso progettati con l'aiuto della simulazione al computer.

Raffreddamento non corretto dei getti

Il getto raffredda nello stampo in modo non uniforme: le pareti sottili più rapidamente, le sezioni spesse più lentamente. Quando il ritiro è ostacolato da un'anima rigida o dallo stampo, nei punti ancora caldi si formano cricche a caldo e, dopo il raffreddamento, tensioni e deformazioni. Una sformatura del getto troppo precoce aumenta il rischio di svergolamento e cricche.

Come prevenire: progettare pareti di spessore uniforme e angoli arrotondati, utilizzare anime in una miscela che dopo la colata perde resistenza e non ostacola il ritiro, estrarre il getto dalla forma dopo un tempo di raffreddamento adeguato. La velocità di solidificazione influisce anche sulla struttura: le sezioni più sottili hanno una grana più fine e migliori proprietà. Se il getto richiede un trattamento termico, i suoi parametri vengono scelti in funzione della lega; li descriviamo su questa pagina trattamento termico dei getti.

Difetti più comuni delle fusioni in sabbia: cause e prevenzione

Difetto	Cause più comuni	Come prevenire
Bolle e porosità gassose in prossimità della superficie	umidità della miscela, scarsa ventilazione di forma e anime, eccesso di legante	controllo dell'umidità e del legante, sfiati
Porosità gassosa (da idrogeno)	idrogeno nella lega, carica e utensili umidi, surriscaldamento del metallo	carica asciutta, affinazione, temperatura corretta
Cavità e porosità da ritiro	mancata alimentazione delle sezioni spesse, ispessimenti nella costruzione	materozze, raffreddatori, pareti di spessore uniforme
Riempimento incompleto e giunti freddi	temperatura del metallo troppo bassa, interruzioni nella colata, pareti sottili lontane dal canale di colata	temperatura di colata, sistema di colata, colata continua
Inclusioni di ossidi e sabbia	colata turbolenta, sabbia sciolta, cedimento dello stampo	sistema di colata tranquillo, filtri, corretta compattazione
Cricche a caldo	ritiro impedito, spigoli vivi, anime rigide	raccordi arrotondati, anime cedevoli, pareti di spessore uniforme
Dimensioni fuori tolleranza	disallineamento della forma, spostamento dell'anima, compattazione insufficiente	assemblaggio preciso della forma, supporto delle anime, controllo del peso

Approfondiamo la porosità nell'articolo porosità nei getti in sabbia – come superarla, e sulla progettazione che limita i difetti – in guida alla progettazione di getti in alluminio.

Domande frequenti

Getti in sabbia di alluminio – richieda un preventivo

Fondiamo esclusivamente leghe di alluminio – in forme di sabbia pezzi da 1 a 100 kg, in casse di dimensioni fino a 1000 mm, con miscele autoindurenti e termoindurenti. Invii un disegno o un modello 3D e prepareremo un preventivo. Ulteriori informazioni sulla tecnologia sono disponibili nella pagina fusione di alluminio in forme di sabbia. Richiedi un preventivo.