低硅球化劑在硅鉬球鐵中的應(yīng)用

萬修根，周文健，胡江平，郭之萍

（江鈴汽車股份有限公司鑄造廠，江西南昌 330001）

低硅球化劑是由純鐵粉、純鎂粉和少量CaSi經(jīng)混合后在高壓下壓制而成，呈藥片狀，其中還可根據(jù)需要配入對(duì)石墨球化有利的元素如稀土等。其含硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般小于10%，用其處理鐵水可以有效地減少一般球化劑對(duì)鐵水的增硅作用。從組成上看，除硅外混合型低硅球化劑與合金型高硅低稀土鎂球化劑大致相當(dāng)，處理方法都采用沖入法。但由于前者鎂以游離態(tài)形式存在，熔點(diǎn)為651℃，沸點(diǎn)1 107℃，在鐵水中蒸氣壓高；而后者鎂以Mg2Si的化合態(tài)存在，Mg2Si熔點(diǎn)為1 102℃，蒸氣壓低，故兩種球化劑反應(yīng)的激烈程度大不一樣。正是由于組成結(jié)構(gòu)與物理性能上的差異，低硅球化劑在生產(chǎn)應(yīng)用過程中容易出現(xiàn)球化反應(yīng)劇烈，反應(yīng)時(shí)間過短、球化劑漂浮、球化劑凍結(jié)包底等質(zhì)量問題[1]。

排氣歧管是發(fā)動(dòng)機(jī)上的重要零部件，由于長(zhǎng)期工作在冷、熱循環(huán)交變的惡劣環(huán)境下，又是比較典型的薄壁鑄件，管身壁厚為3 mm～5 mm，所以，要求排氣歧管的材質(zhì)具有良好的鑄造性能、高溫性能及耐熱性能[2]。目前本廠生產(chǎn)的排氣歧管材質(zhì)均為硅鉬球鐵，屬于異形鑄件，孤立熱節(jié)較多，補(bǔ)縮困難，加之其材質(zhì)屬于糊狀凝固方式，極易產(chǎn)生縮松和縮孔缺陷。為了獲得健全的鑄件，必須保持較高的熔煉溫度（1530℃～1550℃）和澆注溫度（1420℃～1 470℃）[3].加上又在垂直線上生產(chǎn)，工藝出品率偏低，多年來導(dǎo)致大量的回爐料囤積，為了節(jié)約成本，平衡回爐料的使用，希望通過低硅球化劑來提高回爐料的用量。本文主要研究在高溫球化條件下，使用低硅球化劑來生產(chǎn)硅鉬球鐵排氣歧管。

1 硅鉬球鐵的成分及力學(xué)性能要求

硅鉬球鐵的化學(xué)成分、力學(xué)性能分別見表1和表2.

2 低硅球化劑成分控制要求

低硅球化劑是將所有材料經(jīng)過機(jī)械混合后，在高壓下壓制而成，外觀見圖1；普通球化劑中的Si則以化合態(tài)Mg2Si存在，外觀見圖2.兩者的化學(xué)成分要求見表3.

表1 排氣歧管的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表2 排氣歧管的力學(xué)性能

圖1 低硅球化劑圖

圖2 普通球化劑

表3 球化劑的化學(xué)成分要求

3 低硅球化劑試驗(yàn)過程

3.1 低硅球化劑占比100%試驗(yàn)

為了克服高溫球化的不良影響，使用高徑比大于1.5的澆包，合金裝包方式為：在包坑中先加低硅球化劑，再加普通球化劑，然后加孕育劑，一層覆蓋一層，舂緊實(shí)，最后壓上一塊成型的球鐵壓板。

1）試驗(yàn)方案

球化劑全部使用低硅球化劑，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3%；爐內(nèi)溫度1530℃～1550℃，出一包鐵水420kg，觀察球化過程，取爐前試樣1及光譜樣送檢，放置10 min后取爐前試樣2.

