La ghisa (o cast iron) è una lega metallica costituita prevalentemente da ferro (Fe) e carbonio (C), dove il tenore di carbonio supera il limite massimo di solubilità nell’austenite (tipicamente , sebbene le ghise commerciali siano comprese tra il 2, 5% e il 4%). Includono spesso silicio, manganese e altre impurezze.
Rispetto all’acciaio, l’elevato contenuto di carbonio abbassa notevolmente il punto di fusione (da 1538 °C per il ferro puro a circa 1150-1200 °C) e rende la lega estremamente liquida. Questa eccellente colabilità (attitudine a riempire perfettamente stampi complessi) è il principale pregio ingegneristico della ghisa.
Tuttavia, la presenza massiccia di carbonio (sotto forma di cementite o grafite) rende il materiale duro, scarsamente lavorabile alle macchine utensili (con eccezioni), impossibile da forgiare o deformare plasticamente a freddo, e intrinsecamente fragile. Il suo carico di rottura a trazione è modesto, ma eccelle nella resistenza a compressione.
Esistono diverse tipologie di ghisa in base alla microstruttura, ottenute tramite cicli termici o aggiunte di elementi leganti:
- Ghisa bianca: il carbonio è tutto combinato sotto forma di cementite. Durissima e resistente all’usura, è in lavorabile.
- Ghisa grigia: il carbonio si separa in fiocchi o lamelle di grafite. È la più comune; le lamelle fungono da innesco di cricche (bassa resistenza a trazione) ma garantiscono eccezionali proprietà di smorzamento delle vibrazioni (ideale per basamenti di macchine utensili o blocchi motore).
- Ghisa sferoidale: l’aggiunta di magnesio fa precipitare la grafite in forma sferica. Questa geometria non concentra gli sforzi, conferendo alla ghisa una duttilità e resistenza a trazione comparabili all’acciaio, rendendola idonea per tombini, tubazioni in pressione e alberi a gomito.