A. 球化劑的球化原理（球墨鑄鐵中的）
球化劑在鑄鐵中起什麼作用
球墨鑄鐵問世至今已有52年，其發展迅速之快令人驚訝，即使在經濟不景氣的情況下，球鐵仍然有所發展，有人稱球墨鑄鐵為不適當退卻中的勝利者，指出：球墨鑄鐵由於其高強度、高韌性和低價格，所以在材料市場上仍佔有重要的地位，盡管幾年來鋼鐵鑄造總產量有所下降，但球鐵產量並未下降，奧——貝球鐵的出現增強了球鐵的競爭地位。 1． 球鐵的生產和研究現狀 1. 1常規球鐵 目前常規球鐵——即以鐵素體和珠光體為基體的球鐵仍占球鐵產量中的絕大部分比例，因此注意提高常規球鐵的性能和質量，在保持球鐵的競爭地位中起了重要的作用。 1．1． 1對影響球鐵質量的因素加強控制 球鐵的組織與性能取決於鑄鐵的成份和結晶條件以及所用球化劑的質量，研究認為為了確保球鐵的機械性能，必須針對鑄件具體壁厚、澆注溫度、所用球化劑、球化處理工藝、冷卻參數的優化以及有效的排渣措施進行嚴格控制，而適當的降低碳當量，合金化和熱處理是改善球鐵的有效措施。 1．1．2有效控制鐵素體球鐵和球光體球鐵的生產[2] 控制球鐵基體的主要因素有鑄鐵的成份、所用球化劑、孕育劑的類型，加入方法以及冷卻條件等。 鑄態鐵素體球鐵的成份控制 微過共晶成份，其中碳稍高，但不出現石墨漂浮，含硅稍低，孕育劑硅量應少於3%，錳越低越好，應使Mn<0.04%，硫、磷應低，使S≤0.02%、 P≤0.02％，這是因為硅可改善球鐵組織和相應的塑性，Si=3.0～3.5%可得到全部鐵素體組織。有研究指出，Si=2.6～2.8％時，鑄鐵具有最高的延伸率和沖擊韌性，但硅在鐵中的顯微偏析隨著含磷量的增加，這種偏析越嚴重，並對機械性能有不良影響，特別是當溫度低於零度時影響更大，而含硫低可以選用低鎂低稀土球化劑球化，並減少「黑斑」缺陷的產生，而「黑斑」主要是鎂、鈰硫化物和氧化物的聚集物，此外也要用低硅球化劑以保證可以進行多次孕育。 對珠光體球鐵而言，在生產時鑄鐵成份中錳可提高至0.8～1.0％，有些鑄件如果是用作耐磨性曲軸時，錳可提高至1.2～1.35％，生產鑄態珠光體元素銅。加入量大於1.8%時，它阻礙石墨球化，但促進基體完全珠光體化，一般球鐵中銅含量應小於1.5%，錫是強烈的珠光體化元素，其對硬度的影響大於銅和錳，但Sn≥1.0%時使石墨畸變，因此其含量應限制在0.08％以下。 1.1.3 稀土在球鐵中的作用 稀土能促進鎂合金的球化效果（球化率和球的圓整度），它對壁厚球鐵件中防止球狀石墨畸變的效果受到了重視，這也是國內外球化劑中都包含稀土的主要原因之一。 在鑄件中有些元素能破壞和阻礙石墨球化，這些元素即所謂的球化干擾元素，干擾元素分為兩類，一是消耗球化元素型干擾元素，它們與鎂、稀土生成MgS、MgO、MgSe、RE2O3、RE2S3、RE2Te3等，使球化元素降低從而破壞了球狀石墨形成；另一類是晶間偏析型干擾元素，包括錫、銻、砷、銅、鈦、鋁等在共晶結晶時，這些元素富集在晶界，促進使碳在共晶後期形成畸形的枝晶狀石墨 ，球化干擾元素原子量越大，其干擾作用越強，現在許多研究都已找到了干擾元素在鑄鐵中的臨界含量，當這些元素含量小於臨界含量時，並不能形成畸變石墨。 在有干擾元素的鑄鐵中，加入稀土可消除其干擾作用，有研究報告指出在鑄鐵中干擾元素之和應小於0.10％即z=Ti+Cr+Sb+V+As+Pb+Zn+…<0.10% 有研究指出，中和鐵水中的Al、Sb、TI、Pb、Bi、等只要分別加入0.005～0.04%Ce即可，例如，中和Ti、Pb、Sb、Al等只要分別加入0.005~0.007%、0.014%、0.15%和0.008%的Ce即可。 干擾元素在鑄件壁厚，冷卻速度慢的情況下破壞作用更大。 干擾元素對球鐵基體也有影響，Te、B強烈促進白口形成，Cr、As、Sn、Sb、Pb、Bi穩定珠光體，Al、Zr促進鐵素體。 值得注意的是，目前正在發展一些球化元素與干擾元素復合球化劑，以改善大斷面球鐵的處理效果及石墨球的圓整度。 