TECNOLOGIA DEI METALLI
tecniche

              
Forme durevoli e perdute
- Le forme sono le impronte,cioè le copie in negativo di modelli e sono quindi vuote essendo questi pieni.
Esse possono essere durevoli se sono fatte di metallo e allora servono per fondere successivamente  vari  pezzi,  oppure perdute se sono fatte di sabbia, di terra o di argilla, e allora ogni pezzo fuso richiede la sua forma, che viene poi demolita per estrarre il  getto.    
Le forme metalliche non richiedono il modello del getto, ma, se sono fuse in ghisa, richiedono il loro modello, le  altre  invece richiedono il modello del pezzo da fondere.
Le prime, quando occorre, devono essere fatte in vari pezzi per poter estrarre il getto, le seconde richiedono invece di essere fatte in vari pezzi per poter estrarre il modello.    
Le forme metalliche si chiamano conchiglie, e i getti da esse ottenuti si chiamano getti in conchiglia: esse sono usate per leghe facilmente fusibili. Le forme metalliche servono anche per fondere acciaio sotto forma di tronchi  di piramide, che sono leggermente piramidali a causa dello sformo, i quali si chiamano lingotti e sono destinati alla laminazione o alla fucinatura in genere: queste forme si chiamano  lingottiere. 
Le conchiglie sono usate anche per ottenere getti di ghisa, la quale, per il rapido raffreddamento  dovuto  alle pareti metalliche della forma, è ghisa bianca, durissima.  
Le forme di sabbia, terra o argilla vengono usate per getti di bronzo, ottone e acciaio; le stesse forme sono usate per getti di ghisa grigia che sono quasi la totalità dei getti di ghisa, avendo la ghisa bianca pochissime applicazioni.
La formazione della ghisa grigia è dovuta principalmente al lento raffreddamento del getto, a causa della scarsa conducibilità termica delle pareti della forma, ed è favorita dalla presenza del silicio e del fosforo e dell' assenza  del manganese.     

Proprietà delle forme
- Le forme metalliche devono essere  sufficientemente resistenti per non cedere sotto la spinta del metallo  fuso, e sufficientemente refrattarie per non fondersi insieme con esso. 
Queste due proprietà sono facili ad ottenersi dalle forme metalliche  le  quali  sono  resistenti  e  disperdono  presto  il  calore :  la  loro  refrattarietà viene aumentata rivestendo la superfice  della forma che deve venire a contatto col metallo liquido di un leggero strato di grafite e argilla spappolate in acqua.    
La sabbia, la terra e l’argilla usate per le forme devono avere la proprietà della plasticità, che permette loro di prendere la forma voluta, la proprietà della compattezza che permette loro di conservare la forma avuta sotto la spinta del metallo fuso, la proprietà della refrattarietà che permette loro di non fondere a contatto del metallo fuso e quindi non mescolarsi con esso.
Inoltre queste forme a causa della notevole quantità di umidità che contengono se non sono state asciugate e di una piccola quantità da umidità che sempre hanno, anche dopo l’asciugamento, hanno bisogno di essere porose, perché la quantità di vapore che si sviluppa all’ atto delle fusione, che in parte rimane vapore e in parte si decompone in idrogeno ed ossigeno, e la quantità di gas che si sviluppa dal metallo fuso a misura che questo si raffredda, prima di solidificare, se non trovassero la via d'uscita all’ esterno, sarebbero  capaci di  far  esplodere  la forma danneggiando la forma, il getto e le persone vicine, oppure di guastare il pezzo nel farlo riuscire mancante in qualche parte da cui i  gas non potessero uscire, oppure di rimanere inclusi nella massa  del pezzo, dando luogo, come abbiamo visto, alle soffiature.
Lo  studio perciò della scelta e della preparazione delle sabbie, terre e  argille è fondamentale per la costruzione delle forme.      

Sabbia, terra e argilla
- Questi materiali sono costituiti da  due elementi fondamentali, la silice cristallizzata, detta quazzo, e l’argilla;  contengono anche altre sostanze  che sono ossidi metallici, come ossido di ferro, di calcio e sostanze organiche.
