Quels sont les effets d'un magnésium résiduel élevé et faible sur le diamètre excessif du graphite et sur les défauts d'éclosion du graphite dans la fonte ductile

La teneur résiduelle en magnésium dans la production de fonte ductile doit être contrôlée avec précision dans une « plage de fenêtre optimale » (généralement autour de 0,04 % à 0,055 %, en fonction de la composition et du procédé). Un écart par rapport à cette plage, qu'il soit trop élevé ou trop faible, peut entraîner une détérioration de la morphologie du graphite, mais la manifestation et le mécanisme fondamental sont complètement différents.

1. L'impact d'une faible teneur en magnésium résiduel est que la teneur en magnésium résiduel est inférieure à la valeur critique minimale requise pour la sphéroïdisation (généralement environ 0,03 % à 0,035 %), ce qui est la raison la plus directe et la plus fondamentale des défauts de floraison du graphite, et l'impact sur le diamètre du graphite est secondaire. Le mécanisme fondamental de l'influence décisive sur la floraison du graphite est que le rôle principal de l'élément magnésium est de s'adsorber sur la surface cristalline de la croissance du graphite, de supprimer sa nature de croissance en couches, de forcer sa croissance isotrope et de former ainsi une forme sphérique. Lorsque la teneur résiduelle en magnésium est insuffisante, cet effet d’adsorption et d’inhibition échoue au stade ultérieur de la croissance du graphite, en particulier au stade avancé de la solidification eutectique. Formation de défauts : le graphite sans contrainte restaurera son mode de croissance rapide et instable, provoquant la rupture et la déformation du graphite sphérique déjà formé, entraînant un creux à l'intérieur et un éclatement ou des bords ressemblant à du corail, ce qui est un "graphite fleuri" typique. Cela indique que la sphéroïdisation a essentiellement échoué. L'effet indirect sur le diamètre du graphite : dans les zones locales où le magnésium résiduel est sur le point d'être insuffisant mais n'a pas complètement échoué, la réduction des noyaux de nucléation efficaces peut entraîner une croissance plus grande d'un petit nombre de sphères de graphite résiduelles. Cependant, la caractéristique la plus importante dans ce cas est l’apparition d’une grande quantité de graphite non sphérique (semblable à un ver, semblable à une fleur), et la simple grossièreté du graphite n’est pas sa manifestation principale. ·La cause fréquente d'un faible magnésium résiduel est la teneur élevée en soufre du fer fondu d'origine, qui consomme trop de magnésium. Calcul insuffisant de la quantité d’agent sphéroïdisant ajoutée ou faible taux d’absorption de la réaction. Après le traitement de sphéroïdisation, le temps de séjour du fer fondu est trop long et le magnésium est gravement dégradé. Il existe de puissants éléments interférents tels que le plomb et le bismuth dans le fer fondu, qui neutralisent l'effet de sphéroïdisation du magnésium. Résumé : Un faible magnésium résiduel entraîne une perte de capacité de sphéroïdisation et favorise directement la floraison du graphite.

2. L'impact d'une teneur excessive en magnésium résiduel est nettement supérieur à la plage optimale (par exemple, dépassant 0,06 % à 0,07 %), ne conduisant principalement pas à la floraison, mais à travers une série d'effets indirects, devenant un facteur important dans la promotion d'un diamètre de graphite excessif (grossier), accompagné d'autres défauts de coulée graves. Le mécanisme indirect de promotion d'un diamètre de graphite trop grand (grossier) consiste à affaiblir l'effet d'incubation et à réduire le noyau de nucléation. Le magnésium est un puissant élément anti-graphitisation (blanchiment). Un excès de magnésium résiduel augmentera considérablement la tendance à la surfusion du fer fondu. Cela rend difficile le fonctionnement stable du noyau hétérogène fourni par les inoculants de ferrosilicium conventionnels, ce qui entraîne une détérioration de la « réponse d'incubation ». La conséquence directe est une réduction du nombre de noyaux sphériques en graphite. En partant du principe d'une teneur totale en carbone constante, moins il y a de noyaux, plus la taille de chaque bille de graphite peut atteindre une taille grande, formant ainsi des billes de graphite grossières mais peut-être encore relativement rondes. Mécanisme 2 : Provoquer des ajustements de processus inappropriés. Afin de contrecarrer la tendance blanche provoquée par une teneur élevée en magnésium, les opérateurs peuvent être contraints d'augmenter l'équivalent carbone (en particulier la teneur en silicium) ou de subir une incubation excessive. Dans des conditions d'équivalent carbone élevé, en particulier lorsque le refroidissement de sections épaisses et larges est lent, cela fournit des conditions favorables à la croissance grossissante du graphite. Le magnésium, qui a un impact potentiel élevé sur la morphologie du graphite, peut provoquer une diminution de la rondeur des sphères de graphite, facilitant ainsi la production de graphite aggloméré ou irrégulier, mais il ne forme généralement pas directement de efflorescences explosives typiques. Le risque d'inclusion de scories a considérablement augmenté en raison d'autres problèmes graves du processus : l'excès de magnésium est susceptible de réagir avec l'oxygène et le soufre pour générer des scories telles que MgO et MgS, qui peuvent être roulées dans des pièces coulées et former des défauts d'inclusion de scories. Intensification de la tendance au retrait : une teneur élevée en magnésium élargit la plage de solidification de la pâte comme le fer liquide, entrave la supplémentation en retrait, augmente considérablement la tendance au micro-retrait et affecte sérieusement la densité des pièces moulées. Diminution de la liquidité et contraction accrue.