1.1. 4球鐵檢測加強 球鐵檢測是保證其質量的重要措施，目前正在研究發展線分析，即產品在生產過程中進行分析，以確定其質量，已有不少單位在大批量生產條件下利用超聲波對鑄件質量進行分析。 在利用超聲波測定鑄鐵組織時，片狀石墨的聲速為4500m/s、蠕墨鑄鐵為5400m/s、球墨鑄鐵5600m/s，此外在鑄鐵中高頻衰減率的變化也可判斷鑄鐵類型，球鐵中心頻率為5MHz而片狀鑄鐵僅為1.5MHz。目前還有單位正在用超聲波作球化級別的測定，已可測定合格的球化級別和不合格的產品（3級和4級之間），但還不能進行更細分級測定，此方法正在完善中。 1．2奧——貝球鐵 20世紀70年代，荷蘭、中國、美國彼此獨立地，幾乎是同時宣布各自研究成功了貝氏體球鐵，中國研究成功的是下貝氏體，美國為下貝氏體＋馬氏體，荷蘭為上貝氏體＋奧氏體，荷蘭成果最具代表性，即現在所稱的奧——貝球鐵。1977年M.Jokason宣布荷蘭的Kgmi Kgmmene公司所屬的karkkila鑄造廠開發了一種特性優異的新型鑄鐵，即奧——貝球鐵，並在1978年召開第45屆國際年會上宣讀了有關論文，此一發明在美、英、法、加等13個國家申請了專利（美國專利號：3860457，荷蘭專利1996/72，原西德專利2852870），引起了各國重視，被譽為近幾十年來鑄鐵冶金中的重大成就之一。 奧——貝球鐵兼備高強度、高韌性和高耐磨性。如英國的標准有NE-GJS-800-8，EN-GJS-1000-5，EN-GJS-1400-1。 奧——貝球鐵成份與常規球鐵成份相同，球化劑和處理工藝也相同，其差別是必須進行等溫淬火處理，等溫淬火溫度不同時可分別獲得上貝氏體＋奧氏體，下貝氏＋奧氏體，下貝氏＋馬氏體等不同基體。這種鑄鐵成本高、生產難度較大，目前應用面雖在不斷擴大，但其總量並不大，被人們稱之為21世紀材料。 2．球化劑的現狀 球化劑是目前獲得球鐵的主要手段之一，在志包鋼稀土一廠共同完成國家攻關課題「稀土三劑系列化」時，我校課題組對世界上100多個球化劑生產廠，國內主要合金生產進行調研，取得了英、美、法、德、日、前蘇聯、印度等十幾個國家50多家合金生產廠的產品樣本及國內主要球化劑生產廠的產品樣本，為對比國內外球化劑性能及今後球化劑生產改進提供了依據。 2．1球化劑的類型 按生產方式分有下述幾種 (1)球化劑的類型 包括鎂硅系合金、稀土鎂硅系合金、鈣系合金(日本用的較多)，鎳鎂系合金、純鎂合金、稀土合金。 上述合金中目前世界上用的最為廣泛的是稀土鎂硅鐵合金，但中國合金中RE/Mg的比值范圍大(0.5~2.2)，國外的合金RE/Mg的比值范圍小(0.1~0.3)。中國合金中稀土大於等於鎂含量的佔多數，小於鎂含量的佔少數，而國外(除前蘇聯一些合金外)球化劑合金中的稀土含量幾乎都小於鎂含量，因此稀土三劑系列化課題組建議除保留FeSlMg8E18外(此合金是效果優良的蠕化劑)，其它全部球化劑中RE/Mg≤1，隨後修訂的國家標准中採納了這個建議。 鈣鎂球化劑主要是日本生產和應用，如日本信越(SHIN—ETSU)生產的鈣系合金NC5、NCl0、NCl5、NC20、NC25中鎂含量從4~28％變動，但鈣含量變化較小，其變化范圍為20~31%；此類合金白口傾向小，但要求處理溫度高，處理後渣量大。 鎳鎂合金在美洲、歐洲均有應用，美國國際鎳公司生產的鎳鎂合金最高達82~85%，其中Mg、Ca分別為13~16，及20，鎳最低的57~61%(其中Mg4.0~4.5％，Ca<2.5，Fe32~36)。德國金屬化學公司生產的鎳鎂合金中Ni47~51％，Mgl5~17％，C1.0％Si28~32%,RE1.0%余Fe。這些合金的優點是比重大，反映平穩，鎳可起合金化作用，其特點是價格貴，這種合金在中國基本沒有應用。 鎳硅系合金目前在中國基本上已不用。純鎂合金處理時要用專用的壓力加鎂包，鎂的吸收率高，但處理安全措施要極為嚴格，生產中應用比例較小。 