Duktilt jern, også kendt som nodulært støbejern, skylder sin exceptionelle styrke, sejhed og duktilitet til ét nøgleelement: magnesium. I støberi praksis tilsættes magnesium ikke i ren form, men som en del af en legering kaldet nodularizer, oftestferrosilicium magnesium(FeSiMg). Forståelse af, hvorfor magnesium i denne nodularizer er så kritisk, kræver et nærmere kig på metallurgien i duktilt jernproduktion.
Duktilt jern starter som smeltet gråjern, der naturligt indeholder flagegrafit. Mens gråt jern er godt til at dæmpe vibrationer og lede varme, gør dets flagegrafit det skørt. For at omdanne dette materiale til duktilt jern skal grafitformen ændres fra flager til kugler (knuder). Denne transformation opnås gennem en proces kaldet nodularisering eller sfæroidisering, og magnesium er det primære middel, der gør dette muligt.
Når enFeSiMg legeringtilsættes det smeltede jern, reagerer magnesium kraftigt med oxygen og svovl, der er til stede i smelten. Disse elementer, hvis de ikke er markeret, vil fremme flagegrafit. Magnesium neutraliserer dem ved at danne magnesiumoxid (MgO) og magnesiumsulfid (MgS), som flyder til toppen som slagger. Når smelten er "ren", ændrer det resterende opløste magnesium (typisk 0,03%-0,06% resterende Mg) den måde, kulstof udfældes under størkning. I stedet for at danne skarpe flager vokser kulstof nu ligeligt i alle retninger og producerer afrundede grafitknuder. Disse knuder fungerer ikke som revneinitiatorer; i stedet blokerer de sprækkeudbredelsen, hvilket giver duktilt jern dets karakteristiske styrke og forlængelse.
Uden tilstrækkelig magnesium mislykkes sfæroidiseringen. For lidt magnesium resulterer i uregelmæssig, komprimeret vermikulær grafit (som i komprimeret grafitjern) eller endda flagegrafit. For meget magnesium kan dog forårsage karbiddannelse, hvilket gør jernet hårdt og skørt. Derfor er det afgørende at kontrollere magnesiumindholdet præcist.
FeSiMg er den foretrukne nodularizer, fordi ferrosilicium tjener flere funktioner ud over blot at bære magnesium. Det har et lavere smeltepunkt end rent magnesium, hvilket giver mulighed for en mere kontrolleret og sikrere reaktion. Silicium forbedrer smeltens flydeevne og fremmer grafitisering. Derudover indeholder FeSiMg ofte små mængder sjældne jordarters grundstoffer (som cerium og lanthan) eller calcium, som hjælper med at modvirke sporstoffer, der interfererer med nodularisering.
Sammenfattende, magnesium iFeSiMg nodularizerer kritisk, fordi det er det eneste omkostningseffektive-og praktiske element, der pålideligt omdanner flagegrafit til sfæriske knuder. Det fjerner ikke kun skadeligt svovl og ilt, men efterlader også et restniveau, der leder størkningsprocessen mod en nodulær struktur. Uden denne præcise tilsætning af magnesium kan de bemærkelsesværdige mekaniske egenskaber ved duktilt jern-høj trækstyrke, slagfasthed og bearbejdelighed- ganske enkelt ikke opnås. FeSiMg forbliver således rygraden i moderne duktilt jernproduktion, og dets magnesiumindhold er hjertet i nodulariseringsprocessen.
