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L'origine della fusione dei metalli: come può essere fatta risalire alle antiche civiltà di settemila anni fa?
La fusione è un processo produttivo in cui un materiale liquido viene versato in uno stampo contenente una cavità della forma desiderata e poi lasciato solidificare. La parte polimerizzata è chiamata fusione e il processo viene eseguito espellendo o rompendo lo stampo. I materiali di colata sono tipicamente metalli o vari materiali di invecchiamento che polimerizzano dopo aver mescolato due o più componenti, esempi includono resina epossidica, cemento, gesso e argilla; La fusione viene spesso utilizzata per creare forme complesse che sono difficili e antieconomiche da creare con altri metodi. I componenti di macchinari di grandi dimensioni, come i basamenti delle macchine utensili, le eliche delle navi, ecc., possono essere facilmente fusi nella dimensione richiesta senza la necessità di produrli unendo più piccole parti. Vale la pena notare che la storia della fusione risale a più di 7.000 anni fa, e la fusione più antica risale a una rana di bronzo del 3200 a.C.
Storia
Sin dai tempi antichi, la fusione dei metalli è stata utilizzata per creare strumenti, armi e oggetti religiosi. La storia e lo sviluppo della fusione dei metalli possono essere fatti risalire all'Asia meridionale (Cina, India, Pakistan, ecc.). Le tradizioni e le religioni dell'Asia meridionale fanno molto affidamento sulla fusione di statue e reliquie simboliche. Questi articoli sono solitamente realizzati con una lega di rame mista a piombo. Fin dagli albori della metallurgia, la maggior parte delle fusioni sono state realizzate con semplici stampi in uno o due pezzi in pietra o ceramica. Tuttavia, prove di fusione a cera persa appaiono in molte civiltà antiche. Il processo di fusione a cera persa ha avuto origine nell'antica Mesopotamia. Le prime testimonianze conosciute di fusione a cera persa apparvero a Sparta, in Babilonia. La quantità di cera necessaria per realizzare una chiave era chiaramente registrata in letteratura.
Le prime fusioni venivano realizzate in stampi di pietra aperti.
Esistono due metodi di fusione a cera persa: metodo diretto a cera persa e metodo indiretto a cera persa. Il metodo di stampaggio diretto consiste nel trasformare il materiale in cera in un modello in cera uguale alla fusione a mano o utilizzando altri strumenti, mentre il metodo di stampaggio indiretto consiste nel realizzare il modello in cera attraverso uno stampo. Il metodo di formatura diretta richiede un alto livello tecnico da parte degli artigiani, altrimenti non è possibile garantire la qualità della fusione. Tuttavia, il limite della formatura diretta manuale è che la sua efficienza è troppo bassa per ottenere una produzione di massa. A questo proposito, lo stampaggio indiretto presenta dei vantaggi. Gli artigiani in genere creano modelli in pietra, legno, argilla o altri materiali plastici. Le prime civiltà scoprirono che il piombo aiutava a rendere il rame fuso più fluido, consentendo loro di realizzare progetti più elaborati. Ad esempio, la Danzatrice di Mohenjodaro è una fusione in lega di rame, molto probabilmente utilizzando la tecnica della cera persa. La fusione a cera persa risale al 4000 a.C. o all'età calcolitica. Il primo esempio di ricerca di questa tecnologia è un amuleto di 6.000 anni fa della civiltà della valle dell’Indo.
L'evoluzione della tecnologia di fusione
L’India è considerata una delle prime civiltà a utilizzare metodi di conio per produrre monete in serie. Intorno al primo millennio a.C., le monete in uso erano fatte di argento, ma con il passare del millennio il materiale delle monete si spostò gradualmente verso le leghe di rame coniate. Lo sviluppo di nuove tecnologie ha consentito la produzione in serie di nuove monete di rame e l'introduzione di stampi per monete multipezzo impilabili. Più stampi vengono impilati uno sopra l'altro e posizionati in un cilindro di argilla, consentendo al metallo fuso di essere versato attraverso il centro, riempiendosi e solidificandosi nello spazio aperto. Questo processo ha permesso di produrre un centinaio di monete contemporaneamente.
In Medio Oriente e in Africa occidentale, la tecnologia della cera persa è stata utilizzata abbastanza presto nelle loro tradizioni metallurgiche, mentre la Cina ha adottato la tecnologia relativamente tardi. Rispetto alla civiltà della valle dell'Indo, l'uso della tecnologia della cera persa da parte dell'Europa occidentale è considerato molto limitato. Ad Anyang, durante la dinastia Shang (1600-1040 a.C.), non furono rinvenuti veri e propri pezzi fusi a cera persa, ma furono rinvenuti un gran numero (100.000 pezzi) di frammenti di stampo. Ciò ha portato a dedurre che la fusione a cera persa non fosse praticata nella capitale della dinastia. Tuttavia, la scoperta di una maschera realizzata con fusione a cera persa risalente al 1300 a.C. circa suggerisce che la tecnica della cera persa potrebbe aver avuto un impatto su altre aree della Cina. Gli storici discutono sulle origini dello sviluppo dell'artiglieria, ma la maggior parte delle prove punta alla Turchia e all'Asia centrale nei secoli XVIII e XIX.
Diversità della tecnologia di fusione
Nella lavorazione dei metalli, il metallo viene riscaldato allo stato liquido e poi versato in uno stampo. Lo stampo è una cavità cava contenente la forma desiderata e contiene canali di alimentazione e uscita che consentono al metallo di fluire nello stampo. Una volta che lo stampo e il metallo si sono raffreddati, il metallo si solidifica. La parte solidificata (colata) viene poi rimossa dallo stampo e le operazioni successive rimuovono il materiale in eccesso creato durante il processo di fusione.
Il processo di fusione di metalli come ghisa e alluminio ha continuato a migliorare nel tempo e l'evoluzione della tecnologia ha favorito lo sviluppo dell'industria.
Inoltre, materiali come gesso, cemento e resine plastiche possono essere colati anche utilizzando stampi a perdere di scarto o stampi “in lamiera” multiuso. La superficie della fusione è solitamente piatta e opaca e spesso vengono utilizzate tecniche di trattamento superficiale per migliorarne l'aspetto. Durante il processo di fusione, alcune resine plastiche prodotte chimicamente possono essere mescolate con pietra in polvere per conferire colore, che molte volte consente di simulare l'effetto del marmo naturale o del travertino. Con il miglioramento della tecnologia, il processo di fusione continua ad evolversi, raggiungendo una precisione di progettazione senza precedenti.
Nell'industria odierna, le simulazioni dei processi di fusione utilizzano metodi numerici per calcolare la massa dei componenti fusi, tenendo conto del riempimento, della solidificazione e del raffreddamento dello stampo, in modo che le proprietà meccaniche e le sollecitazioni termiche del pezzo fuso possano essere quantificate in anticipo e si possano prevedere le deformazioni. Questa tecnologia consente un'accurata caratterizzazione della qualità dei getti prima dell'inizio della produzione. Con il progresso della tecnologia, la simulazione dei processi di fusione è diventata una delle innovazioni più importanti nella tecnologia di fusione, consentendo di risparmiare tempo e costi durante l'intero processo di produzione della fusione.
Questa lettera copre la storia e la tecnologia della fusione dei metalli. L'evoluzione dall'antico artigianato alla tecnologia avanzata di oggi ci porta a chiederci: in che modo la futura tecnologia di fusione cambierà le nostre vite e la produzione industriale?
