La differenza principale tra alluminio fuso e ghisa è la densità; l'alluminio fuso è leggero (≈ 2.7 g/cm³), mentre la ghisa è pesante (≈ 7.2 g/cm³). L'alluminio si raffredda rapidamente, dissipa il calore, resiste alla corrosione ed è facilmente lavorabile. La ghisa sopporta carichi di compressione più elevati, trattiene il calore, costa meno al chilo e fonde a 1 °C rispetto ai 150 °C dell'alluminio.
La ghisa è fondamentalmente una lega ferro-carbonio, che si distingue dall'acciaio per il suo contenuto di carbonio significativamente più elevato, che in genere varia dal 2% al 4% in peso. Questa elevata concentrazione di carbonio è il principale fattore determinante delle sue proprietà caratteristiche. Un altro elemento critico è il silicio (Si), presente all'1-3% in peso, che non agisce principalmente come rinforzante, ma come un facilitatore cruciale del processo di fusione, favorendo la formazione di grafite e migliorando la fluidità del metallo fuso.
Nella forma più comune, la ghisa grigia, il carbonio in eccesso precipita dalla soluzione di ferro formando scaglie di grafite distribuite in tutta la struttura metallica.
Quando il ferro fuso viene raffreddato molto rapidamente, il carbonio non ha il tempo di precipitare sotto forma di grafite. Invece, si combina chimicamente con il ferro per formare carburo di ferro (Fe3C), un composto noto come cementite.
Una delle principali innovazioni nella metallurgia ferrosa fu la scoperta che l'aggiunta di una piccola quantità di un agente nodulizzante, tipicamente magnesio (Mg), alla ghisa fusa prima della fusione altera drasticamente la morfologia della grafite. Invece di formare scaglie nette, la grafite precipita sotto forma di sferoidi o noduli discreti.
Questo tipo di ghisa viene prodotto sottoponendo la ghisa bianca a un trattamento termico prolungato (ricottura). Questo processo rompe la struttura dura e fragile della cementite e fa sì che il carbonio si riformi sotto forma di aggregati irregolari e arrotondati di grafite.
A differenza della ghisa, dove il carbonio è l'unico elemento di lega dominante, l'alluminio fuso è un sistema complesso in cui una serie di elementi lavora sinergicamente per ottenere le proprietà desiderate. Il metallo di base, l'alluminio (Al), costituisce tipicamente dall'80% al 95% della lega, e la sua intrinseca bassa densità e resistenza alla corrosione sono aumentate da aggiunte attentamente controllate.
| elemento | Ghisa grigia | Ghisa sferoidale | A380 Alluminio | A356 Alluminio |
|---|---|---|---|---|
| Ferro (Fe) | ~ 93.7 - 95.5 | ~ 93.7 - 95.5 | ≤ 1.3 | ≤ 0.2 |
| Alluminio (Al) | - | - | 80.25 - 83.25 | 91.1 - 93.3 |
| Carbonio (C) | 2.5 - 4.0 | 3.0 - 3.5 | - | - |
| Silicio (Si) | 1.0 - 3.0 | 2.0 - 2.8 | 7.5 - 9.5 | 6.5 - 7.5 |
| Rame (Cu) | - | <0.1 | 3.0 - 4.0 | ≤ 0.2 |
| Magnesio (Mg) | - | 0.03 - 0.06 | ≤ 0.1 | 0.25 - 0.45 |
| Manganese (Mn) | 0.2 - 1.0 | 0.1 - 1.0 | ≤ 0.5 | ≤ 0.1 |
| Fosforo (P) | 0.02 - 1.0 | 0.01 - 0.1 | - | - |
| Zolfo (S) | 0.01 - 0.12 | <0.02 | - | - |
| Immobili | Fusione di alluminio | Ghisa |
|---|---|---|
| Peso | 169 libbre per piede cubo | 450 libbre per piede cubo |
| Resistenza alla corrosione | Naturalmente resistente alla ruggine | Arrugginisce senza rivestimento protettivo |
| Ritenzione di calore | Riscalda e raffredda rapidamente | Mantiene il calore per ore |
| Manutenzione | Manutenzione minima necessaria | Richiede condimento e oliatura |
| Forza | Minore resistenza alla trazione (19,000-48,000 PSI) | Maggiore resistenza alla trazione (20,000-60,000 PSI) |
| Costo | Generalmente più costoso | Meno caro |
| punto di fusione | 1,220 ° F | 2,100 ° F |
| Conduttività termica | 96-205 W/m·K | 46-55 W/m·K |
| Fragilità | Più duttile, meno soggetto a crepe | Fragile, può rompersi sotto l'impatto |
| Colore | Grigio argento | Da grigio scuro a nero |
| Magnetismo | Non magnetico | Magnetica |
| lavorabilità | Più facile da lavorare e modellare | Più difficile da lavorare |
