Vyššia čistota nie je vždy lepšia: Prečo Silicon Metal 553 prekonáva 421 v špecifických aplikáciách odlievania

V globálnom obchode s odlievaním a metalurgiou pretrváva zaužívaná mylná predstava: vyššia-čistotakremíkový kov= lepší výkon prenášania. Mnoho zahraničných kupujúcich predvolene používa prémiové triedy, ako súkremíkový kov 421(Si väčší alebo rovný 99,0 %, Fe menšie alebo rovné 0,4 %, Al menšie alebo rovné 0,2 %, Ca menšie alebo rovné 0,1 %) za predpokladu, že prísnejšia kontrola nečistôt poskytuje vynikajúce výsledky. Ale v skutočnom{5}}zlievárenstve-predovšetkým pre-veľkoobjemové, univerzálne-odliatky a určité procesy výroby zliatin hliníka/železa-štandardnej{10}}triedykremíkový kov 553(Si väčší alebo rovný 98,5 %, Fe menšie alebo rovné 0,5 %, Al menšie alebo rovné 0,5 %, Ca menšie alebo rovné 0,3 %) často poskytuje stabilnejšiu kvalitu odlievania, lepšiu toleranciu procesu a nižšie celkové náklady.

Typy kremíkových kovov sú definované maximálnymi limitmi troch kritických nečistôt: Fe (železo), Al (hliník), Ca (vápnik)-tri číslice priamo zodpovedajú týmto limitom (×0,1 %). Nižšie je uvedené štandardné porovnanie medzinárodných špecifikácií:

Kritické vplyvy nečistôt na odlievanie

Železo (Fe):Vytvára tvrdé, krehké intermetalické fázy (napr. Al₅FeSi) v hliníkových zliatinách-môže znížiť predĺženie, ale zlepšuje odolnosť proti opotrebovaniu a stabilitu plnenia foriem v odliatkoch s hrubými-odliatkami.
Hliník (Al):Reaguje s dusíkom za vzniku AlN inklúzií, čo spôsobuje krehkosť ocele; v hliníkových zliatinách zjemňuje zrná, ale pri nadmernej{0}}kontrole môže vytvárať oxidové filmy.
Vápnik (Ca):Najvplyvnejší rozdiel-Ca otrávi modifikátory Sr/Na v zliatinách Al-Si, narúša očkovanie do tvárnej liatiny a vytvára troskové inklúzie. Si553 má 3x vyšší Ca ako Si421 (0,3 % oproti 0,1 %).

2.1 Veľké-objemové všeobecné hliníkové odliatky

Slabina kremíka 421:

Ultra{0}}nízky obsah Al (0,2 %) a Ca (0,1 %) spôsobuje, že reaktivita taveniny je príliš citlivá. Malé kolísanie teploty alebo menšie znečistenie taveniny spôsobujú nekonzistentné zjemnenie zrna, pórovitosť zmršťovania a zlé plnenie foriem-, čo vedie k vyššej miere šrotu pri hromadnej výrobe.

Výhoda Silicon 553:

Mierne vyšší obsah Al (0,5 %) pôsobí ako prírodný zjemňovač zrna, stabilizuje tuhnutie a znižuje praskanie za tepla v tenkostenných, zložitých odliatkoch.
Stredný Ca (0,3 %) úplne neotrávi modifikátory v štandardných zliatinách Al-Si-pri správnom pridaní Sr (o 10 – 15 % viac ako 421), efekt modifikácie zostáva stabilný a úspory nákladov na 553 ďaleko prevyšujú náklady na ďalšie modifikátory.
Lepšia tekutosť taveniny a plnenie formy: Vyvážený profil nečistôt znižuje povrchové napätie, zlepšuje vypĺňanie dutín pre zložité diely a znižuje chybný chod.

2.2 Odlievanie zo sivej a tvárnej liatiny

Slabina kremíka 421:

Extrémne nízky obsah Ca (0,1 %) poskytuje nedostatočné nukleačné miesta počas očkovania. To vedie k nedostatočnému-naočkovaniu, nerovnomernej tvorbe grafitových vločiek/guľôčok a nekonzistentným mechanickým vlastnostiam (tvrdosť, pevnosť v ťahu) naprieč šaržami-najmä v prípade odliatkov z hrubého-železa.

Výhoda Silicon 553:

Vyšší Ca (0,3 %) pôsobí ako doplnkové očkovacie činidlo, podporuje rovnomernú precipitáciu grafitu a znižuje tendenciu k chladeniu (tvorba bieleho železa) v hrubých rezoch.
Vyvážené nečistoty Fe/Al nepoškodzujú morfológiu grafitu v štandardných druhoch železa-stabilizujú účinok očkovania a predlžujú čas vyblednutia očkovania, čo je kritické pre veľké odlievacie linky s dlhými cyklami nalievania.
Nie sú potrebné ďalšie očkovacie látky: Prirodzený profil nečistôt kremíkového kovu triedy 553 znižuje požadované pridávanie špecializovaných očkovacích látok, čím zjednodušuje proces a znižuje náklady.

2.3 Cenovo{1}}citlivé, nekritické{2}}štrukturálne odliatky

Pri odliatkoch, kde povrchová úprava a ultra{0}}vysoké mechanické vlastnosti nie sú rozhodujúce (napr. konštrukčné držiaky, -bezpečnostné automobilové komponenty), sa prémiová čistota kremíka 421 stráca:
421 kremíkový kov stojí o 8–15 % viac ako 553 (v dôsledku prísnejších procesov tavenia a čistenia).
553 kremíkový kov spĺňa všetky výkonnostné požiadavky pre tieto aplikácie-žiadny merateľný rozdiel v kvalite finálneho odliatku, ale výrazné zlepšenie marže.

Silikónový kov 421 Grade zostáva správnou voľbou iba pre špičkové, presné{2}}kritické aplikácie odlievania, kde sú chyby spôsobené nečistotami- neprijateľné:
 Vysokopevnostné hliníkové zliatiny (A356, A357 pre letecké/automobilové bezpečnostné diely):Mimoriadne-nízky obsah Al/Ca zabraňuje krehkým inklúziám AlN a zaisťuje úplnú modifikáciu Sr-kritickú pre vysoké predĺženie a odolnosť proti únave.
 Ultra{0}}tenké-stenové odliatky (menej alebo rovné 2 mm, kryty elektroniky):Minimálne nečistoty zabraňujú tvorbe oxidov a zabezpečujú bezchybnú povrchovú úpravu pre eloxovanie/lakovanie.
 Odliatky zo špeciálnej ocele a superzliatiny vysokej-čistoty:Na splnenie noriem pre letectvo/medicínu je potrebná prísna kontrola Fe/Al/Ca.