稀土是發明球鐵時使用的球化劑，它的發現推進了球鐵工業應用的進程。但價格高，白口傾向大，過量會使石墨變態，現在己不作為球化劑單獨使用，僅作為輔助球化元素。 (2)壓塊狀球化劑 用鎂粉和鐵粉及所設計的硅含量直接加壓成型，這種球化劑中含硅很低，通常稱為低硅壓塊狀球化劑，因而為後續的孕育提供了大的餘地，有利於生產鑄態球鐵，但這種合金易漂浮，處理效果波動大，處理時最好跟塊狀球化劑混合使用。 (3)包芯線型球化劑 將鎂粉、鐵粉包覆在薄鋼板或鋼板中，將其快速送入鐵水中達到球化目的，這種球化劑較貴，且設備投資大，但處理時合金吸收率高，因此處理球鐵的總成本幾乎沒有提高。 (4)粉狀球化劑 這種球化劑是俄羅斯的一個專利，使用時將鎂粉與抑制劑混合放入包內，並使鐵水從合金錶面上流過，逐層與合金反映達到球化效果，這種專門工藝稱之為MC。 2．2球化劑的應用 目前國內外在球鐵生產中主要應用火法冶煉的合金，壓塊球化劑、包芯線球化劑、粉狀球化劑應用的很少，火法冶煉的球化劑在生產中應用佔90％以上，目前這類合金中增加Ba、Ca、Cu、Ni等以達到控制基體目的，對合金中的氧化鎂含量已有限量指標。現對中國33個典型工廠和美國77個工廠生產球鐵工廠進行對比分析。 中國33個工廠的基本情況是：33個工廠總計有36個熔爐，其中電爐(中頻、工頻、電弧爐)9個佔25％，沖天爐22個佔61％，沖天爐一電爐雙聯熔煉廠4個佔11％，高爐1個佔3％，球鐵處理溫度大於1500℃，4個佔11％，1450~1500℃，20個佔56％，1350~1400℃，6個佔16．7％，1300~1350℃，2個佔5.6%；大於1270℃1個佔2.7％；鐵水含硫量小於等於0．03％佔20％；處理方法中沖入法佔94％，噴吹法佔3％，壓力加鎂法3％，用量最大的6#合金Mg8RE8佔46％，其次為Mg8RE5佔37％，Mg9RE5佔11％。 美國77個工廠的基本情況是： 熔化設備沖天爐佔30%，感應電爐佔63％，球化處理溫度1482~1538℃佔75%；原鐵水在球化處理前有50％工廠採用預脫硫工藝，有90％的工廠S小於0．025%，球化處理方法中在美國大工廠中沖入法佔36％，而小廠(小於200噸/周)沖入法僅佔22％，壓入法、多孔塞法、型內處理法、Tundish蓋包法、壓力加鎂法則占絕大部分比重，使用的球化劑中含鎂大於％的佔8．2％Mg4~6％佔63．3，含鎂小於4％佔16．4％純鎂佔5％，其它的鎂合金佔8．2％。 資料表明中國生產球鐵方面還有不小的差距，美國生產的電爐可保證球化處理所需要的高溫，一般經預脫硫，含硫量低，質量要優於我國處理球鐵的質量，因此處理球鐵可用低鎂、低稀土球化劑，而且質量控制也嚴格，包括使用衰退時間控制器。 我國從90年到現在球化劑生產已有了很大變化，稀土鎂合金國家標准經過修訂，對合金中的RE作了重大調整，除保留Mg8RE18以外，其它合金中Mg/Re均大於1，工廠使用的合金中稀土量有所下降，Mg8RE5—7的合金應用大量增加，電爐也增加了不少，但原鐵水中的含硫量變化不大，預脫硫工藝未有效地推廣，因此我國球化劑中Mg、BE仍處在較高的水平上，新的球化處理工藝在我國推廣不多，如在美國佔有很大比例的Tundish蓋包法在我國幾乎還未得到應用，這些都是我國球鐵生產廠待解決的問題
B. 專業生產低硅球化劑廠家
揚中市金鑫特種合金材料廠，鎂團塊低硅球化劑，主要由鎂稀土鈣鋇鐵及其他特殊用途的合金元素經復合冷結成型，具有含硅量低（4%--10%），氧化鎂含量低，成分准確，塊度均勻，使用方便，球化效果好等優點。
揚中市金鑫特種合金材料廠，鎂團塊低硅球化劑，已被眾多鑄造廠家廣泛使用。尤其是含硅量低這一特性，與傳統的冶煉合金（稀土鎂硅鐵合金）摻和使用可根據生產現場實際需要調整出終硅量適宜的復合球化劑（15%--25%），有效的控制鑄件的含硅量，降低鑄件成本。
適合使用情況：
