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。
硅钼球铁的化学成分、力学性能分别见表1和表2.
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
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。
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。
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。
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。
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。