Si può approssimativamente dosare la silice e l’argilla che questi materiali contengono, spappolandone una certa quantità e lasciandola depositare  in un bicchiere contenente  acqua  sufficientemente:  inferiormente si deposita la silice perché più grossa e più pesante e superiormente l’argilla, la  quale forma con l’acqua la  melma: questa lascia  l’acqua  soprastante torbida a causa delle minutissime particelle che non si sciolgono nell'acqua ma impiegano un tempo lunghissimo per depositarsi a causa della estrema finezza.
Nella sabbia si ha una fortissima percentuale di silice e nell'argilla una forte percentuale di argilla; le terre hanno una percentuale di argilla intermedia tra la sabbia e l’argilla.       
Non si ha una esatta classificazione di questi tre prodotti neanche relativamente al contenuto di argilla: in linea di massima si  può dire che le sabbie contengono meno del 15%  di argilla le terre ne contengono dal 15% al 25% e l'argilla più del 25%.   
Le sabbie poi si dividono in magre se contengono meno del 10% di argilla e grasse se ne contengono dal 10% al 15%.
Questa definizione di sabbia grassa e magra dipende  dal fatto che la prima, contenendo più argilla della seconda, ingrassa di più, per meglio dire sporca di più, attaccandosi alle mani e agli oggetti, della seconda; beninteso quando sono bagnate.    
Riguardo alle quattro proprietà fondamentali, plasticità, compattezza, refrattarietà e porosità, la silice e l’argilla si comportano molto diversamente: la silice non ha alcuna plasticità né compattezza, neanche se bagnata, mentre l’argilla assorbe acqua e diventa molto pastosa cioè plastica; questa dopo asciugata e, meglio ancora cotta, è molto compatta; a tutti è nota la fabbricazione dei mattoni di argilla.
La silice è molto porosa e lo è tanto  più  quanto  più sono grossi i suoi granelli e ciò dipende dal fatto che i granelli non si attaccano tra di loro e lasciano dei canaletti di aria tra un granello e l'altro; l'argilla invece non è affatto  porosa  perché, inumidita sufficientemente con l'acqua, forma una pasta assolutamente impermeabile ai gas.
In quanto alla refrattarietà lo sono ambedue : isolatamente sono molto refrattarie, messe insieme lo sono un pò meno ma in genere sufficientemente.
Quello che nuoce alla refrattarietà delle sabbie e delle terre sono gli ossidi metallici, che per questa ragione non devono mai superare il 2% complessivamente, perché gli ossidi metallici formano, alla elevata temperatura a cui si vengono a trovare durante la fusione, con la silice silicati facilmente fusibili, che si mescolano al metallo fuso guastando la forma e il getto.    
È facile comprendere che non è possibile fare una forma di silice senza argilla, perché non sarebbe capace di prendere una forma, ne è possibile adoperare un' argilla senza silice perché non sarebbe affatto porosa.
Si adopera tuttavia la silice senza argilla, si hanno allora  le sabbie extrasiliciose, quando si vuole intensificare la refrattarietà o la porosità come nella formatura delle anime che sono esposte per maggior tempo ad elevatissima temperatura per essere quasi tutte circondate da metallo e di spessore a volte molto sottili, ma allora la funzione agglutinante dell' argilla viene affidata ad altre sostanze mescolate con la silice come melassa, olio di lino cotto, resina, le quali non diminuiscono la refrattarietà della silice. 
Come pure si può usare l’argilla completamente mancante di silice, quando si richiede molta plasticità e compattezza che sono le proprietà dell'argilla, come nei getti artistici, ma allora per avere la porosità voluta si mescola all'argilla, paglia tritata, sterco di cavallo, segatura di legno, polvere di carbone  e, siccome queste forme vengono cotte, per renderle molto compatte, a circa 500°, non soltanto asciugate, allora tutte queste sostanze aggiunte bruciano formando una rete di canali che va dal pezzo fuso all’ esterno.
Questa formatura è usata oltre che per pezzi artistici anche per le anime e i grandi getti che, richiedendo grandi masse di terra, hanno bisogno di essere molto plastiche e compatte, e anche quando le stesse proprietà si richiedono perché non si fa uso del modello ma di una sagoma, come vedremo nella formatura con sagoma.     
Si comprende ora che la scelta e le eventuali miscele devono essere fatte con molto criterio, secondo il metallo  fuso e secondo la forma e le dimensioni del pezzo. 