1.當貴公司使用的是高硅生鐵或需要大量吃進回爐導致原生鐵液含硅量偏高時，使用揚中市金鑫特種合金材料廠，鎂團塊低硅球化劑，能有效地保證鑄件硅量指標要求。（拓寬了生鐵牌號使用范圍，可隨時吃進回爐料）。
2.對於壓力加鎂：傳統球化劑中鎳鎂合金等球化工藝是降低球墨鑄鐵軋輥硅量的途徑，但由於工藝難度大操作危險價格昂貴不易保存等諸多因素影響，推廣普及受到限制。揚中市金鑫特種合金材料廠，鎂團塊低硅球化劑因能有效的降低球鐵液終硅量，加大了球鐵件孕育量范圍，使球墨更加圓整細小，鑄鐵晶粒進一步細化，保證了扎輥鑄件質量，因此非常適合球墨鑄鐵生產家使用。
3.揚中市金鑫特種合金材料廠，鎂團塊低硅球化劑，用於大口徑離心球墨鑄鐵管球化工藝中，因能有效的控制球化鐵水的終硅量，保證合適終硅量，增大孕育量，對鑄態鐵素體含量的提高有明顯作用，能夠減少高溫退火鑄管比例，降低鑄管成本，並使因石墨漂浮造成的廢品進一步減少。
4.揚中市金鑫特種合金材料廠，鎂團塊低硅球化劑，應用於大厚斷面球鐵件生產中，有利於減少厚斷面球鐵件常易產生的塊狀石墨缺陷。
C. 什麼叫高硅鉬
高硅鉬球鐵的應用現狀高硅鉬球鐵在國外汽車業發動機耐高溫鑄件上廣泛應用（如排氣管、渦輪殼等），尤其以排氣管最為突出，美國福特汽車公司70%以上排氣管採用高硅鉬球鐵製造，這主要源於高硅鉬球鐵具有很高的高溫強度、熱疲勞性，優異的耐氧化、生長性，和良好的高溫抗蠕變性能。歐美等國早在80年代就將高硅鉬球鐵應用於增壓器上，在90年代開始大批量應用於汽車發動機排氣管的鑄件生產上，1997年在美國西雅圖101屆鑄造年會上，針對高硅鉬排氣管的性能、鑄造工藝與成本等方面作了專門的討論，福特、克萊斯勒等汽車公司及各大發動機廠商迅速在發動機排氣管上應用，一些大型鑄造廠也相應開展了高硅鉬球鐵排氣管的鑄造技術實踐研究與應用；目前，日本、美國等國也在中國大量尋求高硅鉬球鐵的汽車、機械高硅鉬球鐵配件，且具有較高的市場價格。應該說高硅鉬球鐵在汽車耐高溫部件上的應用已成為一種發展趨勢，國內對高硅鉬球鐵的應用研究相對較少，仍大量採用HT250材料製造發動機排氣管。發動機排氣管工作條件惡劣，處於循環交變溫度狀態下工作的，受熱溫度不均勻，表層與內腔相差數網路，這需要排氣管具有很好的高溫力學性能和使用性能；同時隨著人們對環保要求意識和法規的提升， HT250以至蠕鐵材料已不能滿足發動機的排放使用性能要求（高硅鉬球鐵性能可滿足現行美國標准和歐Ⅳ標准），而球鐵由於變形因素較少在排氣管上應用。排氣管一般經歷了普通灰鑄鐵、高強度灰鑄鐵、球鐵、蠕鐵、高鎳鑄鐵、不銹鋼等發展歷程，高硅鉬球鐵作為新興的排氣管使用材料，以其優異的中高溫綜合性能和適宜的價格，已逐漸被各大汽車廠商所認識，目前，高硅鉬球鐵已成為發動機排氣管首選使用材料之一。
排氣管材質的適合工作溫度材料 最高溫度℃
灰鐵 540 高鎳球鐵 925 球鐵 650 鐵素體不銹鋼 935 鐵素體球鐵 760 奧氏體不銹鋼 1050 高硅鉬球鐵 870
2、高硅鉬球鐵的材料性能試驗研究 2.1、高硅鉬球鐵的常規力學性能試驗鑒於排氣管等產品由於裝配機型不同，其所要求的使用性能存在較大差別，故其合金加入量存在較大差別，高硅鉬球鐵通常含硅量在3.0-5.0%之間，鉬一般含量在0.4-1.2%之間。試驗室進行Y型試樣澆注，主要設備與工藝參數如下：熔化設備：50Kg中頻感應電爐；鐵水重量：50Kg；球化劑：無錫永新球化劑，加入量1.4%；孕育：75SiFe包內孕育，附加隨流孕育；出爐溫度：1520℃。不同合金（SI、Mo）加入量測試試棒力學性能如下，。
不同合金成分試棒力學性能合金加入量（%） 抗拉強度（MPa） 屈服強度（MPa） 延伸率（%） 硬度（HB）
Si4.7Mo0.85 C3.3 710 3 266 Si4.6Mo0.6 C3.3 675 620 9 229 Si4.2Mo0.6 C3.6 575 18 229 Si3.5Mo0.5 C3.6 545 19 194
