Alliages calcium-silicium (CaSi)contiennent généralement 20 à 35 % de Ca et 55 à 75 % de Si, le reste étant constitué de traces d'impuretés (telles que Al inférieur ou égal à 2 %, Fe inférieur ou égal à 5 %). Le cœur de leur capacité à améliorer les performances de la fonte réside dans l’effet synergique d’un double mécanisme : « désoxydation et désulfuration + inoculation et affinage ».
Le mécanisme de purification du fer fondu :Après avoir ajouté du fer fondu, le Ca réagit préférentiellement avec O et S pour former du CaO à -point de fusion-de faible-densité (point de fusion de 2 613 degrés) et du CaS (point de fusion de 2 450 degrés). Ces composés flottent à la surface du fer fondu sous forme d'inclusions et sont éliminés, réduisant ainsi la teneur en gaz (H₂, N₂) et en impuretés nocives, purifiant ainsi le fer fondu.
Le mécanisme d’inoculation et de raffinement :Le Si est l'élément graphitisant central de la fonte et peut inhiber la formation de fer blanc (Fe₃C). Simultanément, les minuscules particules de l'alliage silicium-calcium (telles que la phase composite CaO-SiO₂) peuvent agir comme un catalyseur pour la cristallisation du graphite. Le « noyau de nucléation hétérogène » affine les grains de graphite et la structure matricielle, optimisant ainsi la microstructure de la fonte.
L'effet de l'alliage silicium-calcium sur l'amélioration de la fluidité de la fonte
La fluidité de la fonte détermine directement la qualité de formage des pièces moulées complexes (telles que les corps de vannes à paroi mince- et les engrenages de précision). L'alliage SiCa améliore la fluidité de deux manières principales :
Réduire la tension superficielle et la viscosité du fer en fusion :
Les données expérimentales montrent que l'ajout de 0,2 %-0,5 % d'alliage silicium-calcium (taille 10-30 mm) à la fonte grise peut réduire la tension superficielle de la fonte en fusion de 1,8 N/m à 1,5-1,6N/m (une réduction de 10 à 15 %), réduire la viscosité d'environ 20 % et améliorer la fluidité de 15 à 20 %, garantissant ainsi l'intégrité des pièces moulées à cavités complexes et réduisant les défauts tels que comme "remplissage incomplet" et "arrêts à froid" ;
Optimisation du point de fusion et de la morphologie des inclusions du fer en fusion :
Si peut abaisser la température eutectique de la fonte (de 1153 degrés à 1140-1145 degrés), prolongeant le temps de maintien du liquide du fer en fusion ; Le Ca peut ramollir les inclusions pointues du fer en fusion. Les inclusions Al₂O₃ sont transformées en inclusions composites sphériques CaO-Al₂O₃-SiO₂, réduisant ainsi la résistance à l'écoulement du fer en fusion.
Application typique :
Lors de la production de pièces en fonte grise à paroi mince-avec une épaisseur de paroi de 3-5 mm, l'ajout d'un inoculant silicium-calcium augmente le rendement de coulée de 75 % à plus de 92 % et améliore l'efficacité du moulage de 30 %.
Optimisation des propriétés mécaniques de la fonte par un alliage de calcium-silicium
| Type en fonte | Quantité ajoutée de silicium et de calcium | Augmentation de la résistance à la traction | Augmentation de la dureté (HB) | Augmentation de la résistance aux chocs | Principe de fonctionnement de base |
|---|---|---|---|---|---|
| Fonte grise | 0.3%-0.6% | 10%-18% | 8%-12% | 20%-30% | Affine le graphite en paillettes, réduisant son effet de coupe sur la matrice. |
| Fonte ductile | 0,4 % à 0,8 % (à utiliser en conjonction avec des agents sphéroïdisants) | 15%-25% | 10%-15% | 25%-40% | Favorise la sphéroïdisation du graphite (augmentation du taux de sphéroïdisation de 80 % à plus de 95 %), en optimisant le rapport ferrite/perlite. |
| Fonte mallocatéritique | 0.2%-0.4% | 8%-15% | 5%-10% | 30%-50% | Supprime la formation de fer blanc et affine les grains de perlite. |
Optimisation de la qualité de la fonte par un alliage de calcium-silicium
Réduction des défauts de porosité et de retrait
Contrôle de la porosité :
Les effets désoxydants et désulfurants de l'alliage calcium-silicium peuvent réduire la teneur en oxygène du fer fondu de 80 à 100 ppm à 30 à 50 ppm et la teneur en hydrogène de 5 à 8 ppm à 2 à 3 ppm, réduisant ainsi la porosité des pièces en fonte de 8 % à 12 % à 3 % à 6 % (une réduction de 30 % à 50 %).
Contrôle du retrait :
L'effet inoculant de l'alliage calcium-silicium favorise l'exsudation du graphite. L'expansion volumique pendant la cristallisation du graphite (environ 2 %) peut compenser le retrait de solidification du fer fondu, réduisant ainsi les « cavités de retrait concentrées » et la « porosité de retrait dispersée », ce qui est particulièrement adapté aux pièces moulées à parois épaisses (telles que les blocs-cylindres en fonte).
Améliorer la qualité de surface des pièces moulées
Affinage du grain de surface :
Le silicium calcique affine le grain de surface des pièces moulées, réduisant la rugosité de surface (Ra) de 6,3 μm à 3,2-1,6 μm, réduisant ainsi l'usinage ultérieur et les coûts de traitement.
Suppression des défauts de surface :
Le Ca peut former un film dense d'oxyde de CaO-SiO₂ sur la surface de coulée, empêchant le fer fondu de réagir avec le sable de moulage pour former une « adhérence du sable », tout en réduisant également le tartre d'oxyde de surface et en améliorant le taux de qualification de l'apparence de la coulée.
Points clés et recommandations de sélection pour l'utilisation de l'alliage de calcium-silicium
Contrôle des processus
Sélection de taille :
For large castings (>50 kg),Alliage de calcium et de silicium en blocs de 10 à 50 mmest adapté pour assurer une réaction uniforme ; pour les petites pièces moulées de précision, un alliage calcium-silicium granulaire de 5-15 mm convient pour accélérer la dissolution ;
Moment d’ajout :
Pour la fonte ductile, un alliage calcium-silicium doit être ajouté 30 à 60 secondes après l'ajout de l'agent sphéroïdisant pour éviter une réaction prématurée entre le Ca et l'agent sphéroïdisant (tel que Mg) ; pour la fonte grise, il peut être ajouté 1 à 2 minutes avant le taraudage pour améliorer l'effet d'inoculation ;
Contrôle du montant :
Évitez les ajouts excessifs (par exemple dépassant 1,0 %), sinon des phases dures et cassantes telles que CaC₂ seront générées, entraînant une diminution de la ténacité de la fonte.
Sélection des notes
Fonte grise ordinaire :
Sélectionnez un alliage silicium-calcium de type Ca20-Si60 (teneur en Ca de 20 % à 25 %) pour équilibrer le coût et l'effet ;
Fonte ductile haut de gamme (telle que les brides d'énergie éolienne) : sélectionnez un alliage silicium-calcium de type Ca30-Si65 (teneur en Ca de 28 % à 35 %) pour garantir le taux de sphéroïdisation et la pureté ;
Moulages de précision à parois minces :
Sélectionnez un alliage à faible teneur en -aluminium silicium-calcium (Al inférieur ou égal à 1 %) pour éviter les inclusions formées par Al affectant la fluidité.
