Alliages ferro-silicium-magnésiumsont des alliages composites avec du fer (Fe), du silicium (Si) et du magnésium (Mg) comme composants principaux. Certaines qualités contiennent des éléments de terres rares (comme Ce et La). Leurs propriétés principales soutiennent leur multifonctionnalité :
Gamme de composition :Si 40 % à 50 %, Mg 5 % à 10 %, équilibre Fe, teneur en terres rares 0,1 % à 1,0 % (facultatif), impuretés S inférieure ou égale à 0,05 %, P inférieure ou égale à 0,04 % ;
Propriétés physiques :Point de fusion 1 100-1 200 degrés, densité 6,8-7,0 g/cm³, sous forme de blocs ou de granulés (taille 5-30 mm), facilement cassables et hautement chimiquement actifs à haute température ;
Principaux avantages :L'effet synergique du silicium et du magnésium fournit de multiples fonctions, notamment la désoxydation, la désulfuration et le raffinement des grains, ce qui le rend plus efficace et moins coûteux que les additifs simples.
Principaux avantages d'application des alliages FeSiMg en métallurgie
(1) Désoxydation à haute-efficacité : améliore la pureté du métal et réduit les défauts
Mécanisme d'action :
Le silicium et le magnésium ont tous deux une forte activité désoxydante. Ils réagissent avec FeO dans l'acier fondu (Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe ; Mg + FeO → MgO + Fe). Les SiO₂ et MgO résultants ont des densités bien inférieures à celles de l'acier fondu, ce qui les rend faciles à flotter et à être éliminés avec les scories. De plus, MgO peut former un laitier composite à bas-point de fusion- (point de fusion autour de 1 300 degrés) avec SiO₂, améliorant ainsi la capacité d'adsorption des inclusions.
Effet quantitatif :
Lorsque la quantité ajoutée est de 0,2 à 0,5 % de la masse d'acier fondu, la teneur en oxygène de l'acier fondu peut être réduite de 80 à 100 ppm à 30 à 40 ppm, avec une efficacité de désoxydation de 25 à 30 % supérieure à celle du ferrosilicium seul.
Applications appropriées :
Pré-désoxydation ou désoxydation finale dans la fabrication de l'acier avec convertisseur et four à arc électrique, particulièrement adaptée à la production d'acier de construction et d'acier allié de haute-qualité.
(2) Désulfuration profonde : réduire le risque de fragilité du métal à chaud
Mécanisme d'action :
Le magnésium a une forte affinité pour le soufre, réagissant pour former du MgS stable, insoluble dans l'acier en fusion et facilement éliminé par sédimentation des scories ; les éléments de terres rares (tels que Ce) peuvent contribuer à la désulfuration, générant du Ce₂S₃, améliorant encore l'efficacité de la désulfuration.
Effet quantitatif :
Lorsque la quantité ajoutée est de 0,3 % à 0,6 %, la teneur en soufre de l'acier fondu peut être réduite de 0,05 % à moins de 0,01 %, avec un taux de désulfuration supérieur à 80 % ; dans la production de fonte ductile, la teneur en soufre après désulfuration est inférieure ou égale à 0,02 %, ce qui peut éviter l'effet inhibiteur du soufre sur la sphéroïdisation du graphite.
Valeur fondamentale :
Réduire la fragilité à chaud de l'acier, améliorer les performances de soudage et la plasticité du traitement, et prolonger la durée de vie des composants métalliques.
(3) Alliage de précision : optimisation des propriétés mécaniques des métaux
Mécanisme de renforcement synergique :
Le silicium se dissout dans le réseau de fer, provoquant une distorsion du réseau et améliorant la résistance et la dureté ; le magnésium affine les grains (la taille des grains diminue de 60 μm à 30-40 μm), améliorant ainsi la ténacité et la plasticité ; les éléments de terres rares purifient les joints de grains, améliorant encore la résistance à la corrosion et à la fatigue.
