Hợp kim magie silic siliclà các hợp kim tổng hợp với sắt (Fe), silicon (Si) và magie (Mg) là thành phần cốt lõi của chúng. Một số loại có chứa các nguyên tố đất hiếm (như Ce và La). Các đặc tính cốt lõi của chúng hỗ trợ tính đa chức năng của chúng:
Phạm vi thành phần:Si 40%-50%, Mg 5%-10%, Cân bằng Fe, hàm lượng đất hiếm 0,1%-1,0% (tùy chọn), tạp chất S Nhỏ hơn hoặc bằng 0,05%, P Nhỏ hơn hoặc bằng 0,04%;
Tính chất vật lý:Điểm nóng chảy 1100-1200 độ, mật độ 6,8-7,0 g/cm³, ở dạng khối hoặc dạng hạt (cỡ 5-30 mm), dễ vỡ và có hoạt tính hóa học cao ở nhiệt độ cao;
Ưu điểm cốt lõi:Tác dụng hiệp đồng của silicon và magiê cung cấp nhiều chức năng bao gồm khử oxy, khử lưu huỳnh và tinh chế ngũ cốc, làm cho nó hiệu quả hơn và chi phí thấp hơn so với các chất phụ gia đơn lẻ.
Ứng dụng cốt lõi Ưu điểm của hợp kim FeSiMg trong luyện kim
(1) Khử oxy hóa hiệu quả-cao: Cải thiện độ tinh khiết của kim loại và giảm thiểu khuyết tật
Cơ chế tác dụng:
Cả silicon và magiê đều có hoạt tính khử oxy mạnh. Chúng phản ứng với FeO trong thép nóng chảy (Si + 2FeO → SiO₂ + 2Fe; Mg + FeO → MgO + Fe). SiO₂ và MgO thu được có mật độ thấp hơn nhiều so với thép nóng chảy, khiến chúng dễ nổi và bị loại bỏ cùng với xỉ. Hơn nữa, MgO có thể tạo thành xỉ tổng hợp có điểm nóng chảy-{8}}thấp (điểm nóng chảy khoảng 1300 độ ) với SiO₂, nâng cao khả năng hấp phụ của các tạp chất.
Hiệu ứng định lượng:
Khi lượng bổ sung là 0,2% -0,5% khối lượng thép nóng chảy, hàm lượng oxy trong thép nóng chảy có thể giảm từ 80-100ppm xuống 30-40ppm, với hiệu suất khử oxy cao hơn 25% -30% so với chỉ riêng ferrosilicon.
Ứng dụng phù hợp:
Quá trình-khử oxy trước hoặc quá trình khử oxy cuối cùng trong quá trình sản xuất thép bằng lò chuyển và lò điện hồ quang, đặc biệt thích hợp để sản xuất thép kết cấu và thép hợp kim-chất lượng cao.
(2) Khử lưu huỳnh sâu: Giảm nguy cơ giòn nóng của kim loại
Cơ chế tác dụng:
Magiê có ái lực mạnh với lưu huỳnh, phản ứng tạo thành MgS ổn định, không tan trong thép nóng chảy và dễ dàng loại bỏ bằng quá trình lắng cặn; các nguyên tố đất hiếm (chẳng hạn như Ce) có thể hỗ trợ quá trình khử lưu huỳnh, tạo ra Ce₂S₃, cải thiện hơn nữa hiệu quả khử lưu huỳnh.
Hiệu ứng định lượng:
Khi lượng bổ sung là 0,3% -0,6%, hàm lượng lưu huỳnh trong thép nóng chảy có thể giảm từ 0,05% xuống dưới 0,01%, với tỷ lệ khử lưu huỳnh trên 80%; trong sản xuất sắt dễ uốn, hàm lượng lưu huỳnh sau khi khử lưu huỳnh nhỏ hơn hoặc bằng 0,02%, điều này có thể tránh được tác dụng ức chế của lưu huỳnh đối với quá trình hình cầu than chì.
Giá trị cốt lõi:
Giảm độ giòn nóng của thép, cải thiện hiệu suất hàn và độ dẻo xử lý, đồng thời kéo dài tuổi thọ của các bộ phận kim loại.
(3) Hợp kim chính xác: Tối ưu hóa tính chất cơ học của kim loại
Cơ chế tăng cường hiệp đồng:
Silicon hòa tan vào mạng sắt, gây biến dạng mạng và cải thiện độ bền và độ cứng; magie tinh chế ngũ cốc (kích thước hạt giảm từ 60μm xuống còn 30-40μm), nâng cao độ dai, dẻo; các nguyên tố đất hiếm làm sạch ranh giới hạt, tăng cường hơn nữa khả năng chống ăn mòn và chống mỏi.
