Κράματα πυριτίου ασβεστίου, σιδηροδρομικό πυρίτιο,κράματα βαρίου πυριτίουείναι τρία συχνά χρησιμοποιούμενα εμβόλια στην παραγωγή χυτοσιδήρου. Η βασική τους λειτουργία είναι να βελτιώσουν τη μορφολογία του γραφίτη και να βελτιώσουν το μέγεθος των κόκκων προσθέτοντας συγκεκριμένα στοιχεία στον τετηγμένο σίδηρο, ενισχύοντας έτσι τις μηχανικές ιδιότητες (όπως η αντοχή και η σκληρότητα) και η επεξεργασία του χυτοσιδήρου.
Σύγκριση των βασικών συστατικών και μηχανισμών εμβολιασμού
Η απόδοση ενός εμβολιασμού καθορίζεται ουσιαστικά από τα βασικά του στοιχεία. Οι μηχανισμοί δράσης διαφορετικών στοιχείων επηρεάζουν άμεσα το αποτέλεσμα του εμβολιασμού. Οι διαφορές στα βασικά συστατικά και οι μηχανισμοί των τριών εμβολιαστικών εμφανίζονται στον παρακάτω πίνακα:
| Εμβολιαστικός τύπος | Κύρια συστατικά | Βασικά στοιχεία του εμβολιασμού | Βασικός μηχανισμός εμβολιασμού |
| Κράμα πυριτίου ferro | FE (Matrix), SI (70%-85%), ελάχιστες ακαθαρσίες |
Σι |
1. Η συμπλήρωση του Si στο τετηγμένο σιδήρου μειώνει το ισοδύναμο άνθρακα και αναστέλλει τον σχηματισμό λευκού χυτοσίδηρου (Cementite). 2. Το SI προάγει την πυρήνωση του γραφίτη και βελτιώνει τα σωματίδια γραφίτη (π.χ. ο γραφίτης του νιφάδου γίνεται λεπτότερος και πιο ομοιόμορφα κατανεμημένος). |
| Κράμα πυριτίου ασβεστίου | SI (50%-65%), CA (20%-35%), FE (ισορροπία) |
Si + Ca |
1. Το SI διαδραματίζει θεμελιώδη ρόλο στον εμβολιασμό και την αναστολή του λευκού χυτοσιδήρου. 2. Το Ca είναι ένα ισχυρό στοιχείο αποξείδωσης/αποκοπής, αφαιρώντας επιβλαβείς ακαθαρσίες όπως O και S από το τετηγμένο σίδηρο (μειώνοντας την αντίσταση των ακαθαρσιών στην πυρήνωση του γραφίτη). 3. Οι CaO και CAS, που σχηματίζονται από την αντίδραση των Ca με Ο και S, χρησιμεύουν ως πυρήνες ετερογενών πυρήνων, αυξάνοντας σημαντικά τον ρυθμό πυρήνωσης γραφίτη και επιτυγχάνοντας τη βελτίωση των κόκκων ανώτερη από το καθαρό φερροσυλικόνα. |
| Κράμα πυριτίου βαρίου | SI (50%-70%), BA (10%-25%), FE (ισορροπία) |
SI + BA |
1. Το SI παρέχει ένα θεμέλιο για τη γραφιοποίηση. 2. Η ικανότητα αποξείδωσης της Ba είναι ελαφρώς ασθενέστερη από την CA, αλλά η ικανότητα γραφιτισμού της είναι ισχυρότερη, προωθώντας τον μετασχηματισμό του γραφίτη από τις νιφάδες σε πλέγματα (σε όλκιμο σίδερο και εύπλαστο χυτοσίδηρο). 3. Το BA μειώνει το ιξώδες του τετηγμένου σιδήρου, βελτιώνει την ομοιομορφία κατανομής γραφίτη και μειώνει ελαττώματα όπως οι κοιλότητες συρρίκνωσης και το πορώδες σε χύτευση. |
Σύγκριση των βασικών σεναρίων απόδοσης και εφαρμογών
Οι διαφορές απόδοσης μεταξύ των διαφορετικών εμβολιαστικών καθορίζουν τους ισχύοντες τύπους χυτοσίδηρων (γκρι σίδηρο, όρμο σίδηρο, εύπλαστο σίδερο κ.λπ.) και απαιτήσεις χύτευσης (όπως υψηλή αντοχή, λεπτό - με τοίχωμα και παχιά {{2} τείχη). Μια συγκεκριμένη σύγκριση έχει ως εξής:
| Διαστάσεις σύγκρισης |
Κράμα πυριτίου ferro
|
Κράμα πυριτίου ασβεστίου
|
Κράμα πυριτίου βαρίου
|
| Φωτογραφία |
 |
 |
 |
| Δύναμη εφέ | Αδύναμο - μέσο (βασικός εμβολιασμός, σταθερό αλλά ήπιο αποτέλεσμα) | Ισχυρό (σύνθετος ενοφθαλμισμός, σημαντική βελτίωση σιτηρών και καταστολή λευκού χυτοσιδήρου) | Μεσαίο - ισχυρό (εξαιρετική γραφιοποίηση, ενώ παράλληλα επιτυγχάνεται βελτίωση των σιτηρών) |
