Slitiny vápníku a křemíku (CaSi)typicky obsahují 20 % až 35 % Ca a 55 % až 75 % Si, přičemž zbytek jsou stopové nečistoty (jako Al Méně než nebo rovné 2 %, Fe Méně než nebo rovné 5 %). Jádro jejich schopnosti zlepšit výkon litiny spočívá v synergickém účinku dvojího mechanismu: "deoxidace a odsíření + očkování a rafinace."
Mechanismus čištění roztaveného železa:Po přidání roztaveného železa Ca přednostně reaguje s O a S za vzniku CaO s vysokým -bodem tání-, nízké-hustoty (bod tání 2613 stupňů) a CaS (bod tání 2450 stupňů). Tyto sloučeniny plavou na povrchu roztaveného železa jako vměstky a jsou odstraněny, čímž se snižuje obsah plynů (H2, N2) a škodlivých nečistot, čímž dochází k čištění roztaveného železa.
Mechanismus očkování a zjemnění:Si je základní grafitizační prvek v litině a může inhibovat tvorbu bílého železa (Fe₃C). Současně mohou drobné částice ve slitině křemíku a vápníku (jako je kompozitní fáze CaO-SiO₂) působit jako katalyzátor pro krystalizaci grafitu. "Heterogenní nukleační jádro" zjemňuje grafitová zrna a strukturu matrice a optimalizuje mikrostrukturu litiny.
Vliv slitiny křemíku a vápníku na zlepšení tekutosti litiny
Tekutost litiny přímo určuje kvalitu tváření složitých odlitků (jako jsou tenkostěnná tělesa ventilů a přesná ozubená kola). Slitina SiCa zlepšuje tekutost dvěma hlavními cestami:
Snížení povrchového napětí a viskozity roztaveného železa:
Experimentální data ukazují, že přidání 0,2 %-0,5 % slitiny křemíku a vápníku (velikost 10–30 mm) do šedé litiny může snížit povrchové napětí roztaveného železa z 1,8 N/m na 1,5–1,6 N/m (snížení o 10 %–15 %), snížit viskozitu a zlepšit tekutost komplexu o 20 % o 20 % dutinové odlitky a snížení defektů, jako je "neúplné plnění" a "studené uzávěry";
Optimalizace bodu tání a inkluzní morfologie roztaveného železa:
Si může snížit eutektickou teplotu litiny (z 1153 stupňů na 1140-1145 stupňů), čímž se prodlouží doba zadržování roztaveného železa v kapalině; Ca může změkčit ostré vměstky v roztaveném železe. Inkluze Al₂O3 se přeměňují na kulovité kompozitní vměstky CaO-Al₂O3-SiO₂, čímž se snižuje odpor vůči proudění roztaveného železa.
Typická aplikace:
Při výrobě tenkostěnných dílů z šedé litiny s tloušťkou stěny 3-5 mm zvyšuje přidání křemíkovo-vápenatého inokulantu výtěžnost odlévání ze 75 % na více než 92 % a zlepšuje účinnost lisování o 30 %.
Optimalizace mechanických vlastností litiny pomocí vápenaté-křemíkové slitiny
| Litinový typ | Množství přídavku křemíku a vápníku | Zvýšení pevnosti v tahu | Tvrdost (HB) Zvýšení | Zvýšení houževnatosti | Základní princip práce |
|---|---|---|---|---|---|
| Šedá litina | 0.3%-0.6% | 10%-18% | 8%-12% | 20%-30% | Zušlechťuje vločkový grafit a snižuje jeho řezný účinek na matrici. |
| Tvárná litina | 0,4 %-0,8 % (používá se ve spojení se sferoidizačními činidly) | 15%-25% | 10%-15% | 25%-40% | Podporuje sféroidizaci grafitu (zvýšení míry sféroidizace z 80 % na více než 95 %) a optimalizuje poměr ferit/perlit. |
| Mallocaterit litina | 0.2%-0.4% | 8%-15% | 5%-10% | 30%-50% | Potlačuje tvorbu bílého železa a zjemňuje perlitová zrna. |
Optimalizace kvality litinového odlitku pomocí vápenaté-křemíkové slitiny
Snížení pórovitosti a smršťovacích vad
Kontrola porozity:
Dezoxidační a odsiřovací účinky slitiny vápníku a křemíku mohou snížit obsah kyslíku v roztaveném železe z 80-100 ppm na 30-50 ppm a obsah vodíku z 5-8 ppm na 2-3 ppm, čímž se sníží poréznost litinových dílů z 8%-12% na 3%-6% (snížení o 30%-50%).
Kontrola smrštění:
Očkovací účinek slitiny vápníku-křemíku podporuje vylučování grafitu. Objemová roztažnost během krystalizace grafitu (přibližně 2 %) může kompenzovat smršťování roztaveného železa při tuhnutí, snížení „koncentrovaných smršťovacích dutin“ a „rozptýlené smršťovací pórovitosti“, což je zvláště vhodné pro tlustostěnné odlitky (jako jsou litinové bloky válců).
Zlepšení kvality povrchu odlitků
Rafinace povrchové zrnitosti:
Vápník křemík zjemňuje povrchové zrno odlitků, snižuje drsnost povrchu (Ra) z 6,3 μm na 3,2-1,6 μm, čímž se snižuje následné obrábění a snižují se náklady na zpracování.
Potlačení povrchových defektů:
Ca může na povrchu odlitku vytvořit hustý film oxidu CaO{0}}SiO₂, který brání roztavenému železu reagovat s formovacím pískem za vzniku „adheze písku“ a zároveň snižuje okují povrchových oxidů a zlepšuje kvalitu vzhledu odlitku.
Klíčové body a doporučení pro výběr pro použití slitiny vápníku{0}}křemíku
Řízení procesu
Výběr velikosti:
For large castings (>50 kg),10-50mm bloková slitina vápníku a křemíkuje vhodný pro zajištění jednotné reakce; pro malé přesné odlitky je vhodná 5-15mm granulovaná slitina vápníku a křemíku k urychlení rozpouštění;
Načasování přidání:
U tvárné litiny by měla být slitina vápníku a křemíku přidána 30–60 sekund po přidání sféroidizačního činidla, aby se zabránilo předčasné reakci mezi Ca a sféroidizačním činidlem (jako je Mg); u šedé litiny jej lze přidat 1-2 minuty před poklepem pro zlepšení účinku očkování;
Kontrola množství:
Vyhněte se nadměrnému přidávání (např. překročení 1,0 %), jinak se budou generovat tvrdé a křehké fáze, jako je CaC₂, což povede ke snížení houževnatosti litiny.
Výběr třídy
Obyčejná šedá litina:
Vyberte slitinu křemíku a vápníku typu Ca20-Si60 (obsah Ca 20 %-25 %), abyste vyvážili náklady a efekt;
Tvárná litina nejvyšší třídy (jako jsou příruby pro větrnou energii): Vyberte slitinu křemíku a vápníku typu Ca30-Si65 (obsah Ca 28 %-35 %), abyste zajistili rychlost a čistotu sféroidizace;
Tenkostěnné přesné odlitky:
Vyberte slitinu vápníku s nízkým obsahem -hliníku a křemíku- (Al Méně než nebo rovno 1 %), aby se zabránilo vměstkům vytvořeným Al, které ovlivňují tekutost.
