Kalciumkisellegeringar (CaSi)innehåller typiskt 20%-35% Ca och 55%-75% Si, varvid resten är spårföroreningar (såsom Al mindre än eller lika med 2%, Fe mindre än eller lika med 5%). Kärnan i deras förmåga att förbättra gjutjärnsprestanda ligger i den synergistiska effekten av en dubbel mekanism: "deoxidation och avsvavling + inokulering och förfining."
Reningsmekanismen för smält järn:Efter tillsats av smält järn reagerar Ca företrädesvis med O och S och bildar hög-smältpunkt-, låg-densitet CaO (smältpunkt 2613 grader) och CaS (smältpunkt 2450 grader). Dessa föreningar flyter till ytan av det smälta järnet som inneslutningar och avlägsnas, vilket minskar innehållet av gaser (H2, N2) och skadliga föroreningar, och renar sålunda det smälta järnet.
Inokulerings- och förfiningsmekanismen:Si är det grafiterande kärnelementet i gjutjärn och kan hämma bildningen av vitt järn (Fe₃C). Samtidigt kan de små partiklarna i kiselkalciumlegeringen (såsom CaO-SiO₂-kompositfasen) fungera som en katalysator för grafitkristallisation. "Heterogen kärnbildningskärna" förfinar grafitkorn och matrisstruktur, vilket optimerar mikrostrukturen hos gjutjärn.
Effekten av kiselkalciumlegering på förbättring av flytbarheten hos gjutjärn
Gjutjärnets flytbarhet avgör direkt formningskvaliteten hos komplexa gjutgods (som tunn-väggiga ventilkroppar och precisionsväxlar). SiCa-legering förbättrar fluiditeten genom två huvudvägar:
Minska ytspänningen och viskositeten hos smält järn:
Experimentella data visar att tillsats av 0,2 %-0,5 % kisel-kalciumlegering (storlek 10-30 mm) till grått gjutjärn kan minska ytspänningen hos smält järn från 1,8 N/m till 1,5-1,6 N/m (en minskning med 10 %-15 %), och minska vätskegraden med cirka 20 %. 15%-20%, vilket säkerställer integriteten hos komplexa hålrumsgjutgods och reducerar defekter som "ofullständig fyllning" och "kalla stängningar";
Optimera smältpunkten och inklusionsmorfologin för smält järn:
Si kan sänka den eutektiska temperaturen för gjutjärn (från 1153 grader till 1140-1145 grader), vilket förlänger vätskehållningstiden för smält järn; Ca kan mjuka upp skarpa inneslutningar i smält järn. Al2O3-inneslutningar omvandlas till sfäriska CaO-Al2O3-SiO2-kompositinneslutningar, vilket minskar motståndet mot flödet av smält järn.
Typisk tillämpning:
Vid tillverkning av tunna -väggiga grå gjutjärnsdelar med en väggtjocklek på 3-5 mm ökar tillsatsen av ett kisel-kalcium-ympmedel gjutningsutbytet från 75 % till över 92 % och förbättrar formningseffektiviteten med 30 %.
Optimering av de mekaniska egenskaperna hos gjutjärn med kalcium-kisellegering
| Typ av gjutjärn | Kiselkalciumtillsatsmängd | Öka draghållfastheten | Hårdhet (HB) Ökning | Slagseghet ökar | Grundläggande arbetsprincip |
|---|---|---|---|---|---|
| Grått gjutjärn | 0.3%-0.6% | 10%-18% | 8%-12% | 20%-30% | Förfinar flinggrafit, vilket minskar dess skäreffekt på matrisen. |
| Duktilt gjutjärn | 0,4%-0,8%(Används tillsammans med sfäroidiserande medel) | 15%-25% | 10%-15% | 25%-40% | Främjar sfäroidisering av grafit (ökar sfäroidiseringshastighet från 80 % till över 95 %), vilket optimerar förhållandet ferrit/perlit. |
| Mallocaterit Gjutjärn | 0.2%-0.4% | 8%-15% | 5%-10% | 30%-50% | Dämpar bildning av vitt järn och förfinar perlitkorn. |
Optimering av gjutjärnsgjutkvalitet genom kalcium-kisellegering
Minskning av porositet och krympningsdefekter
Porositetskontroll:
De deoxiderande och avsvavlande effekterna av kalciumkisellegering kan minska syrehalten i smält järn från 80-100 ppm till 30-50 ppm och vätehalten från 5-8 ppm till 2-3 ppm, vilket minskar porositeten hos gjutjärnsdelar från 8%-12% till 3%-30% (en minskning med 50% %).
Krympkontroll:
Den inokulerande effekten av kalcium-kisellegering främjar utsöndring av grafit. Volymexpansionen under grafitkristallisation (cirka 2%) kan kompensera för stelningskrympningen av smält järn, vilket minskar "koncentrerade krymphåligheter" och "spridd krympningsporositet", vilket är särskilt lämpligt för tjockväggiga gjutgods (som cylinderblock av gjutjärn).
Förbättring av ytkvaliteten på gjutgods
Raffinering av ytkorn:
Kalciumkisel förfinar ytkornen på gjutgods, vilket minskar ytråheten (Ra) från 6,3 μm till 3,2-1,6 μm, vilket minskar efterföljande bearbetning och sänker bearbetningskostnaderna.
Undertrycka ytdefekter:
Ca kan bilda en tät CaO-SiO₂-oxidfilm på gjutytan, vilket förhindrar det smälta järnet från att reagera med gjutsanden för att bilda "sandvidhäftning", samtidigt som det minskar ytoxidbeläggningen och förbättrar kvalificeringsgraden för gjutningens utseende.
Nyckelpunkter och urvalsrekommendationer för användning av kalcium-kisellegering
Processkontroll
Storleksval:
For large castings (>50 kg),10-50 mm blockig kalciumkisellegeringär lämplig för att säkerställa enhetlig reaktion; för små precisionsgjutgods är 5-15 mm granulär kalcium-kisellegering lämplig för att påskynda upplösningen;
Tidpunkt för tillägg:
För segjärn bör kalcium-kisellegering tillsättas 30-60 sekunder efter att sfäroidiseringsmedlet tillsatts för att undvika för tidig reaktion mellan Ca och sfäroidiseringsmedlet (som Mg); för grått gjutjärn kan det tillsättas 1-2 minuter före tappning för att förbättra ympningseffekten;
Beloppskontroll:
Undvik överdriven tillsats (t.ex. överstigande 1,0%), annars kommer hårda och spröda faser som CaC2 att genereras, vilket leder till en minskning av gjutjärnets seghet.
Betygsurval
Vanligt grått gjutjärn:
Välj Ca20-Si60-typ kisel-kalciumlegering (Ca-halt 20%-25%) för att balansera kostnad och effekt;
Hög- segjärn (som vindkraftsflänsar): Välj Ca30-Si65-typ kisel-kalciumlegering (Ca-halt 28 %-35 %) för att säkerställa sfäroidiseringshastighet och renhet;
Precisionsgjutgods med tunn-vägg:
Välj låg-aluminiumkisel-kalciumlegering (Al Mindre än eller lika med 1%) för att undvika inneslutningar som bildas av Al som påverkar fluiditeten.
