低硅球化剂在硅钼球铁中的应用

万修根，周文健，胡江平，郭之萍

（江铃汽车股份有限公司铸造厂，江西南昌 330001）

低硅球化剂是由纯铁粉、纯镁粉和少量CaSi经混合后在高压下压制而成，呈药片状，其中还可根据需要配入对石墨球化有利的元素如稀土等。其含硅质量分数一般小于10%，用其处理铁水可以有效地减少一般球化剂对铁水的增硅作用。从组成上看，除硅外混合型低硅球化剂与合金型高硅低稀土镁球化剂大致相当，处理方法都采用冲入法。但由于前者镁以游离态形式存在，熔点为651℃，沸点1 107℃，在铁水中蒸气压高；而后者镁以Mg2Si的化合态存在，Mg2Si熔点为1 102℃，蒸气压低，故两种球化剂反应的激烈程度大不一样。正是由于组成结构与物理性能上的差异，低硅球化剂在生产应用过程中容易出现球化反应剧烈，反应时间过短、球化剂漂浮、球化剂冻结包底等质量问题[1]。

排气歧管是发动机上的重要零部件，由于长期工作在冷、热循环交变的恶劣环境下，又是比较典型的薄壁铸件，管身壁厚为3 mm～5 mm，所以，要求排气歧管的材质具有良好的铸造性能、高温性能及耐热性能[2]。目前本厂生产的排气歧管材质均为硅钼球铁，属于异形铸件，孤立热节较多，补缩困难，加之其材质属于糊状凝固方式，极易产生缩松和缩孔缺陷。为了获得健全的铸件，必须保持较高的熔炼温度（1530℃～1550℃）和浇注温度（1420℃～1 470℃）[3].加上又在垂直线上生产，工艺出品率偏低，多年来导致大量的回炉料囤积，为了节约成本，平衡回炉料的使用，希望通过低硅球化剂来提高回炉料的用量。本文主要研究在高温球化条件下，使用低硅球化剂来生产硅钼球铁排气歧管。

1 硅钼球铁的成分及力学性能要求

硅钼球铁的化学成分、力学性能分别见表1和表2.

2 低硅球化剂成分控制要求

低硅球化剂是将所有材料经过机械混合后，在高压下压制而成，外观见图1；普通球化剂中的Si则以化合态Mg2Si存在，外观见图2.两者的化学成分要求见表3.

表1 排气歧管的化学成分（质量分数，%）

表2 排气歧管的力学性能

图1 低硅球化剂图

图2 普通球化剂

表3 球化剂的化学成分要求

3 低硅球化剂试验过程

3.1 低硅球化剂占比100%试验

为了克服高温球化的不良影响，使用高径比大于1.5的浇包，合金装包方式为：在包坑中先加低硅球化剂，再加普通球化剂，然后加孕育剂，一层覆盖一层，舂紧实，最后压上一块成型的球铁压板。

1）试验方案

球化剂全部使用低硅球化剂，加入质量分数为1.3%；炉内温度1530℃～1550℃，出一包铁水420kg，观察球化过程，取炉前试样1及光谱样送检，放置10 min后取炉前试样2.

2）试验过程及数据

试验过程发现，球化反应特别剧烈，球化时间为42 s，炉前金相1球化等级2级，炉前金相2球化等级为4级（球化率为70%），分别见图3和图4.

试验光谱样与正常生产样数据对比见表4.

图3 炉前金相1

图4 炉前金相2

表4 光谱样数据对比（质量分数，%）

3）试验小结

对比光谱样成分，发现包内加入低硅球化剂的光谱Si含量比包内加普通球化剂的光谱Si含量低0.45%左右；全部使用低硅球化剂，球化反应特别剧烈，铁水有喷溅的风险，比普通球化剂球化反应时间短10 s～20 s，且球化衰退快，存在较大的质量风险。

3.2 低硅球化剂占比50%试验

1）试验方案

球化剂使用低硅球化剂与普通球化剂，各质量分数为50%，其余同上；取炉前金相3及光谱样送检，浇注一包排气歧管产品，之后浇注一组Y型试块。

2）试验过程及数据

试验过程发现，球化反应过程较正常，球化时间为55 s，炉前金相3的球化等级为2级，Y型试块的球化等级为3级，分别见图5和图6.

产品光谱样数据见表5.

图5 炉前金相3

图6 Y型试块金相

表5 光谱样化学成分（质量分数，%）

Y型试块机械性能检测均合格，数据见表6.

表6 Y型试块机械性能

3）试验小结

包内低硅球化剂与普通球化剂配比各占50%时，球化反应过程比较正常，产品性能及金相组织检测均合格。

3.3 低硅球化剂占比70%试验

1）试验方案

为了尽可能增加回炉料用量，将低硅球化剂质量分数配比由50%增加至70%，其余不变进行试验，同时将该炉铁水浇注产品。

2）试验过程及数据

共浇注10包铸件，球化时间在45 s～55 s之间，炉前金相球化等级均为2级，Y型试块机械性能检测合格，但有2包末箱本体金相为4级。

3）试验小结

低硅球化剂配比占70%时，球化反应过程基本正常，但本体金相有不合格的情况。

4 低硅球化剂在硅钼球铁排气歧管上的量产

根据以上的试验结果，选择低硅球化剂与普通球化剂各50%的配比方案进行批量验证，通过三个月的批量生产，生产的硅钼球铁排气管本体金相组织、Y型试块机械性能等均符合要求，该方案可以满足批量生产；硅钼球铁排气管的回炉料用量加大了11%，解决了硅钼球铁排气管回炉料多余的难题。

5 结论

针对低硅球化剂的特性，通过优化合金装包工艺，并逐步摸索包内低硅球化剂不同配比的试验，发现低硅球化剂与普通球化剂占比各50%时，生产过程较稳定，产品各项性能均合格；通过批量生产验证，效果良好；满足回炉料的平衡使用，降低了车间的生产成本，达到了试用目的。