Si  comprende  anche  che  le forme migliori, perché più plastiche e più compatte sono quelle di argilla, naturalmente dopo aggiunte le sostanze  necessarie per ottenere la porosità, ma queste hanno bisogno di essere cotte cioè esposte a 500° per parecchi giorni, perché contengono molta acqua; esse risultano perciò costose e sono adoperate  per getti  artistici che hanno forme molto movimentate, oppure per pezzi di acciaio voluminosi, che richiedono perciò masse pesanti di terra e quindi molto compatte, specialmente se sono ottenute con la sagoma invece che col modello.
Vengono poi le forme di terra usate per i getti ordinari di acciaio; la terra deve essere tanto più argillosa quanto più i pezzi sono grandi, e i grani tanto più grossi quanto più la terra è argillosa, per aumentare la porosità che è diminuita dalla quantità forte di argilla.
La terra è fatta di argilla smagrita con polvere di carbone oppure con sabbia magra: queste forme devono essere asciugate nella stufa a temperatura poco superiore ai 100°.    
La sabbia grassa, viene usata per getti di bronzo, di ottone e di ghisa, questi ultimi quando sono importanti: le forme di sabbia
grassa devono anch'esse essere asciugate nelle stufe.    
La sabbia magra, contenendo meno argilla di tutti gli altri materiali per formare, ha meno bisogno di acqua, nello stesso tempo è poco plastica e poco compatta, perciò le sue forme non vengono asciugate, perché, avendo poca argilla e perdendo quella poca acqua che hanno, si sgretolerebbero facilmente.
I getti ottenuti con forme di sabbia magra si dicono colate a verde, a causa del mancato asciugamento delle forme.
Le forme di sabbia magra sono le più economiche perché non asciugate, ma i getti sono più scadenti perché contengono molte soffiature, dovute alla grande quantità di vapore che esse sviluppano per il mancato asciugamento: esse sono perciò usate per getti di ghisa di poca importanza che non devono essere lavorati.
L' asciugamento invece delle forme di sabbia grassa e di terra è imposto dalla maggiore quantità di acqua che queste  richiedono a causa della maggiore quantità di argilla ed è imposto anche dalla necessità di aumentare la porosità che è scarsa per la stessa ragione della forte quantità di argilla. 
Coll’asciugamento si ha quindi, al momento della colata, minor quantità di gas a causa della minore quantità di acqua, maggior porosità e quindi i getti riescono migliori che se fusi a verde nella sabbia magra.    
I prodotti che si trovano in natura e che vengono estratti dalle cave sono le sabbie grasse, di cui le migliori sono quelle francesi,che contengono dal 10% al 15% di argilla e poche impurità di ossidi metallici che, come abbiamo detto, peggiorano la refrattarietà; in natura si trovano anche le argille.
La terra in generale si prepara ingrassando le sabbie grasse o le sabbie magre con un opportuna aggiunta di argilla.
Le sabbie magre si formano, diciamo così, automaticamente nella lavorazione, perché le sabbie grasse, le terre e le argille già usate diventano sabbie magre, perché l’argilla contenuta in esse, per effetto dell' asciugamento oppure dell' eventuale cottura e della elevata temperatura a cui sono  state esposte dai getti precedenti, ha perduto completamente, essendosi decomposta, le sue proprietà agglutinanti.    
Le sabbie magre sono perciò le più economiche, giacché basta solo aggiungere alle sabbie vecchie un pò di sabbia grassa per dare quel tenore di argilla, che, per quanto ridotto, è anche richiesto dalle sabbie magre.
Per questa ragione, oltre che per il mancato asciugamento, le forme di sabbia magra e quindi i getti colati a verde sono più economici di tutti gli altri.   
Volendo dunque ingrassare una sabbia magra la si mescola con sabbia grassa o argilla e volendo smagrire una sabbia grassa la si mescola con sabbia magra o polvere di carbone, oppure la si lava con acqua che asporta una  certa quantità  di argilla. 
La polvere di carbone è più costosa della  sabbia magra, ma ha il vantaggio su questa di evitare la vetrificazione cioè la fusione della silice  contenuta nella sabbia; giacché la vetrificazione o fusione della silice nasce dalla formazione del silicato di ferro dovuta alla combinazione della silice con l'ossido di ferro che si forma tra il ferro e l’ossigeno del vapor di acqua che si decompone.