2）試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)

試驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)，球化反應(yīng)特別劇烈，球化時(shí)間為42 s，爐前金相1球化等級(jí)2級(jí)，爐前金相2球化等級(jí)為4級(jí)（球化率為70%），分別見圖3和圖4.

試驗(yàn)光譜樣與正常生產(chǎn)樣數(shù)據(jù)對(duì)比見表4.

圖3 爐前金相1

圖4 爐前金相2

表4 光譜樣數(shù)據(jù)對(duì)比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

3）試驗(yàn)小結(jié)

對(duì)比光譜樣成分，發(fā)現(xiàn)包內(nèi)加入低硅球化劑的光譜Si含量比包內(nèi)加普通球化劑的光譜Si含量低0.45%左右；全部使用低硅球化劑，球化反應(yīng)特別劇烈，鐵水有噴濺的風(fēng)險(xiǎn)，比普通球化劑球化反應(yīng)時(shí)間短10 s～20 s，且球化衰退快，存在較大的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 低硅球化劑占比50%試驗(yàn)

1）試驗(yàn)方案

球化劑使用低硅球化劑與普通球化劑，各質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，其余同上；取爐前金相3及光譜樣送檢，澆注一包排氣歧管產(chǎn)品，之后澆注一組Y型試塊。

2）試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)

試驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)，球化反應(yīng)過程較正常，球化時(shí)間為55 s，爐前金相3的球化等級(jí)為2級(jí)，Y型試塊的球化等級(jí)為3級(jí)，分別見圖5和圖6.

產(chǎn)品光譜樣數(shù)據(jù)見表5.

圖5 爐前金相3

圖6 Y型試塊金相

表5 光譜樣化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

Y型試塊機(jī)械性能檢測(cè)均合格，數(shù)據(jù)見表6.

表6 Y型試塊機(jī)械性能

3）試驗(yàn)小結(jié)

包內(nèi)低硅球化劑與普通球化劑配比各占50%時(shí)，球化反應(yīng)過程比較正常，產(chǎn)品性能及金相組織檢測(cè)均合格。

3.3 低硅球化劑占比70%試驗(yàn)

1）試驗(yàn)方案

為了盡可能增加回爐料用量，將低硅球化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比由50%增加至70%，其余不變進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)將該爐鐵水澆注產(chǎn)品。

2）試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)

共澆注10包鑄件，球化時(shí)間在45 s～55 s之間，爐前金相球化等級(jí)均為2級(jí)，Y型試塊機(jī)械性能檢測(cè)合格，但有2包末箱本體金相為4級(jí)。

3）試驗(yàn)小結(jié)

低硅球化劑配比占70%時(shí)，球化反應(yīng)過程基本正常，但本體金相有不合格的情況。

4 低硅球化劑在硅鉬球鐵排氣歧管上的量產(chǎn)

根據(jù)以上的試驗(yàn)結(jié)果，選擇低硅球化劑與普通球化劑各50%的配比方案進(jìn)行批量驗(yàn)證，通過三個(gè)月的批量生產(chǎn)，生產(chǎn)的硅鉬球鐵排氣管本體金相組織、Y型試塊機(jī)械性能等均符合要求，該方案可以滿足批量生產(chǎn)；硅鉬球鐵排氣管的回爐料用量加大了11%，解決了硅鉬球鐵排氣管回爐料多余的難題。

5 結(jié)論

針對(duì)低硅球化劑的特性，通過優(yōu)化合金裝包工藝，并逐步摸索包內(nèi)低硅球化劑不同配比的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)低硅球化劑與普通球化劑占比各50%時(shí)，生產(chǎn)過程較穩(wěn)定，產(chǎn)品各項(xiàng)性能均合格；通過批量生產(chǎn)驗(yàn)證，效果良好；滿足回爐料的平衡使用，降低了車間的生產(chǎn)成本，達(dá)到了試用目的。