石墨：球化率級別3級，球徑大小6級100× 基體： 5%珠光體+鐵素體 100×
高硅鉬球鐵球化與基體組織（Si3.5Mo0.5C3.6）試驗發現，較高的硅鉬含量可以顯著提升鑄件的抗拉強度，但同時伴隨鑄件的硬度提高，塑性下降，鑄件變得難於加工，且脆，這主要是高的鉬量促使基體珠光體心部產生富鉬的碳化物組織，使基體變得硬而脆（合適的孕育處理可以改善和消除碳化物產生傾向）；同施教高的硅量，也是鑄件變脆的主要因素之一。
2.2、高硅鉬球鐵高溫性能的影響因素 2.2.1、硅、鉬對高溫性能的影響硅量過低，高溫性能變差，過高，鑄件的脆性將顯著增加。硅的作用主要在於一方面硅作為穩定鐵素體的有效元素，可以使鑄件獲得鐵素體基體，而鐵素體基體由於不含有滲碳體，高溫下不易發生分解，引起體積膨脹，破壞鑄件；另一方面高的硅量，促進鑄鐵形成緻密的二氧化硅氧化膜層，阻礙氧的繼續侵入，故有利於鑄鐵的抗氧化生長性；同時硅可以通過固溶強化，提高鑄件強度。鉬作為調解鑄件高溫性能的有效元素，鉬的加入可以細化晶粒和石墨，並可以顯著提高鑄鐵的屈服強度，提高高溫使用性能，有利於改善鑄件的高溫抗蠕變和抗蠕變斷裂能力。硅、鉬等提高鑄件的高溫使用綜合性能的合金元素的加入，使排氣管的使用性能大大提高，其合金化的作用往往較基體的作用更為顯著。 2.2.2、石墨形態對高溫性能的影響灰鑄鐵由於片狀石墨在基體內相互交錯連接，這對高溫時鑄件的氧化、生長提供了很好的通道，鑄鐵氧化後，沿石墨片方向進行擴散生長；而球墨鑄鐵由於石墨球是孤立存在於基體中的，不會像片狀石墨那樣引發氧化生長，故其抗氧化生長性較灰鑄鐵為宜。當然,隨著基體中碳含量的提高，鑄件的氧化傾向增強，不宜過高。
D. 鑄鐵的球化劑有哪些
球化劑的類型按生產模式分有下述幾種：
球化劑的類型包括鎂矽系合金、稀土鎂矽系合金、鈣系合金（日本用的較多），鎳鎂系合金、純鎂合金、稀土合金。
①上述合金中目前世界上用的最為廣泛的是稀土鎂矽鐵合金，但中國合金中RE/Mg的比值范圍大（0.5~2.2），國外的合金RE/Mg的比值范圍小（0.1~0.3）。中國合金中稀土大於等於鎂含量的佔多數，小於鎂含量的佔少數，而國外（除蘇俄一些合金外）球化劑合金中的稀土含量幾乎都小於鎂含量，因此稀土三劑系列化課題組建議除保留FeSlMg8E18外（此合金是效果優良的蠕化劑），其它全部球化劑中RE/Mg≦1，隨後修訂的國家標准中採納了這個建議.鈣鎂球化劑主要是日本生產和應用。
②日本生產的鈣系合金NC5、NCl0、NCl5、NC20、NC25中鎂含量從4~28％變動，但鈣含量變化較小，其變化范圍為20~31%；此類合金白口傾向小，但要求處理溫度高，處理後渣量大。 鎳鎂合金在美洲、歐洲均有應用，美國生產的鎳鎂合金最高達82~85%，其中Mg、Ca分別為13~16，及20，鎳最低的57~61%（其中Mg4.0~4.5％，Ca<2.5，Fe32~36）。德國生產的鎳鎂合金中Ni47~51％，Mgl5~17％，C1.0％Si28~32%，RE1.0%余Fe.這些合金的優點是比重大，反映平穩，鎳可起合金化作用，其特點是價格貴，這種合金在中國基本沒有應用。鎳矽系合金目前在中國基本上已不用。純鎂合金處理時要用專用的壓力加鎂包，鎂的吸收率高，但處理安全措施要極為嚴格，生產中應用比例較小。稀土是發明球鐵時使用的球化劑，它的發現推進了球鐵工業應用的進程。但價格高，白口傾向大，過量會使石墨變態，現下己不作為球化劑單獨使用，僅作為輔助球化元素。
E. 球化劑多少錢一噸
球化劑多少錢一噸？現在市場價格球化劑大概在3200到3400塊錢左右一噸
F. 高硅鉬機械性能
