Som nämnts tidigare framställs segjärn genom inlegering av låga halter av magnesium i gjutjärnssmältan.

Vanligaste magnesiumbaslegeringen i Sverige är FeSiMg med ungefär fem till sex procent magnesium och mindre mängder kalcium och aluminium. Vissa legeringar kan erhållas med mindre mängder cerium och andra sällsynta jordartsmetaller.

För att undvika oönskade reaktionsprodukter med magnesium, till exempel magnesiumsulfid (MgS), skall svavelhalten i basjärnet vid segjärnsbehandlingen vara så låg som möjligt.

Normalt ligger den eftersträvade magnesiumhalten i det färdiga gjutgodset i intervallet 0,03 - 0,06 procent. Det lägsta värdet gäller för snabbt stelnade tunna sektioner. Slutmagnesiumhalten är beroende av den avklingning som sker från avslutad magnesiumbehandling till dess att detaljen gjutits.

För magnesiumtillsatsen och själva segjärnsbehandlingen, finns flera olika metoder tillgängliga. I Sverige är idag de vanligaste metoderna sandwichmetoden och skänklocksmetoden. Vid tillverkning av kompaktgrafitjärn är trådinjektionsmetoden vanligast. Tabellen nedan ger en översikt över vanliga metoder som finns tillgängliga och som förekommer i olika länder.

Tabell: Segjärnsbehandlingsmetoder

Metod

Mg-legering

(% Mg)

Utbyte

i procent

Fördelar

Nackdelar

Sandwichmetoden

Smälta hälls i en öppen skänk, i vilken magnesiumlegeringen placerats i en fördjupning i botten skyddad med stålklipp

 

FeSiMg

(5 - 6)

 

40 - 50

 

Enkel. Användbar för olika skänkstorlekar

 

Livlig reaktion. Kraftig rökutveckling. Fordrar basjärn med låg kiselhalt.

Skänklocksmetoden

Som Sandwich men med speciellt lock.

 

FeSiMg

(5 - 6)

 

50-70

 

Högt utbyte

Mindre slagg

Mindre temperaturförluster. Bra ur arbetsmiljösynpunkt.

 

Locket kräver extra hantering

Fordrar basjärn med låg Si-halt.

Gasomröring

Mg-legeringen tillförs badytan. Omrörning sker via porös plugg med Ar eller N (vanligast)

 

FeSiMg

(3 - 10)

 

 

 

40-50

 

Användbar för avsvavling och uppkolning

 

Stor temperaturförlust

Fordrar basjärn med låg S-halt

Dykklocka

Mg-legeringen trycks ner i smältan med hjälp av en dykklocka

 

FeSiMg

(3-10)

Mg-koks 1) (45)

MgSi(10-30)2)

Mg

 

50-60

 

35-50

 

40-50

 

40-50

 

Flera olika noduliseringsmedel kan användas

Ingen begränsning i basjärnets Si-halt då Mg-koks och Mg används

 

Stora underhållskostnader

Genomströmning

(Flotret, Imconod, Sigmat)

Behandling sker då basjärnet strömmar förbi Mg-legeringen i en speciellt utformad box

 

FeSiMg

(3-5)

 

 

40-50

 

Bra arbetsmiljö

 

Licenskostnad.

Fordrar basjärn med låg Si-halt

Konverter

Behandling sker med rent magnesium (+GF+) eller FeSiMg (INITEK)

+GF+:

100 % Mg

INITEK:

FeSiMg

(5-10)

 

50-70

 

80-95

 

Basjärn med hög Si-halt och S-halt kan användas (+GF+)

 

Långsam.

Kraftig reaktion (+GF+)

 

Inmold

Behandling sker då basjärnet strömmar förbi noduliseringsmedlet i en kammare i gjutformen

 

FeSiMg

(5-10)

 

70-85

 

Bra arbetsmiljö

Ingen efterympning

Liten temperaturförlust

Kan automatiseras

 

Kräver noggrann övervakning av S-halt och struktur.

Godsutbytet kan bli lågt.

Lansinjektion

Mg-legering i form av pulver tillförs smältan med hjälp av en bärgas (N2) och en lans

 

FeSiMg

(5-15)

Mg+grafit

 

50-65

 

50-65

 

Kan kombineras med avsvavling, uppkolning etc.

Flexibel för olika behandlingsstorlekar

 

Långsam

Kraftig reaktion

Kostnaden beror på lanslivslängd och pris. Ökade temperaturförluster. Kostnad för utrustning

Trådinjektion

Noduliseringsmedlet tillförs smältan via en Mg- innehållande tråd

 

 

FeSiMg

(5-15)

MgFe (15)

 

ca 70

 

ca 70

 

Segjärn och kompaktgrafitjärn kan framställas direkt vid gjutning. Hög reproducerbarhet.