Effets d'application de différents métaux :
Acier à faible-alliage à haute-résistance :L'ajout de 0,4 %-0,8 % d'alliage silicium-magnésium augmente la résistance à la traction de 15 à 20 %, la limite d'élasticité de 10 à 15 % et l'allongement reste supérieur ou égal à 20 % ;
Acier-résistant à la chaleur :Le silicium et le magnésium améliorent de manière synergique la stabilité à haute-température ; à 600 degrés, la rétention de résistance augmente de 70 % à plus de 85 %, adaptée aux composants de chaudières et de fours ;
Acier-résistant à l'usure :L'alliage silicium-ferro-magnésium forme des phases à points durs (telles que Mg₂Si) dans la structure métallique, améliorant la résistance à l'usure de 30 %-40 %, adaptée aux pièces mécaniques résistantes à l'usure.
(4) Inoculation à haute-efficacité : amélioration de la microstructure et des propriétés des pièces moulées
Mécanisme d'action :
Dans la fonte, l'alliage ferro silicium-magnésium, en tant qu'inoculant, favorise la précipitation de la graphitisation, affine les grains de graphite (le diamètre du sphéroïde de graphite diminue de 50 μm à 20-30 μm), optimise la morphologie du graphite (des flocons aux fines sphéroïdes/structures en forme de ver) et réduit la tendance à la formation de fonte blanche.
Effet quantitatif :
Dans la production de fonte ductile, la quantité ajoutée est de 0,8 %-1,2 % de la masse de fonte fondue, le taux de sphéroïdisation du graphite peut atteindre plus de 90 %, la résistance à la traction passe de 300 MPa à plus de 450 MPa et la résistance aux chocs augmente de 50 à 70 % ; le taux de rebut des pièces moulées de forme complexe (comme les blocs moteurs) diminue de 10 % à moins de 3 %.
Scénarios d'application appropriés :
Fonderie de fonte grise et de fonte ductile, particulièrement adaptée à la production de pièces moulées de précision et de pièces structurelles complexes.
(5) Optimisation de la fluidité fondue : amélioration de la qualité du formage fondu
Mécanisme d'action :
Les alliages de magnésium et de ferrosilicium peuvent réduire la tension superficielle de l'acier/du fer en fusion, diminuant ainsi la viscosité de la fusion de 15 à 20 % et améliorant la capacité de remplissage.
Valeur fondamentale :
Facilite le remplissage du métal fondu dans la cavité du moule, réduisant ainsi les défauts de coulée tels que le « remplissage insuffisant » et la « fermeture à froid », améliorant ainsi la précision dimensionnelle et la finition de surface des pièces moulées ; simultanément, il favorise la flottation des inclusions, améliorant encore davantage la pureté du métal.
Points de contrôle de sélection et d'utilisation des alliages de silicium-magnésium
(1) Logique de sélection : faire correspondre la note en fonction du scénario
| Scénarios d'application | Types de qualité recommandés | Exigences des composants de base (Si/Mg) | Avantages clés |
| Désoxydation et désulfuration dans la sidérurgie ordinaire | Type à faible teneur en magnésium (FeSiMg5-6) | 45%-50%/5%-6% | Coût équilibré, adapté aux nuances d'acier générales |
| Inoculation de fonte ductile pour la sphéroïdisation | Type de magnésium moyen (FeSiMg8-10) | 40%-45%/8%-10% | Bon effet de sphéroïdisation, excellente morphologie du graphite |
| Acier allié haut de gamme, pièces moulées de précision | Type de terres rares (FeSiMgRe) | 42 %-48 %/7 %-9 %, Re 0,5 % | Limites de grains purifiées pour des performances plus stables |
(2) Précautions d'utilisation
Contrôle posologique :Un ajout excessif peut facilement conduire à une fragilisation du métal (par exemple, une teneur excessive en magnésium réduit la résistance aux chocs de l'acier de plus de 20 %). Un calcul précis basé sur la performance cible est requis.
Moment d’ajout :Ajouter pendant le processus de taraudage dans la fabrication de l'acier ; ajouter 1-3 minutes avant de verser le moulage pour éviter un ajout prématuré entraînant une combustion du magnésium.
Conditions de stockage :Conserver dans un environnement sec et fermé pour éviter l'oxydation par l'humidité (l'oxydation produit un film de MgO, réduisant la réactivité). La période de stockage ne doit pas dépasser 6 mois.