高硅鉬球鐵的應用現狀高硅鉬球鐵在國外汽車業發動機耐高溫鑄件上廣泛應用（如排氣管、渦輪殼等），尤其以排氣管最為突出，美國福特汽車公司70%以上排氣管採用高硅鉬球鐵製造，這主要源於高硅鉬球鐵具有很高的高溫強度、熱疲勞性，優異的耐氧化、生長性，和良好的高溫抗蠕變性能。歐美等國早在80年代就將高硅鉬球鐵應用於增壓器上，在90年代開始大批量應用於汽車發動機排氣管的鑄件生產上，1997年在美國西雅圖101屆鑄造年會上，針對高硅鉬排氣管的性能、鑄造工藝與成本等方面作了專門的討論，福特、克萊斯勒等汽車公司及各大發動機廠商迅速在發動機排氣管上應用，一些大型鑄造廠也相應開展了高硅鉬球鐵排氣管的鑄造技術實踐研究與應用；目前，日本、美國等國也在中國大量尋求高硅鉬球鐵的汽車、機械高硅鉬球鐵配件，且具有較高的市場價格。應該說高硅鉬球鐵在汽車耐高溫部件上的應用已成為一種發展趨勢，國內對高硅鉬球鐵的應用研究相對較少，仍大量採用HT250材料製造發動機排氣管。發動機排氣管工作條件惡劣，處於循環交變溫度狀態下工作的，受熱溫度不均勻，表層與內腔相差數網路，這需要排氣管具有很好的高溫力學性能和使用性能；同時隨著人們對環保要求意識和法規的提升， HT250以至蠕鐵材料已不能滿足發動機的排放使用性能要求（高硅鉬球鐵性能可滿足現行美國標准和歐Ⅳ標准），而球鐵由於變形因素較少在排氣管上應用。排氣管一般經歷了普通灰鑄鐵、高強度灰鑄鐵、球鐵、蠕鐵、高鎳鑄鐵、不銹鋼等發展歷程，高硅鉬球鐵作為新興的排氣管使用材料，以其優異的中高溫綜合性能和適宜的價格，已逐漸被各大汽車廠商所認識，目前，高硅鉬球鐵已成為發動機排氣管首選使用材料之一。
排氣管材質的適合工作溫度材料 最高溫度℃
灰鐵 540 高鎳球鐵 925 球鐵 650 鐵素體不銹鋼 935 鐵素體球鐵 760 奧氏體不銹鋼 1050 高硅鉬球鐵 870
2、高硅鉬球鐵的材料性能試驗研究 2.1、高硅鉬球鐵的常規力學性能試驗鑒於排氣管等產品由於裝配機型不同，其所要求的使用性能存在較大差別，故其合金加入量存在較大差別，高硅鉬球鐵通常含硅量在3.0-5.0%之間，鉬一般含量在0.4-1.2%之間。試驗室進行Y型試樣澆注，主要設備與工藝參數如下：熔化設備：50Kg中頻感應電爐；鐵水重量：50Kg；球化劑：無錫永新球化劑，加入量1.4%；孕育：75SiFe包內孕育，附加隨流孕育；出爐溫度：1520℃。不同合金（SI、Mo）加入量測試試棒力學性能如下，。
不同合金成分試棒力學性能合金加入量（%） 抗拉強度（MPa） 屈服強度（MPa） 延伸率（%） 硬度（HB）
Si4.7Mo0.85 C3.3 710 3 266 Si4.6Mo0.6 C3.3 675 620 9 229 Si4.2Mo0.6 C3.6 575 18 229 Si3.5Mo0.5 C3.6 545 19 194
石墨：球化率級別3級，球徑大小6級100×基體： 5%珠光體+鐵素體 100×
高硅鉬球鐵球化與基體組織（Si3.5Mo0.5C3.6）試驗發現，較高的硅鉬含量可以顯著提升鑄件的抗拉強度，但同時伴隨鑄件的硬度提高，塑性下降，鑄件變得難於加工，且脆，這主要是高的鉬量促使基體珠光體心部產生富鉬的碳化物組織，使基體變得硬而脆（合適的孕育處理可以改善和消除碳化物產生傾向）；同施教高的硅量，也是鑄件變脆的主要因素之一。
2.2、高硅鉬球鐵高溫性能的影響因素 2.2.1、硅、鉬對高溫性能的影響硅量過低，高溫性能變差，過高，鑄件的脆性將顯著增加。硅的作用主要在於一方面硅作為穩定鐵素體的有效元素，可以使鑄件獲得鐵素體基體，而鐵素體基體由於不含有滲碳體，高溫下不易發生分解，引起體積膨脹，破壞鑄件；另一方面高的硅量，促進鑄鐵形成緻密的二氧化硅氧化膜層，阻礙氧的繼續侵入，故有利於鑄鐵的抗氧化生長性；同時硅可以通過固溶強化，提高鑄件強度。鉬作為調解鑄件高溫性能的有效元素，鉬的加入可以細化晶粒和石墨，並可以顯著提高鑄鐵的屈服強度，提高高溫使用性能，有利於改善鑄件的高溫抗蠕變和抗蠕變斷裂能力。硅、鉬等提高鑄件的高溫使用綜合性能的合金元素的加入，使排氣管的使用性能大大提高，其合金化的作用往往較基體的作用更為顯著。 2.2.2、石墨形態對高溫性能的影響灰鑄鐵由於片狀石墨在基體內相互交錯連接，這對高溫時鑄件的氧化、生長提供了很好的通道，鑄鐵氧化後，沿石墨片方向進行擴散生長；而球墨鑄鐵由於石墨球是孤立存在於基體中的，不會像片狀石墨那樣引發氧化生長，故其抗氧化生長性較灰鑄鐵為宜。當然,隨著基體中碳含量的提高，鑄件的氧化傾向增強，不宜過高。
