סגסוגות סידן סיליקון (CaSi)מכילים בדרך כלל 20%-35% Ca ו-55%-75% Si, כשהיתרה היא זיהומים עקבים (כגון Al פחות מ-2% או שווה ל-2%, Fe פחות או שווה ל-5%). ליבת יכולתם לשפר את ביצועי ברזל יצוק טמונה בהשפעה הסינרגטית של מנגנון כפול: "דה חמצון והסרת גופרית + חיסון ועידון".
מנגנון טיהור הברזל המותך:לאחר הוספת ברזל מותך, Ca מגיב באופן מועדף עם O ו-S ליצירת נקודת -היתוך- גבוהה, CaO בצפיפות- נמוכה (נקודת התכה 2613 מעלות ) ו- CaS (נקודת התכה 2450 מעלות ). תרכובות אלו צפות אל פני השטח של הברזל המותך כתכלילים ומוסרות, מפחיתות את תכולת הגזים (H₂, N₂) וזיהומים מזיקים, ובכך מטהרות את הברזל המותך.
מנגנון החיסון והעידון:Si הוא האלמנט הגרפיטי הליבה בברזל יצוק ויכול לעכב היווצרות של ברזל לבן (Fe₃C). במקביל, החלקיקים הזעירים בסגסוגת סיליקון סיליקון (כגון השלב המרוכב CaO-SiO₂) יכולים לשמש כזרז להתגבשות גרפיט. "ליבת גרעין הטרוגנית" משכללת את גרגרי הגרפיט ואת מבנה המטריצה, תוך אופטימיזציה של מבנה המיקרו של ברזל יצוק.
ההשפעה של סגסוגת סיליקון סידן על שיפור הנוזליות של ברזל יצוק
הנזילות של ברזל יצוק קובעת ישירות את איכות היצירה של יציקות מורכבות (כגון גופי שסתומים דקים- וגלגלי שיניים מדויקים). סגסוגת SiCa משפרת את הנזילות באמצעות שני מסלולים עיקריים:
הפחתת מתח הפנים והצמיגות של ברזל מותך:
נתוני ניסויים מראים שהוספת 0.2%-0.5% סגסוגת סיליקון-סידן (גודל 10-30 מ"מ) לברזל יצוק אפור יכולה להפחית את מתח הפנים של ברזל מותך מ-1.8N/m ל-1.5-1.6N/m (הפחתה של 10%-15%), ולהפחית את צמיגות הנוזל בכ-20%. 15%-20%, הבטחת תקינות יציקות חללים מורכבות והפחתת פגמים כגון "מילוי לא שלם" ו"סגירות קרה";
אופטימיזציה של נקודת ההיתוך ומורפולוגיית ההכלה של ברזל מותך:
Si יכול להוריד את הטמפרטורה האוטקטית של ברזל יצוק (מ-1153 מעלות ל-1140-1145 מעלות), ולהאריך את זמן החזקת הנוזל של ברזל מותך; Ca יכול לרכך תכלילים חדים בברזל מותך. תכלילי Al₂O₃ הופכים לתכלילים מרוכבים CaO-Al₂O₃-SiO₂ כדוריים, מה שמפחית את ההתנגדות לזרימת ברזל מותך.
יישום אופייני:
בעת ייצור חלקי ברזל יצוק אפור דקים-עם עובי דופן של 3-5 מ"מ, תוספת של חיסון סיליקון-סידן מגדילה את תפוקת היציקה מ-75% ליותר מ-92%, ומשפרת את יעילות היציקה ב-30%.