Bra arbetsmiljö

 

Kraftig reaktion

Extra kostnad för utrustning

 1)  Mg-impregnerad koks
2)  Järnbriketter med Mg och Si

 

De viktigaste faktorerna som påverkar behandlingsresultatet är:

  • Svavelhalten i basjärnet
  • Typ av kvalitet i tråden (gäller trådmatning)
  • Geometrin hos behandlingsskänken
  • Behandlingstemperatur
  • Matningshastighet/Behandlingstid (gäller trådmatning)
  • Utformning och placering av behandlingsenheten

 

Vid val av behandlingsmetod bör bland annat följande beaktas:

  • Vikt och antal detaljer som skall produceras
  • Behandlingsstorlek
  • Tillgängligt golvutrymme
  • Kapacitetsbehov
  • Automatiseringsbehov
  • Smält- och varmhållningsugnar
  • Fordringar och specifikationer på tillverkad produkt
  • Miljökrav
  • Kostnader

 

De vanligaste metoderna beskrivs i det följande.

 

Sandwichmetoden

Vid tillverkning av stora tonnage segjärn är Sandwichmetoden (bild 7.33) den vanligaste. Magnesiumlegeringen placeras i botten av skänken och skyddas med fint stålklipp för att fördröja starten på reaktionen. Stålklippsandelen är ungefär två procent av behandlingsmängden. En del av ympmedlet brukar läggas tillsammans med magnesiumlegeringen. Vanligen används magnesiumlegeringar med fem till sex procentmagnesium och resten järn och kisel. Skänkens höjd är vanligen två gånger diametern eller högre.

Sandwichmetoden

 

Skänklocksmetoden (Tundish Cover)

Skänklocksmetoden innebär att behandlingen utförs i en skänk med ett speciellt utformat lock. Denna metod är den mest använda vid behandling av segjärn i skänk. Metoden beskrevs första gången 1976 i en QIT bok ”Ductile Iron I Production”. Jämfört med sandwichmetoden ger den följande fördelar:

  • Högre magnesiumutbyte
  • Jämnare magnesiumutbyte
  • Reducerad slaggbildning
  • Mindre temperaturförluster
  • Mindre rök- och ljusutveckling från magnesiumoxid.
  • Bättre arbetsmiljö Behandlingsskänk typ "Tundish Cover" med 500 kg behandlingstorlek.

 

Konverter

Behandlingskärlet (konvertern) har en cylindrisk form och är vridbart kring en axel (bild 7.35). I botten mot sidoväggen finns en reaktionskammare, som har en öppning genom konverterväggen. I kammaren placeras tackor innehållande 100 procent magnesium. Reaktionen med smältan sker genom de hål som finns i kammaren då konvertern är i vertikalt läge. Relativt höga magnesiumutbyten erhålls. Bassmältan kan tillåtas hålla förhållandevis hög svavel- och kiselhalt. Konvertermetoden enligt +GF+.

Under senare år har en annan typ av konverterteknik utvecklats av Foseco, som heter INITEK. Till denna används en FeSiMg-legering (NODULANT) vid behandlingen. Smältan förbehandlas med cirka 0,4 procent INODEX, som bland annat  innehåller barium. Denna tillsats förbättrar utbytet av magnesium. Segjärnsbehandling enligt INITEK-metoden i tre steg (Foseco).

Trådinjektion

Vid trådinjektion är Mg-legeringen innesluten i en tråd i form av ett rör. Typiska rördiametrar är 9 till 13 millimeter. Tråden levereras fylld med legeringen i rullar ofta innehållande flera tusen meter tråd. Tråden matas med drivna rullar ner i smältan med en styrd hastighet. Leverantörer av tråd för segjärnsbehandling erbjuder normalt en rad olika legeringar, vanligtvis uppbyggda av finkornigt granulat av magnesium eller magnesiumlegeringar. Denna teknik är vanlig vid tillverkning av kompaktgrafitjärn och kombineras då ofta med trådympning.

Segjärnsbehandling med tråd.

Behandlingsmängden bör vara minst 500 kilo och smältans djup (”järnpelaren”) minst 50 centimeter. Upptill 40 ton är standard att behandla idag. Med ökande behandlingsstorlek ökar magnesiumutbytet. Trådens matningshastighet beror av järnpelarens höjd och smältans temperatur. Hastigheten är normalt 15 – 40 meter i minuter, vilket ger behandlingstider på en halv till två minuter vid 500 till 2000 kilo. Vid stora behandlingsmängder kan man mata in parallella trådar för att inte få för lång behandlingstid.

Följande film visar trådinjektion:

 

Inmold

Inmoldmetoden skiljer sig från de tidigare beskrivna metoderna genom att behandlingen sker i gjutformen (bild 7.38). Metoden används främst i gjuterier som tillverkar segjärnsgjutgods i långa serier.

En FeSiMg-legering placeras i en reaktionskammare i formen. Att så sker kontrolleras vanligtvis med en fotocell. Metoden uppges ge följande fördelar jämfört med konventionella metoder:

  • Bättre magnesiumutbyte.
  • Ingen avklingningseffekt.
  • Mindre tendens till cementitbildning.
  • Magnesiumhalten kan styras för att passa ett visst gjutstycke.
  • Bättre arbetsmiljö genom reducerad mängd magnesiumrök.

För att fullgott resultat skall uppnås med metoden krävs bland annat korrekt utformat gjutsystem samt en väl avpassad gjuthastighet.

Inmoldmetoden

Injektionsmetoden

Ytterligare en teknik för att föra in magnesium i smältan är genom injektion. Detta sker genom att ett pulver som innehåller magnesium förs in i smältan via en speciellt utformad lans. Bärgas är vanligtvis kväve. Metodens användning är okänd.

3065