Esistono 3 tipi di fusione di acciaio al cromo:
- Le ghise bianche al nichel-cromo (Ni-Cr)
- Le ghise bianche al cromo-molibdeno (Cr-Mo)
- Le ghise bianche ad alto contenuto di cromo (HCWCI)
Ghise bianche al nichel-cromo (Ni-Cr)
I ferri al nichel-cromo (Ni-Cr) contengono Ni e Cr. Le ghise bianche Ni-Cr, che sono leghe a basso contenuto di cromo, contengono 3-5 wt. % Ni e 1 - 4 wt. % Cr, con una modifica della lega che contiene 7-11 wt. % Cr. Il nome commerciale Ni-Hard tipi 1 - 4 li identifica normalmente. Il cromo a concentrazioni inferiori (<2-3%) ha un effetto minimo o nullo sulla temprabilità, poiché la maggior parte del cromo è legato ai carburi.
Le ghise bianche Ni-Cr sono anche conosciute come ghise bianche martensitiche e le ghise bianche Ni-Cr martensitiche vengono consumate in grandi quantità nelle operazioni minerarie, come i rivestimenti dei mulini a palle e le sfere di macinazione. Il Ni è l'elemento legante primario perché a livelli dal 3.0 al 5.0%, è efficace nel sopprimere la trasformazione della matrice austenitica in perlite, assicurando così che una struttura martensitica dura (solitamente contenente quantità significative di austenite trattenuta) si sviluppi al raffreddamento in lo stampo. Il Cr è incluso in queste leghe, a livelli dall'1.4 al 4.0%, per garantire che i ferri solidifichino i carburi (tipo M3C), cioè per contrastare l'effetto di grafitizzazione sul Ni.
Le strutture resistenti all'abrasione contenenti miscele eutettiche di austenite e carburi possono essere ottenute in sezioni sottili e spesse indipendentemente dall'uso dei freddi. È possibile ottenere tracce di grafite in sezioni più spesse o quando si impiegano livelli più elevati di carbonio e silicio. Salvo queste circostanze, la microstruttura dominante del ferro Ni-Hard è quella composta da una matrice ferrosa circondata da carburi di metalli duri.
La presenza di 3 - 5 wt. % Ni consente all'austenite eutettica di raggiungere la temperatura di inizio martensite (Ms) senza essere ostacolata dalla formazione di perlite. Nessuna trasformazione è perfetta e la microstruttura del ferro Ni-Hard come colata conterrà una miscela di austenite e martensite. Se la fusione è di spessore variabile, le sezioni più spesse potrebbero contenere tracce di perlite. Da questa discussione, è ovvio che è abbastanza difficile fare previsioni sulle prestazioni di usura della fusione, che si basano sulla chimica iniziale, con poca o nessuna conoscenza delle dimensioni o della storia termica.
Per le applicazioni che richiedono un alto grado di resistenza, durezza e resistenza all'usura, le ghise Ni-Hard sono tra i materiali efficaci disponibili. Le fusioni in ghisa Ni-Hard si sono dimostrate eccezionali in una varietà di applicazioni severe, inclusi i cilindri di lavoro per la fresatura di acciaio a caldo. Anche le ghise ad alto contenuto di cromo e le leghe di acciaio ad alta velocità sono ampiamente utilizzate nelle acciaierie e il ferro Ni-Hard è generalmente utilizzato negli stand di finitura. La composizione ottimale della lega di ghisa bianca Ni-Cr dipende dalle proprietà meccaniche richieste per le condizioni di servizio e dalle dimensioni e dal peso del getto. Le ghise bianche Ni-Cr hanno dimostrato di essere materiali molto economici che vengono utilizzati per la frantumazione e la molatura.
Le caratteristiche predominanti dei ferri Ni-Hard sono che la loro elevata resistenza e tenacità possono essere raggiunte se trattate termicamente a temperature relativamente basse. Le basse temperature per il trattamento termico sono favorevoli per getti di grandi dimensioni che non sono adatti per il trattamento termico a temperature più elevate e sono soggetti a fessurazioni. Di tutti i ferri resistenti all'abrasione, Ni-Hard è prodotto nel tonnellaggio più grande per una varietà di industrie di lavorazione dei minerali. I bassi costi del ferro Ni-Hard sono dovuti al suo basso contenuto di lega, alla sua capacità di essere fuso in una varietà di forme e alla sua elevata durezza allo stato grezzo. La sua elevata durezza è ciò che lo separa nettamente dalle ghise perlitiche resistenti all'abrasione. L'elevata durezza risulta dalla formazione di martensite contro perlite allo stato grezzo. Questo cambiamento metallurgico è il risultato dell'alto contenuto di Ni del ferro Ni-Hard.
