סגסוגות סיליקון סידן, סיליקון Ferro, וסגסוגות בריום סיליקוןהם שלושה חיסונים נפוצים בייצור ברזל יצוק. תפקוד הליבה שלהם הוא לשפר את המורפולוגיה של הגרפיט ולשכלל את גודל התבואה על ידי הוספת אלמנטים ספציפיים לברזל המותך, ובכך לשפר את התכונות המכניות (כגון חוזק וקשיחות) ויכולת עיבוד של ברזל יצוק.
השוואה בין רכיבי ליבה ומנגנוני חיסון
הביצועים של חיסון נקבעים בעיקרו על ידי מרכיבי הליבה שלו. מנגנוני הפעולה של אלמנטים שונים משפיעים ישירות על אפקט החיסון. ההבדלים ברכיבי הליבה ובמנגנונים של שלושת החיסונים מוצגים בטבלה הבאה:
| סוג חיסון | מרכיבים עיקריים | מרכיבי חיסון מרכזיים | מנגנון חיסון ליבה |
| סגסוגת סיליקון של פרו | Fe (מטריקס), SI (70%-85%), זיהומים מינימליים |
סִי |
1. השלמת SI בברזל המותך מפחיתה את המקבילה של הפחמן ומעכבת את היווצרות ברזל יצוק לבן (צמנטט). 2. Si מקדם גרעין גרפיט ומעדן חלקיקי גרפיט (למשל, גרפיט פתית הופך להיות עדין ומופץ באופן שווה יותר). |
| סגסוגת סיליקון סידן | SI (50%-65%), CA (20%-35%), Fe (יתרה) |
Si + ca |
1. SI ממלא תפקיד מהותי בחיסון ובעיכוב ברזל יצוק לבן. 2. CA הוא אלמנט חזק של דיוקסידיזציה/פיתול, מסיר זיהומים מזיקים כמו O ו- S מהברזל המותך (הפחתת התנגדות הזיהומים לגרעין גרפיט). 3. CAO ו- CAS, שנוצרו על ידי התגובה של Ca עם O ו- S, משמשים כגרעיני גרעין הטרוגניים, מגדילים משמעותית את קצב הגרעין הגרפיט והשגת עידון תבואה העולה על פרוסיליקון טהור. |
| סגסוגת סיליקון בריום | SI (50%-70%), BA (10%-25%), Fe (יתרה) |
SI + BA |
1. SI מספק בסיס לגרפיטיזציה. 2. יכולת ההפרדה של BA חלשה מעט יותר מזו של CA, אך יכולת הגרפיטיזציה שלה חזקה יותר, ומקדמת את טרנספורמציה של גרפיט מפתיתים לשטנים (בברזל רקיע וברזל יצוק הניתן לניעוד). 3. BA מפחית את צמיגות הברזל המותכת, משפר את אחידות חלוקת הגרפיט ומפחית פגמים כמו חללי הצטמקות ונקבוביות ביציקות. |
השוואה בין ביצועי מפתח ותרחישי יישומים
הבדלי הביצועים בין חיסונים שונים קובעים את סוגי הברזל יצוק הרלוונטיים שלהם (ברזל אפור, ברזל רקיע, ברזל הניתן לניתוח וכו ') ודרישות היציקה (כגון חוזק גבוה, חלקים דקים {}}} חלקים קיר, וחלקים עבים- קירות). השוואה ספציפית היא כדלקמן:
| מידות השוואה |
סגסוגת סיליקון של פרו
|
סגסוגת סיליקון סידן
|
סגסוגת סיליקון בריום
|
| תַצלוּם |
 |
 |
 |
| חוזק אפקט החיסון | חלש - בינוני (חיסון בסיסי, אפקט יציב אך קל) | חזק (חיסון מורכב, עידון תבואה משמעותי ודיכוי ברזל יצוק לבן) | בינוני - חזק (גרפיטיזציה מעולה, תוך כדי השגת עידון תבואה) |
