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fusióne (metallurgia)

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Descrizione generale

Operazione che permette di rendere liquido un materiale metallico riscaldandolo in speciali forni fusori, allo scopo di affinare o fabbricare determinate leghe o di ottenere getti mediante colata in forme opportune. Insieme alla coniazione, è uno dei procedimenti tecnici usati nell'antichità per la fabbricazione delle monete; così come il procedimento a cera persa è il più antico adottato per produrre oggetti artistici. Tra i più comuni procedimenti di fusione usati in campo metallurgico si ricordano la fusione sotto pressione, la microfusione, la fusione sotto vuoto e quella a zone.

Fusione sotto pressione

Metodo di colata che permette l'introduzione di metallo liquido (o pastoso) sotto pressione in uno stampo permanente. Per l'operazione sono necessari un contenitore riscaldato per mantenere il metallo allo stato liquido, un sistema per realizzare la compressione dello stesso entro lo stampo e, naturalmente, lo stampo. Secondo che il prelievo della quantità necessaria di metallo liquido sia eseguito direttamente dal macchinario in causa all'interno di una camera di fusione oppure manualmente da un forno apposito, si distinguono due tipi di fusione sotto pressione, rispettivamente detti iniettofusione e pressofusione (anche fusione sotto pressione a camera calda e a camera fredda). Tale metodo è particolarmente usato per l'ottenimento di getti in leghe non ferrose in grande serie.

Microfusione

Metodo di fusione di precisione derivato dal procedimento a cera persa. Si esegue un primo modello, in genere metallico, dal quale si ricava una conchiglia che serve per l'ottenimento in serie dei modelli secondari (in cera, resine termoplastiche, paraffina, ecc.). Questi modelli possono poi essere disposti a grappolo per essere rivestiti, entro staffe, dal materiale di formatura (per esempio silice macinata agglomerata con soluzione alcolica di silicato di etile). Un leggero riscaldamento della staffa permette l'eliminazione della cera: la staffa è così pronta, dopo eventuale cottura, per ricevere il metallo liquido. Questo metodo è particolarmente indicato per la fusione di getti speciali in acciaio o leghe dure.

Fusione sotto vuoto

Tecnica che prevede l'elaborazione totale o parziale della colata in un ambiente in cui sussista un vuoto più o meno spinto. Questo sistema permette, oltre che di evitare il contatto con l'atmosfera, di ridurre notevolmente il contenuto di gas nel metallo liquido e di favorire quelle reazioni che avvengono con aumento di volume. Nel caso della fusione sotto vuoto degli acciai è possibile spingere a fondo la decarburazione secondo la reazione: C+CO₂ —→ 2CO.

Fusione a zone

Procedimento usato per depurare metalli da impurezze presenti (raffinazione a zone) o per distribuire uniformemente le impurezze in tutta la massa metallica (omogeneizzazione o livellamento a zone). Tale procedimento sfrutta la diversa solubilità delle impurezze nella fase solida e nella fase liquida del metallo e consiste nel sottoporre a fusione una sottile zona trasversale di un lingotto del metallo da trattare, spostando lentamente l'elemento riscaldatore lungo l'asse del lingotto in modo che la zona fusa lo percorra da un estremo all'altro. La ripartizione delle impurezze tra fase liquida e fase solida dipende dal coefficiente di ripartizione k=c/c, dove c e c sono rispettivamente le concentrazioni di impurezze nella fase solida e nella fase liquida. Se k<1 le impurezze tendono a concentrarsi nella zona fusa e vengono trascinate con questa verso il fondo del lingotto, se k>1 esse tendono a trasferirsi nella fase solida, concentrandosi all'estremità del lingotto dalla quale si è iniziato il procedimento. L'omogeneizzazione si ottiene spostando ripetutamente la zona fusa, prima in un senso, poi in senso opposto, lungo l'asse del lingotto. La fusione a zone viene spesso usata nella tecnologia dei semiconduttori per ottenere materiali di grande purezza o per drogarli con i tenori di impurezze desiderati.