GENERALITÀ SULLA FUSIONE

Nella fonderia si utilizza la proprietà dei metalli e delle loro leghe di essere liquidi al di sopra di una certa temperatura.
Essi vengono perciò fusi in forni appropriati secondo la loro qualità e quantità e poi vengono versati nelle cosiddette forme, i cui spazi vuoti, che vengono poi riempiti dal metallo, hanno la figura, salvo modificazioni che vedremo, del pezzo che si vuoi fabbricare.
Le forme in generale si ottengono costipando della terra intorno a un oggetto di legno, che ha la figura del vuoto che si vuol riempire di metallo, e che si chiama modello.
Le forme, in generale, sono fatte di vari pezzi affinchè si possano aprire per estrarre il modello e richiudere per versare il metallo fuso.
La forma ha esattamente col suo vuoto la figura del modello, ma questo non ha esattamente la figura del pezzo che in definitiva si vuol costruire, perché in generale il pezzo fuso, specialmente se si tratta di organi di macchina, deve essere lavorato a freddo con le macchine utensili nelle parti che richiedono molta esattezza, non potendo il pezzo fuso soddisfare senz'altro a questa esigenza della  meccanica.
Si richiedono perciò sul getto, nelle parti soggette a lavorazione, un eccesso di materiale per essere sicuri che colla lavorazione si raggiungano esattamente le quote stabilite dal disegno.
Questo eccessodi materiale si chiama soprametallo, e varia secondo i casi da 0,5 a10 mm. di spessore dai piccoli ai grandi getti.     

Ritiro - Per un'altra ragione di grande importanza oltre la suddetta il modello, e quindi la forma, non può avere esattamente la figura e le dimensioni del  pezzo fuso.
Benché  alcuni  metalli,come la ghisa, all' atto di solidificare si ingrossino, tuttavia a causa del raffreddamento, dalla temperatura di fusione a quella dell' ambiente, tutti si contraggono, cioè tutte le dimensioni lineari e conseguentemente superficiali e volumetriche, si impiccoliscono dando luogo al cosiddetto fenomeno del ritiro, che è sempre più marcato dell'eventuale ingrossamento avutosi all'atto della solidificazione.    
Il  fenomeno  della  contrazione per effetto del raffreddamento è comune a tutti i corpi non solo ai metalli: è il fenomeno inverso dell'allungamento per effetto del riscaldamento.
In conclusione il pezzo fuso è più piccolo del suo modello e della sua forma.
Chiamasi coefficiente di contrazione la quantità di cui si accorcia una lunghezza riferita alla lunghezza finale.
Questo coefficiente per la ghise è circa l'uno per cento, per il bronzo è circa 0,8%, per l'ottone circa 1,5%; per l'alluminio e le  sue leghe circa il 4%. 
Ciò praticamente significa che se vogliamo una barra di ghisa lunga un metro, il suo modello deve essere lungo 101 cm., la stessa proporzione si applica evidentemente alle dimensioni lineari della sua sezione.
In conseguenza il modellista deve provvedere al ritiro, aumentando convenientemente le dimensioni del modello; siccome però egli ha sul disegno le quote del getto, per risparmiarsi di dover per tutte le quote fare le dovute correzioni, egli fa uso di un metro speciale per ogni metallo: così per la ghisa egli ha un metro che è lungo 101 cm. ed è diviso in 100 parti eguali come se fosse un metro esatto, e quindi tutte le quote portate sul legno con questo metro vengono automaticamente e  proporzionalmente aumentate dell' 1%. Il coefficiente di contrazione volumetrica é tre volte il coefficiente di contrazione lineare, come si vede facendo il cubo di essa: così il cubo che ha il lato di m. 1,01 ha il volume presso a poco di m3 1,03.      