G. 對不同的鑄件在選擇球化劑是應該注意哪些主要問題
球化劑在鑄鐵中起什麼作用
球墨鑄鐵問世至今已有52年，其發展迅速之快令人驚訝，即使在經濟不景氣的情況下，球鐵仍然有所發展，有人稱球墨鑄鐵為不適當退卻中的勝利者，指出：球墨鑄鐵由於其高強度、高韌性和低價格，所以在材料市場上仍佔有重要的地位，盡管幾年來鋼鐵鑄造總產量有所下降，但球鐵產量並未下降，奧——貝球鐵的出現增強了球鐵的競爭地位。1．球鐵的生產和研究現狀1.1常規球鐵目前常規球鐵——即以鐵素體和珠光體為基體的球鐵仍占球鐵產量中的絕大部分比例，因此注意提高常規球鐵的性能和質量，在保持球鐵的競爭地位中起了重要的作用。1．1．1對影響球鐵質量的因素加強控制球鐵的組織與性能取決於鑄鐵的成份和結晶條件以及所用球化劑的質量，研究認為為了確保球鐵的機械性能，必須針對鑄件具體壁厚、澆注溫度、所用球化劑、球化處理工藝、冷卻參數的優化以及有效的排渣措施進行嚴格控制，而適當的降低碳當量，合金化和熱處理是改善球鐵的有效措施。1．1．2有效控制鐵素體球鐵和球光體球鐵的生產[2]控制球鐵基體的主要因素有鑄鐵的成份、所用球化劑、孕育劑的類型，加入方法以及冷卻條件等。鑄態鐵素體球鐵的成份控制微過共晶成份，其中碳稍高，但不出現石墨漂浮，含硅稍低，孕育劑硅量應少於3%，錳越低越好，應使Mn<0.04%，硫、磷應低，使S≤0.02%、P≤0.02％，這是因為硅可改善球鐵組織和相應的塑性，Si=3.0～3.5%可得到全部鐵素體組織。有研究指出，Si=2.6～2.8％時，鑄鐵具有最高的延伸率和沖擊韌性，但硅在鐵中的顯微偏析隨著含磷量的增加，這種偏析越嚴重，並對機械性能有不良影響，特別是當溫度低於零度時影響更大，而含硫低可以選用低鎂低稀土球化劑球化，並減少「黑斑」缺陷的產生，而「黑斑」主要是鎂、鈰硫化物和氧化物的聚集物，此外也要用低硅球化劑以保證可以進行多次孕育。對珠光體球鐵而言，在生產時鑄鐵成份中錳可提高至0.8～1.0％，有些鑄件如果是用作耐磨性曲軸時，錳可提高至1.2～1.35％，生產鑄態珠光體元素銅。加入量大於1.8%時，它阻礙石墨球化，但促進基體完全珠光體化，一般球鐵中銅含量應小於1.5%，錫是強烈的珠光體化元素，其對硬度的影響大於銅和錳，但Sn≥1.0%時使石墨畸變，因此其含量應限制在0.08％以下。1.1.3稀土在球鐵中的作用稀土能促進鎂合金的球化效果（球化率和球的圓整度），它對壁厚球鐵件中防止球狀石墨畸變的效果受到了重視，這也是國內外球化劑中都包含稀土的主要原因之一。在鑄件中有些元素能破壞和阻礙石墨球化，這些元素即所謂的球化干擾元素，干擾元素分為兩類，一是消耗球化元素型干擾元素，它們與鎂、稀土生成MgS、MgO、MgSe、RE2O3、RE2S3、RE2Te3等，使球化元素降低從而破壞了球狀石墨形成；另一類是晶間偏析型干擾元素，包括錫、銻、砷、銅、鈦、鋁等在共晶結晶時，這些元素富集在晶界，促進使碳在共晶後期形成畸形的枝晶狀石墨，球化干擾元素原子量越大，其干擾作用越強，現在許多研究都已找到了干擾元素在鑄鐵中的臨界含量，當這些元素含量小於臨界含量時，並不能形成畸變石墨。在有干擾元素的鑄鐵中，加入稀土可消除其干擾作用，有研究報告指出在鑄鐵中干擾元素之和應小於0.10％即z=Ti+Cr+Sb+V+As+Pb+Zn+…<0.10%有研究指出，中和鐵水中的Al、Sb、TI、Pb、Bi、等只要分別加入0.005～0.04%Ce即可，例如，中和Ti、Pb、Sb、Al等只要分別加入0.005~0.007%、0.014%、0.15%和0.008%的Ce即可。干擾元素在鑄件壁厚，冷卻速度慢的情況下破壞作用更大。