Rare Earths Trace elements such as antimony, lead, bismuth and arsenic can occur in the charge materials used by iron foundries. These elements prevent the formation of nodular graphite by magnesium and tend to produce degenerate graphite forms. The detrimental effects can be neutralized by including small amounts of rare earths with the treatment. By adding rare earths to the MgFeSi alloy, separate additions are avoided. Foundries using high purity charge materials do not require the presence of rare earths and will gain technical and economic advantages by using good quality MgFeSi alloy without rare earth additions.
RE elements promote good graphite nucleation, thus giving a higher nodule count after inoculation. In excess, RE can give increased chill tendency and undesired graphite forms such as chunky and exploded graphite.
For the production of some irons, such as ni-resist, the MgFeSi should have no, or very little, rare earths. Such specialist alloys for this grade.
Calcium The presence of small amounts of calcium in MgFeSi alloys reduces the reactivity of the magnesium thus minimising fume emission and improving the magnesium yield. Ca helps to initiate the modification process by reacting with S and O forming sulfide and silicate phases. The effect is a high degree of nucleation and a good growth rate of graphite nodules giving a higher nodule count.
As Ca increases tendency to slag formation, the amount of Ca in the MgFeSi needs to be the adjusted according to treatment process
Aluminium Aluminium occurs in small amounts in most ferrosilicon alloy unless deliberately avoided. Excess AI promotes H-pinholes as a higher content of hydrogen can be dissolved in the cast iron melt. The solubility of hydrogen decreases with decreasing temperature during casting, and the dissolved hydrogen in excess is then precipitated in the form of pores. Al in the correct amounts reduces undercooling and shrinkage tendency and if the base Al content is low, a small addition of AI improves inoculation. AI may also increase ferrite content in ductile iron.
แมกนีเซียม เป็นองค์ประกอบหลักที่ใช้สำหรับการผลิตเหล็กหล่อเหนียว มีจุดเดือดเพียง 1,190 ° C ซึ่งต่ำกว่าอุณหภูมิหลอมตามปกติของเหล็กหล่อ วิธีการที่พบมากที่สุดของการนำ Mg ไปใช้งานคือโดยวิธีการเติมลงในเฟอร์โรซิลิคอน เช่นโลหะผสมแมกนีเซียมเหล็กซิลิกอน โดยอาจมีการเติมธาตุอื่น ๆ ในเวลาเดียวกัน เช่นธาตุหายาก
แมกนีเซียมมีผลกระทบต่อการทำให้เกิดกราไฟท์ตกตะกอนในรูปแบบเป็นก้อนกลมที่ไม่ต่อเนื่องจึงทำให้เพิ่มคุมสมบัติเชิงกลของเหล็ก หากแมกนีเซียมที่เหลือมีมากเกินไปในหล็กจะมีผลกระทบเชิงลบคือเกิดเหล็กคาร์ไบด์ , ลดจำนวนกราไฟต์กลมและการส่งเสริมการหดตัวของเหล็กขณะเย็นตัว ดังนั้นการควบคุมส่วนผสมทางเคมีและปริมาณการใช้โลหะผสมของ MgFeSi ให้เหมาะสมจึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการผลิตจากเหล็กหล่อเหนียว
ธาตุหายาก ในเศษเหล็กที่ใช้ในโรงหล่อจะมีสารมลทินจำพวก พลวง ตะกั่ว บิสมัท สารหนู สารมลทินเหล่านี้จะขัดขวางการก่อตัวของกราไฟท์เป็นก้อนกลมโดยแมกนีเซียมและมีแนวโน้มที่จะทำลายการฟอร์มตัวของกราไฟท์ ผลกระทบที่เป็นอันตรายเหล่านี้สามารถลบล้างหรือลดความรุนแรงลงได้ด้วยการเติมปริมาณธาตุหายาก โดยการเพิ่มธาตุหายากจะผสมลงใน MgFeSi, แต่จะไม่เติมเพิ่มแบบแยกต่างหาก หากโรงหล่อเลือกใช้วัสดุในการผลิตที่มีความบริสุทธิ์สูง ก็ไม่จำเป็นต้องมีการใช้ธาตุหายาก
องค์ประกอบของ RE ส่งเสริมการเกิดนิวเคลียสของกราไฟท์ที่ดีจึงทำให้เพิ่มจำนวนกราไฟต์กลมหลังการทำ Inoculants แต่หากมีปริมาณ RE มากเกิน จะทำให้มีแนวโน้มการเกิด Chill เพิ่มขึ้นและรูปแบบกราไฟท์ที่ไม่พึงประสงค์เช่น Chunky graphite และกราไฟท์ระเบิด
สำหรับการผลิตเหล็กหล่อบางประเภท เช่น Ni-Resist ควรเลือกใช้ MgFeSi ที่ไม่มีธาตุหายาก หรือควรมีธาตุหายากน้อยที่สุด เนื่องจากธาตุหายาก (RE) จะมีผลกระทบต่อโครงสร้างกราไฟต์กลม กล่าวคือจะทำให้เกิดรูปแบบกราไฟท์ที่ไม่พึงประสงค์เช่น Chunky graphite และกราไฟท์ระเบิด
แคลเซียม ปริมาณของแคลเซียมเล็กน้อยใน โลหะผสมของ MgFeSi จะช่วยลดการเกิดปฏิกิริยาของแมกนีเซียมจึงลดการปล่อยควันและช่วยปรับปรุง yield ของแมกนีเซียม Ca ยังช่วยในการเริ่มต้นกระบวนการทำปฏิกิริยากับ S และ O ก่อให้เกิดสารประกอบ sulfide และ silicate ก่อให้เกิดนิวเคลียสของกราไฟต์และอัตราการเจริญเติบโตที่ดีของก้อนกราไฟท์กลม ทำให้เพิ่มจำนวนกราไฟต์มากขึ้น
ในขณะเดียวกันที่ Ca ก็มีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการก่อตะกรัน (slag) มากขึ้น ฉนั้นจำนวนของ Ca ใน MgFeSi จะต้องมีการปรับเปลี่ยนให้เหมาะสมตามกระบวนการผลิตเหล็ดหล่อกราไฟต์กลม (Mg treatment)
อลูมิเนียม โดยส่วนมากแล้วปริมาณของอลูมิเนียมจะมีเล็กน้อยในโลหะผสมเฟอร์โรซิลิคอนโดยที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ หากมี Al มากเกินไปจะส่งผลให้เกิดปัญหาแก็ส pinholes โดยร่วมกับปริมาณไฮโดรเจน ที่ละลายในน้ำเหล็ก
การละลายของไฮโดรเจนในน้ำเหล็กจะลดลงด้วยการลดอุณหภูมิในระหว่างการเทน้ำเหล็กและไฮโดรเจนที่ละลายอยู่ในน้ำเหล็กในส่วนที่เกินจะเกิดการตกตะกอนแล้วอยู่ในรูปแบบของรูพรุน (Gas defects) ในขณะเดียวกันปริมาณของอลูมิเนียมในน้ำเหล็กที่เหมาะสมจะช่วยลดการเกิดปัญหา Chill และจะช่วยลดแนวโน้มการหดตัว หากปริมาณอลูมิเนียมในน้ำเหล็กมีน้อยเกินไป ควรเติมเพิ่มเล็กน้อยเพื่อช่วยในการทำ Inoculant และเพิ่มปริมาณเฟอร์ไรในเหล็กหล่อกราไฟต์กลม
