Aleaciones de calcio y silicio (CaSi)normalmente contienen entre un 20% y un 35% de Ca y entre un 55% y un 75% de Si, y el resto son trazas de impurezas (como Al inferior o igual al 2%, Fe inferior o igual al 5%). El núcleo de su capacidad para mejorar el rendimiento del hierro fundido reside en el efecto sinérgico de un mecanismo dual: "desoxidación y desulfuración + inoculación y refinamiento".
El mecanismo de purificación del hierro fundido:Después de agregar hierro fundido, el Ca reacciona preferentemente con O y S para formar CaO de alto{0}}punto de fusión-, de baja-densidad (punto de fusión 2613 grados) y CaS (punto de fusión 2450 grados). Estos compuestos flotan en la superficie del hierro fundido en forma de inclusiones y se eliminan, reduciendo el contenido de gases (H₂, N₂) e impurezas nocivas, purificando así el hierro fundido.
El mecanismo de inoculación y refinamiento:El Si es el elemento grafitizante central del hierro fundido y puede inhibir la formación de hierro blanco (Fe₃C). Al mismo tiempo, las pequeñas partículas de la aleación de silicio y calcio (como la fase compuesta CaO-SiO₂) pueden actuar como catalizador para la cristalización del grafito. El "núcleo de nucleación heterogéneo" refina los granos de grafito y la estructura de la matriz, optimizando la microestructura del hierro fundido.
El efecto de la aleación de silicio y calcio para mejorar la fluidez del hierro fundido
La fluidez del hierro fundido determina directamente la calidad de formación de piezas fundidas complejas (como cuerpos de válvulas de paredes delgadas-y engranajes de precisión). La aleación de SiCa mejora la fluidez a través de dos vías principales:
Reducir la tensión superficial y la viscosidad del hierro fundido:
Los datos experimentales muestran que agregar 0,2%-0,5% de aleación de silicio y calcio (tamaño 10-30 mm) al hierro fundido gris puede reducir la tensión superficial del hierro fundido de 1,8 N/m a 1,5-1,6 N/m (una reducción del 10 %-15 %), reducir la viscosidad en aproximadamente un 20 % y mejorar la fluidez en un 15 %-20 %, lo que garantiza la integridad de piezas fundidas con cavidades complejas y reduce los defectos. como "llenado incompleto" y "cerraduras frías";
Optimización del punto de fusión y la morfología de inclusión del hierro fundido:
El Si puede reducir la temperatura eutéctica del hierro fundido (de 1153 grados a 1140-1145 grados), prolongando el tiempo de retención del líquido del hierro fundido; El Ca puede ablandar las inclusiones afiladas en el hierro fundido. Las inclusiones de Al₂O₃ se transforman en inclusiones compuestas esféricas de CaO-Al₂O₃-SiO₂, lo que reduce la resistencia al flujo de hierro fundido.
Aplicación típica:
Al producir piezas de hierro fundido gris de paredes delgadas-con un espesor de pared de 3-5 mm, la adición de un inoculante de silicio y calcio aumenta el rendimiento de la fundición del 75 % a más del 92 % y mejora la eficiencia del moldeo en un 30 %.
Optimización de las propiedades mecánicas del hierro fundido mediante aleación de calcio-silicio
| Tipo de hierro fundido | Cantidad de adición de calcio y silicio | Aumento de la resistencia a la tracción | Aumento de dureza (HB) | Aumento de la dureza del impacto | Principio de funcionamiento básico |
|---|---|---|---|---|---|
| Hierro fundido gris | 0.3%-0.6% | 10%-18% | 8%-12% | 20%-30% | Refina el grafito en escamas, reduciendo su efecto cortante en la matriz. |
| Hierro fundido dúctil | 0,4%-0,8% (uso junto con agentes esferoidizantes) | 15%-25% | 10%-15% | 25%-40% | Promueve la esferoidización del grafito (aumentando la tasa de esferoidización del 80% a más del 95%), optimizando la relación ferrita/perlita. |
| Hierro fundido de malocaterita | 0.2%-0.4% | 8%-15% | 5%-10% | 30%-50% | Suprime la formación de hierro blanco y refina los granos de perlita. |
Optimización de la calidad de la fundición de hierro fundido mediante aleación de calcio-silicio
Reducción de Defectos de Porosidad y Contracción
Control de porosidad:
Los efectos desoxidantes y desulfurantes de la aleación de calcio y silicio pueden reducir el contenido de oxígeno en el hierro fundido de 80-100 ppm a 30-50 ppm y el contenido de hidrógeno de 5-8 ppm a 2-3 ppm, reduciendo así la porosidad de las piezas de hierro fundido de 8% -12% a 3%-6% (una reducción de 30%-50%).
Control de contracción:
El efecto de inoculación de la aleación de calcio-silicio promueve la exudación de grafito. La expansión del volumen durante la cristalización del grafito (aproximadamente 2%) puede compensar la contracción por solidificación del hierro fundido, reduciendo las "cavidades de contracción concentradas" y la "porosidad de contracción dispersa", que es especialmente adecuada para piezas fundidas de paredes gruesas- (como bloques de cilindros de hierro fundido).
Mejora de la calidad superficial de las piezas fundidas
Refinación del grano superficial:
El calcio silicio refina el grano superficial de las piezas fundidas, reduciendo la rugosidad de la superficie (Ra) de 6,3 μm a 3,2-1,6 μm, reduciendo así el mecanizado posterior y disminuyendo los costos de procesamiento.
Supresión de defectos superficiales:
El Ca puede formar una densa película de óxido de CaO-SiO₂ sobre la superficie de la fundición, lo que evita que el hierro fundido reaccione con la arena de moldeo para formar "adhesión de arena", al tiempo que reduce las incrustaciones de óxido de la superficie y mejora la tasa de calificación de la apariencia de la fundición.
Puntos clave y recomendaciones de selección para el uso de aleación de calcio-silicona
Control de procesos
Selección de tamaño:
For large castings (>50 kg),Aleación de silicio calcio en bloques de 10-50 mmes adecuado para asegurar una reacción uniforme; para piezas fundidas de precisión pequeñas, una aleación granular de calcio y silicio de 5-15 mm es adecuada para acelerar la disolución;
Momento de la adición:
Para el hierro dúctil, se debe agregar una aleación de calcio-silicio entre 30 y 60 segundos después de agregar el agente esferoidizante para evitar una reacción prematura entre el Ca y el agente esferoidizante (como el Mg); para hierro fundido gris, se puede agregar 1-2 minutos antes del golpeteo para mejorar el efecto de inoculación;
Control de cantidad:
Evite la adición excesiva (p. ej., superior al 1,0 %), de lo contrario se generarán fases duras y quebradizas como CaC₂, lo que provocará una disminución de la tenacidad del hierro fundido.
Selección de grado
Fundición gris ordinaria:
Seleccione una aleación de silicio y calcio tipo Ca20-Si60 (contenido de Ca entre 20% y 25%) para equilibrar costo y efecto;
Hierro dúctil-de alta gama (como bridas para energía eólica): seleccione una aleación de silicio y calcio tipo Ca30-Si65 (contenido de Ca entre 28 % y 35 %) para garantizar la tasa de esferoidización y la pureza;
Piezas fundidas de precisión de paredes delgadas-:
Seleccione una aleación baja en -aluminio, silicio-calcio (Al inferior o igual al 1 %) para evitar que las inclusiones formadas por Al afecten a la fluidez.