Succhiature. - Se il ritiro non causasse che semplicemente  l'impiccolimento  del  getto  rispetto  al   modello,  sarebbe facile,  come  abbiamo visto, provvedere, ma purtroppo esso è causa di gravi  inconvenienti nella fusione.
Osserviamo che il raffreddamento graduale e quindi anche la solidificazione, di un getto non avviene  egualmente e contemporaneamente in tutte le sue parti: le zone  più esterne e quelle più sottili si raffreddano più rapidamente di   quelle più interne e di quelle più grosse rispettivamente; conseguentemente le parti più esterne e più sottili si contraggono e   solidificano prima delle altre.
Come conseguenza del ritiro si ha in questi casi che le parti più sottili e più esterne contraendosi, mentre le parti più grosse e più calde  sono  ancora liquide, succhiano materiale liquido da queste, le quali, solidificando per ultime e non avendo materiale liquido da succhiare si contraggono su se stesse  dando luogo o a degli avvallamenti sulla superfice esterna, oppure, se questa è già solidificata, a delle camere vuote nella massa interna col conseguente deprezzamento del getto.
Cosi nel caso di un tubo, fig. 10, con  pareti piuttosto sottili e con unaflangia piuttosto grossa, si ha che il tubo, solidicandosi prima della flangia
succhia da questa ancora liquida, per modo che quando la flangia solidifica si ha, come a destra, un avvallamento della facciasuperiore della flangia, oppure, come a sinistra, una camera nel suospessore. Queste deformazioni superficiali che danno al getto un  brutto aspetto e queste camere che lo indeboliscono si chiamano  succhiature.  

   

Materozze - Soffiature.
- Per evitare le succhiature che  come abbiamo detto dipendono dal raffreddamento e dal ritiro non contemporanei nelle varie parti, si hanno vari mezzi.
Si cerca di  scoprire le parti che tendono a raffreddarsi più lentamente e renderlo contemporaneo a quello delle altre parti.
Se la parte, dove si  prevede che possano formarsi le succhiature, è accessibile dallo  esterno, si agita la massa liquida con un bastone di ferro invitando  cosi le succhiature a venire a galla, essendo sempre più facile a  rimediare quando esse sono esterne che interne.
Questa operazione  si chiama  pompatura del getto,  e riesce  particolarmente utile nella fusione di lingotti di acciaio, che sono tronchi di piramidi colati in forme speciali di ghisa, dette lingottiere, fig. 17, che abbiamo viste nella descrizione del forno Martin ; a causa del ritiro si forma nella parte superiore del lingotto il cosiddetto cono di risucchio C- la parte del lingotto dove trovasi il cono di risucchio è generalmente cosi cattiva che è inutilizzabile, e spesso è quasi un terzo di tuttal'altezza del lingotto.
Si riesce a diminuire l'altezza del risucchio precisamente con la pompatura.     
Più comunemente si ricorre alle cosiddette materozze, che sono masse di metallo che si fanno venire di proposito sopra il pezzo fuso nelle parti dove si temono le succhiature ; queste si producono allora nelle materozze, che alla fine vengono tagliate dal pezzo. 
Cosi nel caso del tubo con flangia, si fa questa molto più alta e l'eccesso viene poi tagliato, oppure nel caso della ruota dentata da fresare rappresentata in fig. 18, il disco A che è più sottile succhia dalla corona B e dal mozzo C e questi succhiano rispettivamente dalla materozza a corona D e dalla materozza E  Nelle materozze si raccolgono anche elementi di scoria trascinati dal metallo fuso e gas che da questo si sviluppano all'atto della solidificazione, che altrimenti rimarrebbero imprigionati nella massa del pezzo dando luogo alle cosiddette soffiature, che si presentano comele succhiature con camere interne, con la differenza che le prime sono piene di gas e le seconde sono vuote.    

