Veća čistoća nije uvijek bolja: zašto silicij metal 553 nadmašuje 421 u određenim primjenama lijevanja

U globalnom lijevanju i metalurškoj trgovini i dalje postoji uobičajena zabluda: veća-čistoćasilicijski metal= bolja izvedba bacanja. Mnogi inozemni kupci prema zadanim postavkama koriste vrhunske razrede poputmetal silicij 421(Si veći ili jednak 99,0%, Fe manji ili jednak 0,4%, Al manji ili jednak 0,2%, Ca manji ili jednak 0,1%) uz pretpostavku da stroža kontrola nečistoća daje vrhunske rezultate. Ali u stvarnoj-proizvodnji ljevaonica-posebice za velike-količine, opće{8}}odljevke i određene postupke legure aluminija/željeza-standardni-razredmetalni silicij 553(Si veći ili jednak 98,5%, Fe manji ili jednak 0,5%, Al manji ili jednak 0,5%, Ca manji ili jednak 0,3%) često daje stabilniju kvalitetu lijevanja, bolju toleranciju procesa i niže ukupne troškove.

Metalni razredi silicija definirani su maksimalnim ograničenjima triju kritičnih nečistoća: Fe (željezo), Al (aluminij), Ca (kalcij)-tri znamenke izravno odgovaraju ovim ograničenjima (×0,1%). Ispod je standardna međunarodna usporedba specifikacija:

Kritični utjecaji nečistoća na lijevanje

Željezo (Fe):Tvori tvrde, lomljive intermetalne faze (npr. Al₅FeSi) u aluminijskim legurama-može smanjiti istezanje, ali poboljšava otpornost na habanje i stabilnost punjenja kalupa u debelim-odljevcima.
Aluminij (Al):Reagira s dušikom stvarajući AlN inkluzije, uzrokujući krtost čelika; u aluminijskim legurama pročišćava zrna, ali može stvoriti oksidne filmove ako se pre-kontrolira.
Kalcij (Ca):Najutjecajnija razlika-Ca truje Sr/Na modifikatore u Al-Si legurama, ometa inokulaciju u nodularnom željezu i stvara uključke troske. Si553 ima 3× više Ca od Si421 (0,3% naspram 0,1%).

2.1 Veliki{1}}općeniti aluminijski odljevci

Slabost Silicija 421:

Ultra-nizak Al (0,2%) i Ca (0,1%) čini reaktivnost taline preosjetljivom. Male temperaturne fluktuacije ili manja kontaminacija taline uzrokuju nedosljednu finoću zrna, poroznost skupljanja i loše punjenje kalupa-što dovodi do većih stopa otpada u masovnoj proizvodnji.

Prednost Silicon 553:

Nešto viši Al (0,5%) djeluje kao prirodni pročišćivač zrna, stabilizirajući skrućivanje i smanjujući vruće pukotine u tanko{1}}zidnim, složenim odljevcima.
Umjereni Ca (0,3%) ne otruje u potpunosti modifikatore u standardnim Al-Si legurama-s pravilnim dodatkom Sr (10–15% više od 421), učinak modifikacije ostaje stabilan, a ušteda troškova na 553 daleko nadmašuje troškove dodatnog modifikatora.
Bolja fluidnost taline i punjenje kalupa: Uravnoteženi profil nečistoća smanjuje površinsku napetost, poboljšavajući punjenje šupljina za zamršene dijelove i smanjujući greške u radu.

2.2 Lijev od sivog i nodularnog lijeva

Slabost Silicija 421:

Ekstremno nizak Ca (0,1%) osigurava nedostatna mjesta za nukleaciju tijekom inokulacije. To dovodi do ne-cijepljenja, neravnomjernog stvaranja grafitnih pahuljica/sfera i nedosljednih mehaničkih svojstava (tvrdoća, vlačna čvrstoća) u serijama-posebice u debelim-odljevcima od željeza.

Prednost Silicon 553:

Viši Ca (0,3%) djeluje kao dodatni inokulant, promičući ravnomjerno taloženje grafita i smanjujući tendenciju hlađenja (stvaranje bijelog željeza) u debelim presjecima.
Uravnotežene Fe/Al nečistoće ne oštećuju morfologiju grafita u standardnim vrstama željeza-one stabiliziraju učinak cijepljenja i produžuju vrijeme nestanka inokulacije, kritično za velike linije za lijevanje s dugim ciklusima lijevanja.
Nema potrebe za dodatnim inokulantima: Profil prirodne nečistoće metalnog silicija 553 smanjuje potrebno dodavanje specijaliziranih inokulanata, pojednostavljujući proces i smanjujući troškove.

2.3 Troškovno-osjetljivi,-nekritični strukturni odljevci

Za odljevke kod kojih završna obrada površine i ultra{0}}visoka mehanička svojstva nisu kritični (npr. konstrukcijski nosači, ne-sigurnosne automobilske komponente), vrhunska čistoća metalnog silicija 421 se gubi:
Silicijski metal 421 košta 8–15% više od 553 (zbog strožih procesa taljenja i pročišćavanja).
Metalni silicij 553 ispunjava sve zahtjeve performansi za ove primjene-nema mjerljive razlike u konačnoj kvaliteti lijevanja, ali značajno poboljšanje marže.

Metalni silicij stupnja 421 ostaje pravi izbor samo za vrhunske-precizne-kritične aplikacije lijevanja gdje su-defekti izazvani nečistoćama neprihvatljivi:
 Visoko{0}}aluminijske legure (A356, A357 za zrakoplovne/automobilske sigurnosne dijelove):Ultra{0}}nizak Al/Ca sprječava lomljive uključke AlN i osigurava potpunu modifikaciju Sr-ključnu za visoko istezanje i otpornost na zamor.
 Ultra{0}}tanki-zidni odljevci (manji od ili jednak 2 mm, kućišta elektronike):Minimalne nečistoće sprječavaju uključivanje oksida i osiguravaju besprijekornu završnu obradu površine za eloksiranje/bojanje.
 Odljevci od-specijalnog čelika i superlegura visoke čistoće:Potrebna je stroga kontrola Fe/Al/Ca kako bi se ispunili standardi za zrakoplovne/medicinske materijale.