| Βελτίωση μορφολογίας γραφίτη | Εξυπηρετεί κυρίως τον γραφίτη Flake, με περιορισμένη προσαρμογή μορφολογίας | Λεπτό γραφίτη (νιφάδες/κροκίδες), μειώνοντας τον "χονδροειδές γραφίτη" | Βελτιώνει σημαντικά τη μορφολογία του γραφίτη, προωθώντας τον σχηματισμό κροκίδων/σφαιροειδούς γραφίτη (ειδικά κατάλληλο για όρμο σίδερο) |
| Καταστολή λευκής χύτευσης | Μεσαίο (βασίζεται αποκλειστικά σε Si, επιρρεπής σε λευκό χυτοσίδηρο σε λεπτό - με τοίχωμα) | Ισχυρό (η CA αφαιρεί τις επιβλαβείς ακαθαρσίες, μειώνοντας τον κίνδυνο λευκού χυτοσίδηρο σε λεπτό - με τοίχωμα μέρη) | Σχετικά ισχυρή (BA βοηθά τη γραφιτισμό, καταστέλλει το λευκό χυτοσίδηρο καλύτερα από το Ferrosilicon) |
| Συμβατότητα τύπου χύτευσης | 1. 2. Πάχος - τοίχο με χαμηλές απαιτήσεις απόδοσης |
1. Υψηλή - δύναμη γκρι χυτοσίδηρο (όπως μπλοκ κινητήρα); 2. Λεπτό - τοίχο γκρι χυτοσίδηρο (όπως οι κεφαλές κυλίνδρων αυτοκινήτων). 3. Λίγη χυτοσίδηρο (απαιτώντας βελτίωση σιτηρών) |
1. Όμημα σίδηρος (όπως στροφαλοφόροι άξονες και τροχοί αυτοκινήτων). 2. Υψηλή - δύναμη εύπλαστο χυτοσίδηρο; 3. Χύτευση που απαιτούν υψηλή μορφολογία γραφίτη |
| Έλεγχος ελαττωμάτων | Γενικά (επιρρεπής σε συρρίκνωση λόγω χονδροειδούς γραφίτη) | Καλό (η βελτίωση του γραφίτη μειώνει τη συρρίκνωση, η CA βελτιώνει τη ρευστότητα του τετηγμένου σιδήρου) | Εξαιρετική (BA μειώνει το ιξώδες του τετηγμένου σιδήρου, την ελαχιστοποίηση των κοιλοτήτων συρρίκνωσης και των εγκλεισμάτων σκωρίας, καθιστώντας το ιδιαίτερα κατάλληλο για σύνθετα δομικά μέρη) |
Περίληψη συστάσεων επιλογής
Με βάση την παραπάνω σύγκριση, στην πραγματική παραγωγή, οι ακόλουθες αρχές πρέπει να ακολουθηθούν κατά την επιλογή ενός εμβολιασμού:
Σενάρια όπου προτιμάται το Ferrosilicon (FESI):
Παραγωγή συνηθισμένου γκρίζου χυτοσιδήρου (όπως χαμηλές - φορτίες και γεωργικά μέρη μηχανημάτων) με χαμηλές απαιτήσεις για τη μορφολογία αντοχής και γραφίτη.
Χυτά με απλή δομή, ομοιόμορφο πάχος τοιχώματος και χωρίς λεπτή - περιφραγμένες περιοχές που είναι επιρρεπείς σε λευκό cast.
Αναζητώντας τη σταθερότητα χαμηλού κόστους και διαδικασίας χωρίς σύνθετο έλεγχο του εμβολιασμού.
Σενάρια όπου προτιμώνται τα κράματα πυριτίου ασβεστίου:
Παραγωγή υψηλής - αντοχή γκρι χυτοσίδηρο (όπως μπλοκ κινητήρα και υψηλές βαλβίδες πίεσης - που απαιτούν βελτιωμένη αντοχή εφελκυσμού.
Χύτευση με λεπτές περιοχές- με τοίχωμα (όπως κεφαλές κυλίνδρων αυτοκινήτων) που απαιτούν ισχυρή καταστολή λευκών χυτών.
Υψηλή περιεκτικότητα Ο και S στον τετηγμένο σιδήρου που απαιτεί ταυτόχρονη αποξείδωση και αποταμίευση για τη βελτίωση της απόδοσης του εμβολιασμού.
Το κράμα βαρίου πυριτίου (κράμα Fesiba) προτιμάται στα ακόλουθα σενάρια:
Η παραγωγή όλκιμου σιδήρου ή εύπλαστου χυτοσιδήρου απαιτεί αυστηρό έλεγχο της μορφολογίας γραφίτη (κροκίδωση/σφαιρικότητα).
Τα χυτά με πολύπλοκες δομές (όπως οι στροφαλοφόροι άξονες και τα κιβώτια ταχυτήτων) είναι επιρρεπείς σε κοιλότητες συρρίκνωσης και εγκλείσματα σκωρίας.
Υψηλή - Τιμή - Προστιθέμενα χύτευση απαιτούν υψηλότερο κόστος σε αντάλλαγμα για εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες (όπως ορκοκινητής σιδήρου με αντοχή εφελκυσμού μεγαλύτερη ή ίση με 600 MPa).
