Alliage calcium-silicium (CaSi)est un additif multifonctionnel essentiel dans la production de fonte. Grâce à quatre fonctions principales : -modification du graphite, désoxydation et purification, raffinement des grains et contrôle du soufre -, il améliore considérablement la résistance, la ténacité, l'usinabilité et la fiabilité de la fonte, ce qui la rend adaptée aux-applications haut de gamme telles que les pièces automobiles et les machines industrielles.
Propriétés physiques :Point de fusion 1250-1350 degrés, densité 2,5-2,8 g/cm³, bloc gris argenté (5-30 mm) ou poudre, le calcium se volatilise facilement à haute température, présente une forte réactivité et a une bonne compatibilité avec le fer fondu ;
Principaux avantages :L'intégration multifonctionnelle (sphéroïdisation + désoxydation + raffinage), l'ajout de 0,2 %-0,5 % par tonne de fonte peut permettre d'obtenir une amélioration multidimensionnelle des performances-, avec une rentabilité significative ;
Mécanisme de base en alliage silicium-calcium améliorant les performances de la fonte
(1) Modification du graphite : de « flocon » à « sphéroïde », la ténacité double
Mécanisme d'action :
Le silicium améliore l'activité du carbone dans le fer fondu, favorisant ainsi la nucléation du graphite ; Le calcium, en tant qu'agent sphéroïdisant, s'adsorbe à la surface des noyaux de graphite, inhibant la croissance des flocons et guidant la formation de sphéroïdes/ver-comme le graphite ;
Réaction clé :
Le calcium se combine avec le soufre et l'oxygène, éliminant ainsi leur interférence avec la sphéroïdisation du graphite, tandis que le CaC₂ généré peut servir de noyau de nucléation du graphite.
(2) Désoxydation et purification : réduction des inclusions et amélioration de la pureté.
Mécanisme d'action :
Le silicium réagit avec l'oxygène : Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe. La densité du SiO₂ généré est de 2,65 g/cm³, bien inférieure à celle du fer fondu (7,1 g/cm³), ce qui facilite la flottation et la formation de scories.
Désoxydation améliorée par le calcium :
2Ca + O₂ → 2CaO. Le calcium a une plus grande affinité pour l’oxygène que le silicium, ce qui peut éliminer les traces d’oxygène résiduel dans le fer fondu. Simultanément, il réagit avec Al₂O₃ pour former des inclusions composites à bas-point de fusion-(CaO・Al₂O₃), facilitant la séparation.
(3) Affinement du grain : affine la microstructure, équilibrant la résistance et la ténacité.
Mécanisme d'action :
De minuscules particules (telles que CaS, SiO₂) dans les alliages silicium-calcium agissent comme des sites de nucléation hétérogènes, favorisant la formation de nombreux grains fins plutôt que de quelques grains grossiers lors de la solidification de la fonte.
Renforcement des limites des grains :
Les grains raffinés augmentent le nombre de joints de grains par unité de volume, empêchant le mouvement des dislocations et dispersant les contraintes, améliorant ainsi les performances globales du matériau.
(4) Contrôle du soufre : élimine la fragilité à chaud et améliore les performances d'usinage
Mécanisme d'action :
Le calcium réagit préférentiellement avec le soufre : Ca + FeS → CaS + Fe. CaS a un point de fusion de 2450 degrés, est insoluble dans le fer fondu, précipite sous forme de particules solides et flotte jusqu'aux scories, éliminant complètement les effets nocifs du soufre.
Valeur clé :
Empêche le FeS (point de fusion 1 190 degrés) de former un réseau continu aux limites des grains, éliminant ainsi le phénomène de « fragilité à chaud ».
Points de contrôle d'utilisation clés :
Moment d’ajout :Ajouter à la fonte ductile après le traitement de sphéroïdisation et avant l'inoculation ; ajouter à la fonte grise 5 à 10 minutes avant de taper pour garantir une réaction suffisante.
Méthode d'addition :AjouterCaSi forfaitaireproduits directement ; ajouterPoudre de SiCaproduits via un inoculateur ; ajouterFil fourré CaSiproduits à l’aide d’un dévidoir (vitesse 3-5 m/s) pour éviter la perte par volatilisation du calcium.
Contrôle posologique : Excessive addition (>0.5%) will lead to excessively high cast iron hardness (HB>250), augmentant la difficulté de traitement. Un contrôle précis est nécessaire selon le type de fonte.