אופטימיזציה של המאפיינים המכניים של ברזל יצוק על ידי סידן-סגסוגת סיליקון
| סוג ברזל יצוק | כמות תוספת סיליקון סידן | עלייה בחוזק המתיחה | קשיות (HB) עלייה | הגדלת קשיחות ההשפעה | עקרון עבודה ליבה |
|---|---|---|---|---|---|
| ברזל יצוק אפור | 0.3%-0.6% | 10%-18% | 8%-12% | 20%-30% | מעדן גרפיט פתיתים, מפחית את השפעת החיתוך שלו על המטריצה. |
| ברזל יצוק רקיע | 0.4%-0.8%(לשימוש בשילוב עם חומרים מעוררי כדוריות) | 15%-25% | 10%-15% | 25%-40% | מקדם כדוריות גרפיט (הגדלת שיעור הכדוריות מ-80% ליותר מ-95%), מייעל את יחס הפריט/פרלייט. |
| מאלוקטריט ברזל יצוק | 0.2%-0.4% | 8%-15% | 5%-10% | 30%-50% | מדכא היווצרות ברזל לבן ומעדן גרגירי פרלייט. |
אופטימיזציה של איכות יציקת ברזל יצוק על ידי סידן-סגסוגת סיליקון
הפחתת פגמי נקבוביות והתכווצות
בקרת נקבוביות:
השפעות הסרת החמצון וההסרת גופרית של סגסוגת סידן סיליקון יכולות להפחית את תכולת החמצן בברזל מותך מ-80-100ppm ל-30-50ppm ואת תכולת המימן מ-5-8ppm ל-2-3ppm, ובכך להפחית את הנקבוביות של חלקי ברזל יצוק מ-8%-12% ל-3%-30% (ירידה של 50%-3%).
בקרת הצטמקות:
השפעת החיסון של-סגסוגת הסיליקון מקדמת את הפרשת הגרפיט. התרחבות הנפח במהלך התגבשות גרפיט (כ-2%) יכולה לפצות על התכווצות התמצקות של ברזל מותך, תוך הפחתת "חללי הצטמקות מרוכזים" ו"נקבוביות התכווצות מפוזרת", המתאימה במיוחד ליציקות עבות-דפנות (כגון בלוקים של גלילי ברזל יצוק).
שיפור איכות פני השטח של יציקות
זיקוק תבואה משטח:
סידן סיליקון מעדן את גרגיר השטח של יציקות, מפחית את חספוס פני השטח (Ra) מ-6.3 מיקרומטר ל-3.2-1.6 מיקרומטר, ובכך מפחית את העיבוד שבהמשך והורדת עלויות העיבוד.
דיכוי פגמי שטח:
Ca יכול ליצור סרט תחמוצת CaO-SiO₂ צפוף על משטח היציקה, ולמנוע מהברזל המותך להגיב עם חול היציקה ליצירת "הידבקות לחול", תוך הפחתת אבנית תחמוצת פני השטח ומשפרת את שיעור ההסמכה של מראה היציקה.
נקודות מפתח והמלצות בחירה לשימוש בסידן-סגסוגת סיליקון
בקרת תהליכים
בחירת מידה:
For large castings (>50 ק"ג),סגסוגת סיליקון סיליקון גושית 10-50 מ"ממתאים להבטיח תגובה אחידה; עבור יציקות דיוק קטנות, סגסוגת סידן-סיליקון גרגירית 5-15 מ"מ מתאימה להאצת הפירוק;
עיתוי הוספה:
עבור ברזל רקיע, יש להוסיף סידן-סגסוגת סיליקון 30-60 שניות לאחר הוספת החומר הכדורי כדי למנוע תגובה מוקדמת בין Ca לחומר הכדורי (כגון Mg); עבור ברזל יצוק אפור, ניתן להוסיף אותו 1-2 דקות לפני הקשה כדי לשפר את אפקט החיסון;
בקרת כמות:
הימנע מהוספה מוגזמת (למשל, מעבר ל-1.0%), אחרת יווצרו שלבים קשים ושבירים כגון CaC₂, שיובילו לירידה בקשיחות הברזל היצוק.
בחירת כיתה
ברזל יצוק אפור רגיל:
בחר Ca20-סגסוגת סיליקון-סידן מסוג Si60 (תכולת Ca 20%-25%) כדי לאזן בין עלות ותפוקה;
ברזל רקיע-יוקרתי (כגון אוגני כוח רוח): בחר בסגסוגת סיליקון-סידן מסוג Ca30-Si65 (תכולת Ca 28%-35%) כדי להבטיח קצב וטוהר הכדוריות;
יציקות מדויקות-דקות:
בחר בסגסוגת סידן-אלומיניום נמוכה-(Al פחות או שווה ל-1%) כדי למנוע תכלילים שנוצרו על ידי Al המשפיעים על הנזילות.