Nella Classe I Tipo A, i pezzi fusi nelle applicazioni richiedono la massima resistenza all'abrasione, come tubi di cenere, pompe per fanghi, teste di cilindri, pneumatici muller, segmenti di frantoio a coke, classificatori, ecc. Il tipo B è raccomandato per applicazioni che richiedono maggiore resistenza ed esercitano impatti moderati , come piastre frantoio, concavi frantoio e pioli polverizzatori. Classe I Tipo D, Ni-Hard Tipo 4, ha un livello più elevato di resistenza e tenacità ed è quindi utilizzato per le applicazioni più severe che giustificano i suoi costi aggiuntivi di lega. Viene comunemente utilizzato per le volute delle pompe che movimentano fanghi abrasivi e segmenti e pneumatici del tavolo di polverizzazione del carbone.
La lega di Classe I Tipo C (Ni-Hard 3) è appositamente progettata per la produzione di sfere di macinazione. Questa qualità è sia colata in sabbia che colata a freddo, la colata a freddo ha il vantaggio di un costo della lega inferiore, cosa più importante, fornisce un miglioramento del 15-30% per 8 ore a 260-315 ℃. Esistono due tipi generali contenenti il 4% di Ni-2% di Cr e il 6% di Ni-8% di Cr. Entrambi hanno una struttura di ferro e carburi di cromo in una matrice di martensite e bainite, ma i materiali a più alto contenuto di lega hanno un tipo di carburo che è discontinuo e conferisce una maggiore resistenza agli urti e alla corrosione, cioè il carburo di tipo M7C3. Questi ferri possono essere usati come colate, ma il trattamento termico migliora la durezza e la resistenza alle screpolature e alle scheggiature superficiali.
Ghise bianche al cromo-molibdeno (Cr-Mo)
Questi ferri sono per applicazioni di resistenza all'abrasione e i ferri al cromo-molibdeno (Cr-Mo) (Classe II di ASTM A532) contengono 11-23 wt. % Cr, fino a 3 wt. % Mo e sono spesso legati con Ni o Cu. Possono essere forniti sia colati con matrice austenitica o austenitico-martensitica, sia trattati termicamente con microstruttura a matrice martensitica per la massima resistenza all'abrasione e tenacità. Di solito sono considerati i più duri di tutti i gradi di ghisa bianca. Rispetto ai ferri bianchi Ni-Cr di lega inferiore, i carburi eutettici sono più duri e possono essere trattati termicamente per ottenere fusioni di maggiore durezza. Mo, così come Ni e Cu quando necessario, viene aggiunto per prevenire la perlite e per garantire la massima durezza.
Ghise bianche ad alto contenuto di cromo (HCWCI)
L'usura è un problema significativo affrontato in molti settori e la sostituzione di parti usurate può comportare costi considerevoli derivanti dal costo dei componenti sostitutivi, manodopera e perdita di tempo di produzione e riduzione della produttività dei beni strumentali. Per ridurre al minimo questi costi e il conseguente tempo di inattività delle apparecchiature, i materiali resistenti all'usura sono comunemente usati in ambienti ad alta usura. Uno dei gruppi di materiali più comunemente usati per la resistenza all'usura sono le leghe di ghisa bianca ad alto contenuto di cromo (HCWCI).
HCWCI subisce diverse reazioni di solidificazione e una serie di diverse reazioni di trasformazione allo stato solido durante il raffreddamento a temperatura ambiente, durante il riscaldamento a una temperatura elevata al di sotto della temperatura di solidus. Di conseguenza, in HCWCI si formano una serie di fasi differenti che influenzano le proprietà meccaniche e la durata del materiale.
I ferri di questa categoria hanno il più alto contenuto di Cr all'interno della famiglia delle ghise bianche ad alta lega. L'alto Cr conferisce a questi ferri una buona resistenza all'usura, resistenza alla corrosione, tenacità all'impatto e temprabilità. Anche la resistenza alla corrosione e all'usura abrasiva e l'usura a temperature elevate sono notevolmente migliorate [16]. I ferri bianchi di classe I e II ad alto contenuto di cromo hanno una resistenza all'abrasione superiore e sono utilizzati efficacemente in giranti e volute, pale e camicie di giranti per apparecchiature di sabbiatura corta e dischi di raffinazione nelle raffinerie di cellulosa.