Hiệu ứng ứng dụng của các kim loại khác nhau:
Thép cường độ cao-hợp kim thấp:Thêm 0,4%-0,8% hợp kim silicon-magiê làm tăng độ bền kéo lên 15%-20%, cường độ năng suất thêm 10%-15% và độ giãn dài vẫn Lớn hơn hoặc bằng 20%;
Thép chịu nhiệt-:Silicon và magiê phối hợp cải thiện độ ổn định nhiệt độ-cao; ở 600 độ, khả năng duy trì độ bền tăng từ 70% lên trên 85%, thích hợp cho các bộ phận nồi hơi và lò nung;
Thép chịu mài mòn-:Hợp kim magie Silicon Ferro tạo thành các pha điểm cứng (chẳng hạn như Mg₂Si) trong cấu trúc kim loại, cải thiện khả năng chống mài mòn thêm 30%-40%, thích hợp cho các bộ phận cơ khí chống mài mòn.
(4) Cấy mẫu hiệu quả-cao: Cải thiện cấu trúc vi mô và tính chất của vật đúc
Cơ chế tác dụng:
Trong quá trình đúc gang, hợp kim Ferro magie silic, với vai trò là chất chế phẩm, thúc đẩy quá trình kết tủa than chì hóa, tinh chế các hạt than chì (đường kính hình cầu than chì giảm từ 50μm xuống 20-30μm), tối ưu hóa hình thái than chì (từ vảy đến cấu trúc hình cầu mịn/giống sâu) và làm giảm xu hướng hình thành gang trắng.
Hiệu ứng định lượng:
Trong sản xuất sắt dẻo, lượng bổ sung là 0,8%-1,2% khối lượng sắt nóng chảy, tỷ lệ hình cầu than chì có thể đạt trên 90%, độ bền kéo tăng từ 300MPa lên trên 450MPa và độ bền va đập tăng 50%-70%; tỷ lệ phế liệu của các vật đúc có hình dạng phức tạp (như khối động cơ) giảm từ 10% xuống dưới 3%.
Các kịch bản ứng dụng phù hợp:
Đúc gang xám và gang dẻo, đặc biệt thích hợp để sản xuất các vật đúc chính xác và các bộ phận kết cấu phức tạp.
(5) Tối ưu hóa tính lỏng nóng chảy: Cải thiện chất lượng tạo hình nóng chảy
Cơ chế tác dụng:
Hợp kim Magiê Ferrosilicon có thể làm giảm sức căng bề mặt của thép/sắt nóng chảy, giảm độ nhớt nóng chảy từ 15% -20% và cải thiện khả năng làm đầy.
Giá trị cốt lõi:
Làm cho kim loại nóng chảy dễ dàng lấp đầy khoang khuôn hơn, giảm các khuyết tật đúc như "đổ không đủ" và "đóng nguội", cải thiện độ chính xác về kích thước và độ hoàn thiện bề mặt của vật đúc; đồng thời, nó thúc đẩy quá trình tuyển nổi các tạp chất, nâng cao hơn nữa độ tinh khiết của kim loại.
Các điểm kiểm soát lựa chọn và sử dụng silicon-Hợp kim magiê
(1) Logic lựa chọn: Ghép điểm theo kịch bản
| Kịch bản ứng dụng | Các loại lớp được đề xuất | Yêu cầu thành phần cốt lõi (Si/Mg) | Ưu điểm chính |
| Khử oxy và khử lưu huỳnh trong sản xuất thép thông thường | Loại magie thấp (FeSiMg5-6) | 45%-50%/5%-6% | Chi phí cân bằng, phù hợp với các loại thép thông thường |
| Cấy sắt dễ uốn để tạo hình cầu | Loại magie trung bình (FeSiMg8-10) | 40%-45%/8%-10% | Hiệu ứng hình cầu tốt, hình thái than chì tuyệt vời |
| Thép hợp kim cao cấp, đúc chính xác | Loại đất hiếm (FeSiMgRe) | 42%-48%/7%-9%, Re 0,5% | Ranh giới hạt tinh khiết cho hiệu suất ổn định hơn |
(2) Biện pháp phòng ngừa khi sử dụng
Kiểm soát liều lượng:Việc bổ sung quá mức có thể dễ dàng dẫn đến hiện tượng giòn kim loại (ví dụ, hàm lượng magiê quá mức làm giảm độ bền va đập của thép hơn 20%). Cần phải tính toán chính xác dựa trên hiệu suất mục tiêu.
Thời điểm bổ sung:Thêm vào trong quá trình khai thác trong luyện thép; thêm 1-3 phút trước khi đổ vật đúc để tránh việc bổ sung sớm dẫn đến hiện tượng cháy hết magie.
Điều kiện bảo quản:Bảo quản trong môi trường khô ráo, kín để tránh quá trình oxy hóa độ ẩm (quá trình oxy hóa tạo ra màng MgO, làm giảm khả năng phản ứng). Thời gian bảo quản không quá 6 tháng.