| שיפור מורפולוגיה גרפיט | בעיקר משכלל גרפיט פתית, עם התאמת מורפולוגיה מוגבלת | גרפיט משובח (פתיתים/דליפות), הפחתת "גרפיט גס" | משפר משמעותית את המורפולוגיה הגרפיט, ומקדמת היווצרות גרפיט פלוקולנטי/ספירואידי (מתאים במיוחד לברזל רקיע) |
| דיכוי ליהוק לבן | בינוני (מסתמך אך ורק על Si, נוטה לברזל יצוק לבן על חלקים דקים- קירות) | חזק (CA מסיר זיהומים מזיקים, ומפחית את הסיכון לברזל יצוק לבן בדק- חלקים מוקפים) | יחסית חזק (תואר ראשון מסייע גרפיטיזציה, מדכא את הברזל יצוק לבן טוב יותר מ- Ferrosilicon) |
| תאימות לסוג היציקה | 1. ברזל יצוק אפור רגיל (כגון מיטות כלי מכונה וצינורות); 2. עבה - יציקות מוקפות עם דרישות ביצועים נמוכות |
1. גבוה - חוזק ברזל יצוק אפור (כגון אבני מנוע); 2. דק - ברזל יצוק אפור באפור (כגון ראשי צילינדר רכב); 3. ברזל יצוק הניתן לניפוח (דורש עידון תבואה) |
1. ברזל רקיע (כגון ארכובות רכב וגלגלים); 2. גבוה - חוזק ברזל יצוק הניתן לניעוד; 3. יציקות הדורשות מורפולוגיה גרפית גבוהה |
| בקרת פגמים | כללי (נוטה להתכווץ בגלל גרפיט גס) | טוב (עידון גרפיט מפחית את הצטמקות, CA משפר את נזילות הברזל המותכת) | מעולה (BA מפחית צמיגות ברזל מותכת, צמצום חללי הצטמקות ותכלילי סיגים, מה שהופך אותו למתאים במיוחד לחלקים מבניים מורכבים) |
סיכום המלצות הבחירה
בהתבסס על ההשוואה לעיל, בייצור בפועל, יש לעקוב אחר העקרונות הבאים בבחירת חיסון:
תרחישים שבהם עדיף Ferrosilicon (FESI):
ייצור ברזל יצוק אפור רגיל (כגון צינורות עומס נמוכים {}}} וחלקי מכונות חקלאיות) עם דרישות נמוכות למורפולוגיה של חוזק גרפיט;
יציקות עם מבנה פשוט, עובי קיר אחיד וללא אזורים דקים - קירות מועדים לצוות לבן;
חיפוש אחר עלות נמוכה ויציבות תהליכים ללא בקרת חיסון מורכבת.
תרחישים שבהם עדיפות סגסוגות סיליקון סידן:
הפקת - חוזק ברזל יצוק אפור (כגון בלוקי מנוע וגבוהים {}}} שסתומי לחץ) הדורשים חוזק מתיחה משופר;
יציקות עם אזורים דקים - אזורים מוקפים (כגון ראשי צילינדר רכב) הדורשים דיכוי יצוק לבן חזק;
תכולת O ו- S גבוהה בברזל המותך הדורשת דיוקסידציה ודיסולציה בו זמנית כדי לשפר את ביצועי החיסון.
סגסוגת בריום סיליקון (סגסוגת פסיבה) עדיפה בתרחישים הבאים:
ייצור ברזל רקיע או ברזל יצוק הניתן לניתוח דורש שליטה קפדנית במורפולוגיה גרפיט (פלוקציה/כדוריות);
יציקות עם מבנים מורכבים (כגון Crankshafts ותיבות הילוכים) מועדים לחללי הצטמקות ותכלילי סיגים;
גבוה - ערך - יציקות שנוספו דורשות עלות גבוהה יותר בתמורה לתכונות מכניות מצוינות (כגון ברזל רקיע עם חוזק מתיחה של גדול או שווה ל 600 מגה מגה).