Per questa ragione tutte le parti della forma che devono venire a contatto del metallo si rivestono di uno straterello di polvere di carbone o di grafite; se la forma è di sabbia magra, e quindi da non asciugare, questa polvere si fa cadere asciutta da un sacchetto pieno della medesima polvere e che viene battuto a mano; se invece la formaè di sabbia grassa o di terra si da con un pennello, prima o dopo,o meglio prima e dopo che la forma va alla stufa, uno strato del cosiddetto nero liquido che è grafite e carbone di legno spappolati  con un pò di argilla nell' acqua. Le forme e le anime cosi pitturate si rimettono ordinariamente una seconda volta nella stufa.

                  PREPARAZIONE DELLE TERRE     
I materiali per la formatura non possono essere adoperati come vengono dalle cave: abbiamo visto che la sabbia, la terra e l’argilla devono essere più o meno grasse seconde le qualità del metallo e le dimensioni  del pezzo da fondere, devono cioè avere una determinata percentuale di argilla, secondo i vari usi, e i granelli devono anch'essi essere di varia dimensione giacché i granelli grossi aumentano la porosità e la refrattarietà e i piccoli aumentano la plasticità e la compattezza.
Ora le sabbie, come vengono dalle cave hanno un contenuto di argilla che varia dal 10% al 15%  mentre noi abbiamo spesso bisogno di sabbie più magre o di terre più grasse e perciò bisogna nel primo caso mescolarle con sabbie magre come sono le sabbie usate o con polvere di carbone e nel secondo caso con argilla, e nei due casi spesso anche con altre sostanze, paglia  ecc. come abbiamo visto. 
In  quanto alle dimensioni dei granelli, le sabbie che vengono dalle cave ne hanno svariatissime, si trovano anche zolle molto compatte,  mentre che noi abbiamo bisogno che le miscele siano uniformi per qualità, quantità e dimensioni dei granelli.
Inoltre il materiale pronto per essere formato deve essere soffice, cioè bene areato, come se fosse lana, allo scopo di poterlo comprimere bene  nelle forme; deve inoltre contenere una giusta quantità di umidità, e queste proprietà non si possono ottenere da un prodotto allo stato naturale.    
Nelle piccole fonderie la preparazione delle terre è fatta a mano ma appena una fonderia è un pò importante, la preparazione delle terre é fatta a macchina, ottenendosi così un prodotto  migliore e più economico.
Le operazioni a cui devono essere assoggettate le sabbie nuove, le sabbie vecchie e il carbone sono le seguenti in ordine cronologico.                                                
1°. Asciugamento  - L' asciugamento è necessario per le sabbie nuove, perché queste, portando dalle cave molta umidità non si potrebbero, dopo la macinazione, passare al crivello per i grumi che si formerebbero; questa operazione non è necessaria né per il carbone né per la sabbia vecchia se non sono state esposte alla pioggia.
Coll’asciugamento molto prolungato e a temperatura troppo elevata l’argilla perde in parte la sua proprietà adesiva, perché si decompone, ne la riacquista col successivo inumidimento: perciò non bisogna eccedere nel prolungare questa operazione, a meno che non si voglia di proposito smagrire il prodotto.    
2°.  Macinazione - Questa operazione ha lo  scopo  di  dare al prodotto il voluto grado di finezza: ad evitare che sia troppo fina la sabbia deve essere passata a setaccio di maglia conveniente e rimessa in macinazione la parte che non attraversa il setaccio.    
3°.  Burattamento - Questa operazione ha  per scopo di separare dalla massa macinata i granelli che hanno raggiunto le dimensioni volute ; si evita così la cosiddetta macinazione a morte, che darebbe un prodotto troppo fino e prolungherebbe inutilmente, anzi dannosamente, la macinazione.     
4°.  Inumidimento - Si aggiunge così la  giusta  quantità  di acqua : se l’acqua è troppa o troppo poca, la pastosità e la compattezza sono danneggiate.     
5°. Battitura e miscela - Queste  operazioni si compiono contemporaneamente: i prodotti da mescolare vengono messi insieme e sbattuti : si ottiene così un mescolamento molto suddiviso e intimo e la massa diventa soffice per la grande quantità di aria che assorbe.