Tensioni - deformazioni - rotture.
- II ritiro non simultaneo che avviene nelle varie parti del pezzo, dovuto alla differente velocità di raffreddamento delle stesse parti, dovuta a sua volta ai vari spessori del pezzo e alla differente loro posizione è causa di un altro grave inconveniente oltre le succhiature.
Evidentemente le parti che si raffreddano e si contraggono prima esercitano sulle parti che si raffreddano e si contraggono dopo, una forza nel senso in cui la loro contrazione avviene: in  questo primo  momento le parti ancora molto calde, ed eventualmente ancora fuse, cedono facilmente a queste forze.
In un secondo tempo si contraggono le parti che si raffreddano dopo e anche queste esercitano una forza diretta nel senso della loro contrazione sulle altre parti; ma queste sono già fredde e rigide, cedono difficilmente e allora nascono delle tensioni tra quelle che si contraggono e quelle già contratte. 
Nascono così tensioni considerevoli da portare a deformazioni notevoli e anche a rotture.
Il getto di un banco di tornio, rappresentato in fig. 19, è fuso capolvolto rispetto alle posizione rappresentata in figura, per avere nella parte lavorata, che è quella delle guide, uria qualità di ghisa migliore, perché la scoria e le soffiature si raccol- gono nella parte superiore e perché questa esercitando una pres- sione su quella, la rende più compatta.
La parte che si solidifica e  si contrae  prima è la  parte più sottile: in questo primo periodo la  parte più grossa,  essendo  calda e  liquida, cede,  accorciandosi anch' essa: nel secondo periodo si accorcia la parte più grossa, ma essendo la parte sottile solida e rigida si ha un incurvamento di tutto il pezzo com'è rappresentato in figura.
Un getto di ghisa  non è possibile raddrizzarlo, perché si va incontro a spezzarlo e  allora piallando le guide del getto incurvato si corre il rischio di as-  sottigliarlo troppo agli estremi e il getto corre pericolo di  essere  inutilizzabile. In questo caso si può provvedere facendo il modello  incurvato in senso contrario; allora si può ottenere che il getto  riesca diritto.     
Nel caso di un tubo con flangia può avvenire che tra la flangia, che per il suo grosso spessore solidifica e si  contrae dopo, e il  tubo che è solidificato prima, si generino forze concentriche, rappresentate con freccia in fig. 20 a sinistra, che possono lesionare e  anche staccare la flangia dal tubo.
Si evita questo pericolo, cercando di far avvenire il raffreddamento contemporaneamente, si  scopre perciò la flangia quand'è ancora molto calda, o si da ad  essa, come è indicato in fig. 20 a destra, uno spessore minore, evitando così anche le succhiature, e al tubo in prossimità della  flangia uno spessore maggiore, e soprattutto si evitano gli spigoli  vivi, con un raccordo a largo raggio, rinforzando così la parte soggetta a rottura e facendo così avvenire un raffreddamento più che è possibile simultaneo o più graduale da una sezione all' altra.      
Nel caso di una puleggia, fig. 21, si raffreddano e si contraggono prima la corona e le razze : in questo primo momento il mozzo,  che ha spessori maggiori delle parti precedenti è ancora molto caldo ed eventualmente liquido e perciò cede.
Al momento della contrazione del mozzo questo esercita sulle razze forze dirette verso ilcentro le quali possono portare alla rottura delle razze o dellacorona,  essendo già queste molto più fredde e molto più rigide.
Si evitano  queste  rotture  facendo  le  razze a forma di  C  o  diS come si vede nella stessa figura a destra e a sinistra; le razze diventano così più cedevoli, oppure si cerca di accelerare il raffreddamento del mozzo, scoprendolo, oppure sostituendo al pezzo di terra che tiene il posto del foro e che si chiama anima, come vedremo, una barra di ferro rivestita di un leggiero strato di argilla: la barra di ferro disperde facilmente il calore del mozzo accelerando il suo raffreddamento.  
Un'altra buona norma di costruzione è quella di fare  il  mozzo scavato  come  in  e  internamente :  si  risparmia così nella tornitura e si diminuisce lo spessore del mozzo al centro dove a causa dell'attacco delle razze ha il massimo spessore.    
Nel caso di un volano, rappresentato in fig. 22, essendo la corona e il mozzo molto grossi rispetto alle razze e tra di loro presso a poco dello stesso spessore, avviene che il mozzo e la corona si contraggono contemporaneamente quando le razze sono già rigide.
Intanto però se il volano è di ghisa, e se la circonferenza interna della corona è di 2 m. si contrarrà di 20 mm.  mentre  se il  diametro  esterno  del  mozzo è di 300  mm. si contrarrà di 3 mm. 
Le razze si troveranno così a essere compresse, perché il capo di esse a contatto dell' interno della corona tenderà ad avvicinarsi al centro di 10 mm. e il capo attaccato al mozzo si  sposterà verso il  centro  di  1,5  mm.,  nascerà  così   nella   razza   una   compressione che tende ad accorciare la sua lunghezza di 10 - 1,5 =  8,5 mm. ; la razza così si romperà certamente.
Per fortuna però nella pratica le cose non stanno nei termini supposti, che  cioè  le  razze siano completamente fredde, mentre la corona e il mozzo sono completamente caldi ; tuttavia, anche molto ridotti i termini supposti ci danno un'idea del grave pericolo di rottura che si corre.
Ad evitare questo si può applicare, oltre le precauzioni usate per i pezzi precedenti, un provvedimento molto efficace che consiste  nel fare il mozzo diviso in tanti pezzi, quante sono le razze ; per rinforzare poi il mozzo lo si cerchia nella lavorazione a freddo con due anelli di acciaio fucinato messi a caldo, com'è indicato in figura.    
Allo scopo di accelerare il raffreddamento delle parti più lente a raffreddarsi si usa di far venire il metallo liquido a contatto con piastre di ferro, rivestite di un leggero strato di argilla perché non si  attacchino al getto,  come  si vede  nella  fig.  22  in d:  queste due piastre anulari occupano col loro volume quello di una parte di terra, ed essendo  più conduttrici  del calore di questa,  assorbono subito molto calore dalle pareti del pezzo con  cui  sono quasi a contatto.
Questa disposizione è analoga a quella che abbiamo vista per la puleggia in cui al posto dell'anima di terra, necessaria perfar nascere il foro,  si mette una  barra di acciaio rivestita  di un leggiero strato di argilla.    

