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ENGLISH
21-03-2026 - Technologies and Production Systems - Cooling [EN]-[IT]
With this post, I would like to provide a brief introduction to the topic in question.
(lesson/article code: EX_LS_05)
Image created with artificial intelligence, the software used is ChatGPT
What is cooling
We can define cooling as the phase of the foundry process in which the molten metal, once poured into the mold, changes from a liquid to a solid state. During this process, various physical phenomena occur which, if not properly controlled, can compromise the quality of the final casting.
Below is a list of the main aspects that characterize cooling:
-Stages of solidification
-Difference between metals and alloys
-Volumetric contraction of the metal (shrinkage)
-Gas development (which can cause blowholes)
-Formation of shrinkage stresses
-Risks and defects. If the process is not controlled, defects can arise.
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The effects of cooling
Image created with artificial intelligence, the software used is Napkin
The effects of cooling in the process Foundry processes are critical phenomena that occur during the transition of metal from the liquid to the solid state. If these phenomena are not controlled, they can generate defects that render the casting unusable, turning it into production waste.
The main phenomena that occur are:
-Volumetric contraction (shrinkage)
-Gas development
-The formation of shrinkage stresses
Effects of metal shrinkage after casting
Metal shrinkage after casting occurs in three distinct phases: in the liquid state, during the phase transition (solidification), and in the solid state up to room temperature. The contraction that occurs during solidification is the most significant, accounting for up to 50% of the total shrinkage.
The effects resulting from this phenomenon depend mainly on the direction of heat removal and the type of mold used.
The effects manifest themselves in the following ways:
-Volumetric shrinkage, a phenomenon that always occurs and consists of a uniform loss of volume.
-Shrinkage cone. It typically occurs in open molds (such as ingot molds) when heat is removed from both the bottom and the sides.
-Shrinkage cavities. Typical of closed molds where heat is removed in all directions.
-Interdendritic microcavities. This defect affects metal alloys with a wide solidification range.
WARNING: If not controlled with appropriate technical measures (such as oversizing, the use of sprues or coolers), these effects will cause the final product to fail, turning it into production waste.
Volumetric Shrinkage, Shrinkage Cone, and Internal Shrinkage Cavities, When They Occur
Volumetric Shrinkage
Volumetric shrinkage is an intrinsic phenomenon of metal cooling that occurs in all cases and manifests itself as the only macroscopic defect when heat dispersion occurs primarily from the bottom of the mold.
Shrinkage Cone
The shrinkage cone is a lowering of the liquid level at the free surface of the melt, which takes on a characteristic conical shape. The shrinkage cone is typical of open molds (such as ingot molds) and is favored when heat flow is removed both from the bottom and from the sides.
Internal Shrinkage Cavities
Internal shrinkage cavities are voids or porosities that form within the casting, usually at its thermal center of gravity (the last point to solidify). They occur exclusively in closed molds and are favored when heat dispersion occurs in all directions.
Dendritic Microstructures
Dendritic microstructures are crystalline formations with a characteristic "tree-like" configuration that typically develop during the solidification of metal alloys characterized by a very wide temperature range (ΔT). This phenomenon generates widespread porosity, which significantly reduces the mechanical strength of the final casting.
To eliminate or reduce the formation of these structures, the primary solution is to crush the dendrites as soon as they form, before they can grow and trap the liquid. The main methods for achieving this are:
-Mechanical mixing
-Pressure casting
-Creation of convective flow through turbulence
The Sprues
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Sprues are reservoirs of molten metal added to the mold to solve the problem of shrinkage cavities that form during solidification.
Their main functions are twofold:
-Compensation for volumetric shrinkage
-Shifting the thermal center of gravity
Conclusions
We can conclude by saying that the cooling process in the foundry is a critical phase whose correct management is essential to prevent the final product from becoming production waste. It's important to remember that shrinkage is an inevitable and multifaceted phenomenon in the cooling process.
Historical Notes and Questions
Isaac Newton, between the late 17th and early 18th centuries, formulated Newton's famous law of cooling, the first simple quantitative model to describe how a hot body exchanges heat with its surroundings.
Did you know that the first scientific study of cooling was conducted by Isaac Newton, while the first major modern theoretical development on heat, and therefore also on cooling, was made by Joseph Fourier?
ITALIAN
21-03-2026-Tecnologie e sistemi produttivi - Il raffreddamento [EN]-[IT]
Con questo post vorrei dare una breve istruzione a riguardo dell’argomento citato in oggetto
(codice lezione/articolo: EX_LS_05)
immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è ChatGPT
Che cos'è il raffreddamento
Possiamo dire che il raffreddamento è la fase del processo di fonderia in cui il metallo fuso, una volta colato all'interno della forma, passa dallo stato liquido a quello solido. Durante questo passaggio si verificano diversi fenomeni fisici che, se non opportunamente controllati, possono compromettere la qualità del getto finale
Qui di seguito elenco gli aspetti principali che caratterizzano il raffreddamento:
-Fasi della solidificazione
-Differenza tra metalli e leghe
-La contrazione volumetrica del metallo (ritiro)
-Lo sviluppo di gas (che può causare soffiature)
-La formazione di tensioni di ritiro
-Rischi e difetti. Se il processo non è controllato, possono originarsi difetti.