Résumé : Un excès de magnésium résiduel conduit indirectement au grossissement du graphite en « inhibant la nucléation et en réduisant le nombre de sphères », et entraîne une série d'effets secondaires malins tels que l'inclusion et le retrait de scories.

3、 L'impact du magnésium résiduel « approprié mais en baisse » est le scénario le plus courant rencontré dans la production réelle, ce qui conduit à un diamètre de graphite excessif. Il révèle l'importance des changements dynamiques dans la « teneur effective en magnésium ». Point de départ : à la fin du traitement de sphéroïdisation, le magnésium résiduel est dans la plage optimale, entièrement nourri, et les billes de graphite sont petites, rondes et abondantes. Processus de déclin : De l'achèvement du traitement à la solidification de la coulée, le fer fondu subit une rétention, entraînant un « déclin de sphéroïdisation » (élément de magnésium brûlant et flottant) et un « déclin d'incubation » (dissolution ou défaillance du noyau de nucléation). ·Mécanisme de formation de défauts : La teneur résiduelle effective en magnésium diminue progressivement et la contrainte sur la croissance du graphite s'affaiblit. Le nombre de noyaux de nucléation efficaces diminue avec le temps. L'effet de superposition des deux : avant que le magnésium résiduel n'atteigne le « point critique » qui provoque la floraison, les sphères de graphite restantes continueront à croître dans des conditions de contraintes réduites et de sources de carbone suffisantes, formant finalement du graphite de taille grossière mais de morphologie toujours acceptable (comme le grade 6 ou même plus grossier). Si le déclin se poursuit, il glissera vers une mauvaise sphéroïdisation et une mauvaise floraison.

L'objectif principal du résumé final des conseils pratiques est non seulement de contrôler le magnésium résiduel à la valeur cible, mais également de garantir son efficacité et sa stabilité tout au long du processus de coulée. Prévenir la floraison (la clé est d'éviter une faible teneur en magnésium) : réduire et stabiliser strictement la teneur en soufre du fer fondu d'origine. Assurer un ajout suffisant et précis d’agent sphéroïdisant. Minimisez le temps de séjour après la sphéroïdisation pour obtenir un versement rapide. Prévenir le grossissement (clé pour maintenir un équilibre entre une nucléation efficace et du magnésium) : l'utilisation de techniques d'incubation efficaces et anti-âge à un stade avancé (telles que l'inoculation par flux et l'inoculation dans un moule) pour fournir en permanence des noyaux de nucléation frais est le moyen le plus efficace de contrecarrer la pourriture et d'affiner le graphite. Éviter d'augmenter aveuglément la teneur en magnésium résiduel dans un souci « d'assurance » est une voie divergente vers le retrait, l'inclusion de scories et le grossissement du graphite. Pour les sections épaisses et grandes, il est nécessaire d’optimiser de manière globale la conception en équivalent carbone et les conditions de refroidissement. En bref, « la stabilisation du soufre, le contrôle du magnésium (modéré), un versement rapide et une forte post-inoculation » sont des critères clés du processus pour obtenir une structure de fonte ductile de haute qualité tout en évitant la floraison et le grossissement du graphite.