Ricottura
- II pezzo fuso appena estratto dalla staffa, anchese sano, nasconde internamente sempre delle  tensioni  per  quelle ragioni che abbiamo detto. E' quindi necessario eliminare queste tensioni interne che possono da un  momento all' altro, appena  il  pezzo incomincia a essere caricato quand'è messo in esercizio, produrre la rottura, giacché le forze esterne, sommandosi  a  quelle interne possono essere capaci di produrre rottura, anche se isolatamente non lo sono. Per distruggere le tensioni interne bisogna ricorrere alla ricottura, che, come abbiamo detto nel  cenno  fatto dei trattamenti termici, consiste nel riscaldare al rosso ciliegia, circa 800°, e far raffreddare lentamente e uniformemente. Il pezzo caldo perde le tensioni interne, perché queste si esauriscono, a causa della libertà di movimento che acquistano le  varie  parti  essendo calde ; col raffreddamento lento e uniforme non possono riprodursi le tensioni  interne che come  abbiamo visto  sono le conseguenze del raffreddamento non uniforme.  Il  raffreddamento  deve  essere tanto più lento quanto più il pezzo contiene forti spessori e differenze di spessore ; perché il raffreddamento sia lento, quando il pezzo è ben riscaldato, si chiude ermeticamente il forno e il raffreddamento si fa avvenire in parecchi giorni che raggiungono alle volte oltre una settimana. Il getto a  causa  di  questa  operazione viene a costare un pò di più, ma questo trattamento risparmia una grande quantità di sorprese spiacevoli, quando il pezzo è in esercizio.