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Gli effetti del raffreddamento
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Gli effetti del raffreddamento nel processo di fonderia sono fenomeni critici che avvengono durante il passaggio del metallo dallo stato liquido a quello solido. Se questi fenomeni non vengono controllati, possono generare difetti tali da rendere il getto inutilizzabile, trasformandolo in uno scarto di produzione.
I principali fenomeni che si manifestano sono:
-La contrazione volumetrica (ritiro)
-Lo sviluppo di gas
-La formazione di tensioni di ritiro
Gli effetti derivanti dal ritiro del metallo dopo la colata
Il ritiro del metallo dopo la colata avviene in tre fasi distinte: allo stato liquido, durante il passaggio di stato (solidificazione) e allo stato solido fino alla temperatura ambiente. La contrazione che avviene durante la solidificazione è la più rilevante, rappresentando fino al 50% del ritiro totale.
Gli effetti derivanti da questo fenomeno dipendono principalmente dalla direzione di asportazione del calore e dal tipo di forma utilizzata.
Gli effetti si manifestano nei seguenti modi:
-Ritiro volumetrico, è un fenomeno che si verifica sempre e consiste in una perdita di volume uniforme.
-Cono di ritiro. Si manifesta tipicamente nelle forme aperte (come le lingottiere) quando il calore viene asportato sia dal fondo che lateralmente.
-Cavità di ritiro. Tipiche delle forme chiuse dove il calore è asportato in tutte le direzioni.
-Microcavità interdendritiche. Questo difetto riguarda le leghe metalliche con un ampio intervallo di solidificazione.
ATTENZIONE: Se non controllati tramite opportuni accorgimenti tecnici (come il sovradimensionamento, l'uso di materozze o raffreddatori), questi effetti rendono il prodotto finale non conforme, trasformandolo in uno scarto di produzione.
Ritiro volumetrico, cono di ritiro e cavità di ritiro interne, quando si manifestano
Il Ritiro Volumetrico
Il ritiro volumetrico è un fenomeno intrinseco del raffreddamento dei metalli che avviene in ogni caso e si manifesta come unico difetto macroscopico quando la dispersione di calore avviene principalmente dal fondo della forma
Cono di ritiro
Il cono di ritiro è un abbassamento del livello del liquido sulla superficie libera del fuso, che assume una caratteristica forma conica. Il cono di ritiro è tipico delle forme aperte (come le lingottiere) ed è favorito quando il flusso termico viene asportato sia dal fondo che lateralmente.
Cavità di Ritiro Interne
Le cavità di ritiro interne sono vuoti o porosità che si formano all'interno del getto, solitamente in corrispondenza del suo baricentro termico (l'ultimo punto a solidificare). Si manifestano esclusivamente nelle forme chiuse e sono favorite quando la dispersione del calore avviene in tutte le direzioni.
Le microstrutture dendritiche
Le microstrutture dendritiche sono formazioni cristalline con una caratteristica configurazione "ad albero" che si sviluppano tipicamente durante la solidificazione delle leghe metalliche caratterizzate da un intervallo di temperatura (ΔT) molto esteso. Questo fenomeno genera una porosità diffusa che causa una forte riduzione della resistenza meccanica del getto finale.
Per eliminare o ridurre la formazione di queste strutture, la soluzione principale consiste nel frantumare le dendriti non appena si formano, prima che possano accrescere e intrappolare il liquido. I metodi principali per ottenere questo risultato sono:
-Mescolamento meccanico
-Colata in pressione
-Creazione di moti convettivi tramite turbolenze
Le materozze
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Le materozze sono serbatoi di metallo fuso aggiunti alla forma per risolvere il problema delle cavità di ritiro che si generano durante la solidificazione.
Le loro funzioni principali sono due:
-Compensazione del ritiro volumetrico
-Spostamento del baricentro termico
Conclusioni
Possiamo concludere dicendo che il processo di raffreddamento in fonderia rappresenta una fase critica la cui corretta gestione è fondamentale per evitare che il prodotto finale diventi uno scarto di produzione. E’ importante ricordare che nel processo di raffreddamento il ritiro è un fenomeno inevitabile e multiforme.
Cenni storici e domande
Isaac Newton, tra la fine del XVII e l’inizio del XVIII secolo formulò la celebre legge del raffreddamento di Newton, cioè il primo modello quantitativo semplice per descrivere come un corpo caldo scambia calore con l’ambiente.
Sapevate che il primo studio scientifico del raffreddamento fu fatto da Isaac Newton mentre il primo grande sviluppo teorico moderno sul calore e quindi anche sul raffreddamento fu fatto da Joseph Fourier?
THE END