Żeliwo sferoidalne, zwane także żeliwem sferoidalnym, swoją wyjątkową wytrzymałość, wytrzymałość i plastyczność zawdzięcza jednemu kluczowemu pierwiastkowi: magnezowi. W praktyce odlewniczej magnezu nie dodaje się w czystej postaci, ale najczęściej jako część stopu zwanego nodularyzatoremżelazokrzem magnez(FeSiMg). Zrozumienie, dlaczego magnez w tym nodularyzatorze jest tak ważny, wymaga bliższego przyjrzenia się metalurgii produkcji żeliwa sferoidalnego.
Żeliwo sferoidalne zaczyna się od stopionego żeliwa szarego, które naturalnie zawiera grafit płatkowy. Chociaż żeliwo szare dobrze tłumi drgania i przewodzi ciepło, grafit płatkowy sprawia, że jest ono kruche. Aby przekształcić ten materiał w żeliwo sferoidalne, kształt grafitu musi zmienić się z płatków w kulki (guzki). Transformację tę osiąga się poprzez proces zwany nodularyzacją lub sferoidyzacją, a magnez jest głównym czynnikiem, który to umożliwia.
Kiedy AStop FeSiMgdo roztopionego żelaza magnez reaguje energicznie z tlenem i siarką obecnymi w stopie. Elementy te, jeśli nie zostaną zaznaczone, będą sprzyjać grafitowi płatkowemu. Magnez neutralizuje je, tworząc tlenek magnezu (MgO) i siarczek magnezu (MgS), które unoszą się na górę w postaci żużla. Gdy stop jest „czysty”, pozostały rozpuszczony magnez (zwykle 0,03–0,06% resztkowego Mg) zmienia sposób wytrącania się węgla podczas krzepnięcia. Zamiast tworzyć ostre płatki, węgiel rośnie teraz równomiernie we wszystkich kierunkach, tworząc zaokrąglone grudki grafitu. Guzki te nie działają jako inicjatory pęknięć; zamiast tego blokują propagację pęknięć, nadając żeliwie sferoidalnemu charakterystyczną wytrzymałość i wydłużenie.
Bez wystarczającej ilości magnezu sferoidyzacja nie powiedzie się. Zbyt mała ilość magnezu skutkuje nieregularnym, zwartym grafitem wermikularnym (jak w przypadku żelaza z grafitem zagęszczonym) lub nawet grafitem płatkowym. Jednak zbyt dużo magnezu może powodować tworzenie się węglików, dzięki czemu żelazo staje się twarde i kruche. Dlatego tak ważna jest precyzyjna kontrola zawartości magnezu.
Preferowanym środkiem zbrylającym jest FeSiMg, ponieważ żelazokrzem spełnia wiele funkcji poza samym przenoszeniem magnezu. Ma niższą temperaturę topnienia niż czysty magnez, co pozwala na bardziej kontrolowaną i bezpieczniejszą reakcję. Krzem poprawia płynność stopu i sprzyja grafityzacji. Ponadto FeSiMg często zawiera niewielkie ilości pierwiastków ziem rzadkich (takich jak cer i lantan) lub wapnia, które pomagają przeciwdziałać pierwiastkom śladowym zakłócającym powstawanie guzków.
Podsumowując, magnez wNodularyzator FeSiMgma kluczowe znaczenie, ponieważ jest jedynym-opłacalnym i praktycznym pierwiastkiem, który niezawodnie przekształca grafit płatkowy w kuliste kulki. Nie tylko usuwa szkodliwą siarkę i tlen, ale także pozostawia pozostałości, które kierują proces krzepnięcia w kierunku struktury kulistej. Bez tego precyzyjnego dodatku magnezu po prostu nie da się osiągnąć niezwykłych właściwości mechanicznych żeliwa sferoidalnego,-wysokiej wytrzymałości na rozciąganie, odporności na uderzenia i obrabialności-. Zatem FeSiMg pozostaje podstawą nowoczesnej produkcji żeliwa sferoidalnego, a zawartość magnezu w nim jest sercem procesu sferoidalnego.
