Технический карбид кремния

Если честно, до сих пор встречаю коллег, которые путают технический карбид кремния с другими модификаторами сплавов. Особенно это касается литейщиков, работающих с чугуном — там разница в поведении материала на разливке бывает критичной. Сам лет семь назад на одном из заводов под Челябинском наблюдал, как пытались заменить карбид ферросицием в составе шихты для ответственных отливок. Результат — брак по твердости и трещины после термообработки. Пришлось разбираться, почему так вышло.

Основные характеристики и классификация

Технический карбид кремния у нас в цехе делится условно на три фракции: 0-1 мм для модифицирования, 1-5 мм как раскислитель, и крупнее 5 мм — уже для футеровки. Важно не путать с черным карбидом — у него другая кристаллическая решетка и содержание SiC редко превышает 85%. Для литья берем только зеленоватые сорта, где процент выше 90.

Кстати, плотность насыпная — момент, на который редко обращают внимание. У нас на ООО Чунцин Касэнь Литейное Оборудование как-то проводили замеры: фракция 1-3 мм дает около 1.5 т/м3, а вот 0-1 мм уже 1.8. Это влияет на дозировку в автоматических линиях — приходится корректировать шнеки.

Поставщики сейчас в основном китайские, но есть нюанс с однородностью партий. В 2018 году брали пробную партию через https://www.cqksen.ru — тогда еще только налаживали контакты. Пришлось дополнительно делать рентгенофлуоресцентный анализ на содержание алюминия и кальция — в тех образцах было до 0.8% Al, что для тонкостенных отливок нежелательно.

Применение в модифицировании чугуна

Вот здесь технический карбид кремния показывает себя интересно. Особенно при работе с вермикулярным графитом — добавляем 0.3-0.5% от массы металла в ковш, но обязательно с предварительным подогревом до 200-250°C. Холодный карбид дает газовыделение, видел как на АвтоВАЗе из-за этого в отливках раковины появлялись.

Есть спорный момент по температуре введения. Некоторые технологи утверждают, что лучше вводить при °C, но наш опыт показывает — для серого чугуна СЧ20 оптимально . Выше — начинает активно выгорать кремний, теряем эффективность модифицирования.

Кстати, про выгорание — на ООО Чунцин Касэнь Технолоджи как-то проводили испытания с инжекцией порошка в струю металла. Там получается снизить потери на 15-20%, но оборудование дорогое. Для серийного производства пока невыгодно, разве что для специальных марок чугуна с шаровидным графитом.

Ошибки дозирования и последствия

Самая распространенная ошибка — превышение дозировки при работе с высокопрочным чугуном. Помню случай на заводе в Тольятти: перестарались с карбидом кремния в составе шихты для ВЧ50 — получили повышенную хрупкость в тепловых узлах. Пришлось переплавлять всю партию.

Еще момент — гранулометрический состав. Мелкая фракция 0-0.5 мм хоть и быстрее растворяется, но дает больше пыли при загрузке. Приходится либо увлажнять, либо использовать системы пневмотранспорта с фильтрами. На ООО Чжутейи Технологии Литья (Чунцин) кстати, разработали интересную систему подачи в индукционные печи — там минимизированы потери.

Важно контролировать не только содержание SiC, но и свободного углерода. В прошлом году попалась партия где было 4.5% свободного C — это сразу видно по поведению шлака. Металл начинает 'играть' при разливке, сложно выдерживать химический состав.

Взаимодействие с другими модификаторами

С ферросицилием технический карбид кремния ведет себя по-разному в зависимости от последовательности введения. Если сначала карбид, потом ферросицилий — получаем более равномерную структуру графита. Но есть риск перемодифицирования по кремнию.

С силикокальцием вообще интересная история — они как бы конкурируют за кислород. На практике лучше разделять введение: сначала силикокальций для раскисления, потом карбид для модифицирования. Хотя некоторые технологи делают наоборот — спорный вопрос.

На комбинате в Липецке пробовали совмещать с графитизирующими модификаторами — эффект непредсказуемый. В одних случаях улучшалась микроструктура, в других — появлялись карбиды железа по границам зерен. Пришлось отказаться от такой схемы.

Экономические аспекты использования

Себестоимость тонны литья с применением технического карбида кремния увеличивается на 3-5%, но это окупается за счет снижения брака. Особенно при производстве ответственных отливок типа коленчатых валов или корпусов редукторов.

Хранение — отдельная статья расходов. Гигроскопичность у материала заметная, поэтому склад должен быть сухим. Однажды из-за нарушения условий хранения потеряли около 2 тонн — карбид начал комковаться и частично гидролизовался.

Сейчас на ООО Чунцин Касэнь Литейное Оборудование предлагают интересную схему — поставки в биг-бэгах с влагозащитными мембранами. Удобно для средних производств, где нет автоматизированных складов. Правда, для крупных заводов все равно выгоднее насыпные поставки.

Перспективы и ограничения

Сейчас активно развивается направление наноструктурированных модификаторов на основе карбида кремния. Но пока стоимость таких материалов высока — в 5-7 раз дороже обычного технического карбида. Для массового производства нецелесообразно.

Ограничение по применению — в цветном литье. Для алюминиевых сплавов технический карбид кремния подходит плохо — дает включения. Хотя для медных сплавов иногда используют, но очень осторожно и в минимальных дозах.

Из новшеств — пробовали использовать активированные формы карбида с поверхностной обработкой. Вроде бы улучшается смачиваемость металлом, но стабильности в результатах пока нет. Нужны дополнительные исследования, возможно совместно с ООО Чунцин Касэнь Технолоджи проведем серию экспериментов в следующем квартале.