干擾元素對球鐵基體也有影響，Te、B強烈促進白口形成，Cr、As、Sn、Sb、Pb、Bi穩定珠光體，Al、Zr促進鐵素體。值得注意的是，目前正在發展一些球化元素與干擾元素復合球化劑，以改善大斷面球鐵的處理效果及石墨球的圓整度。1.1.4球鐵檢測加強球鐵檢測是保證其質量的重要措施，目前正在研究發展線分析，即產品在生產過程中進行分析，以確定其質量，已有不少單位在大批量生產條件下利用超聲波對鑄件質量進行分析。在利用超聲波測定鑄鐵組織時，片狀石墨的聲速為4500m/s、蠕墨鑄鐵為5400m/s、球墨鑄鐵5600m/s，此外在鑄鐵中高頻衰減率的變化也可判斷鑄鐵類型，球鐵中心頻率為5MHz而片狀鑄鐵僅為1.5MHz。目前還有單位正在用超聲波作球化級別的測定，已可測定合格的球化級別和不合格的產品（3級和4級之間），但還不能進行更細分級測定，此方法正在完善中。1．2奧——貝球鐵20世紀70年代，荷蘭、中國、美國彼此獨立地，幾乎是同時宣布各自研究成功了貝氏體球鐵，中國研究成功的是下貝氏體，美國為下貝氏體＋馬氏體，荷蘭為上貝氏體＋奧氏體，荷蘭成果最具代表性，即現在所稱的奧——貝球鐵。1977年M.Jokason宣布荷蘭的KgmiKgmmene公司所屬的karkkila鑄造廠開發了一種特性優異的新型鑄鐵，即奧——貝球鐵，並在1978年召開第45屆國際年會上宣讀了有關論文，此一發明在美、英、法、加等13個國家申請了專利（美國專利號：3860457，荷蘭專利1996/72，原西德專利2852870），引起了各國重視，被譽為近幾十年來鑄鐵冶金中的重大成就之一。奧——貝球鐵兼備高強度、高韌性和高耐磨性。如英國的標准有NE-GJS-800-8，EN-GJS-1000-5，EN-GJS-1400-1。奧——貝球鐵成份與常規球鐵成份相同，球化劑和處理工藝也相同，其差別是必須進行等溫淬火處理，等溫淬火溫度不同時可分別獲得上貝氏體＋奧氏體，下貝氏＋奧氏體，下貝氏＋馬氏體等不同基體。這種鑄鐵成本高、生產難度較大，目前應用面雖在不斷擴大，但其總量並不大，被人們稱之為21世紀材料。2．球化劑的現狀球化劑是目前獲得球鐵的主要手段之一，在志包鋼稀土一廠共同完成國家攻關課題「稀土三劑系列化」時，我校課題組對世界上100多個球化劑生產廠，國內主要合金生產進行調研，取得了英、美、法、德、日、前蘇聯、印度等十幾個國家50多家合金生產廠的產品樣本及國內主要球化劑生產廠的產品樣本，為對比國內外球化劑性能及今後球化劑生產改進提供了依據。2．1球化劑的類型按生產方式分有下述幾種(1)球化劑的類型包括鎂硅系合金、稀土鎂硅系合金、鈣系合金(日本用的較多)，鎳鎂系合金、純鎂合金、稀土合金。上述合金中目前世界上用的最為廣泛的是稀土鎂硅鐵合金，但中國合金中RE/Mg的比值范圍大(0.5~2.2)，國外的合金RE/Mg的比值范圍小(0.1~0.3)。中國合金中稀土大於等於鎂含量的佔多數，小於鎂含量的佔少數，而國外(除前蘇聯一些合金外)球化劑合金中的稀土含量幾乎都小於鎂含量，因此稀土三劑系列化課題組建議除保留FeSlMg8E18外(此合金是效果優良的蠕化劑)，其它全部球化劑中RE/Mg≤1，隨後修訂的國家標准中採納了這個建議。鈣鎂球化劑主要是日本生產和應用，如日本信越(SHIN—ETSU)生產的鈣系合金NC5、NCl0、NCl5、NC20、NC25中鎂含量從4~28％變動，但鈣含量變化較小，其變化范圍為20~31%；此類合金白口傾向小，但要求處理溫度高，處理後渣量大。鎳鎂合金在美洲、歐洲均有應用，美國國際鎳公司生產的鎳鎂合金最高達82~85%，其中Mg、Ca分別為13~16，及20，鎳最低的57~61%(其中Mg4.0~4.5％，Ca<2.5，Fe32~36)。德國金屬化學公司生產的鎳鎂合金中Ni47~51％，Mgl5~17％，C1.0％Si28~32%,RE1.0%余Fe。這些合金的優點是比重大，反映平穩，鎳可起合金化作用，其特點是價格貴，這種合金在中國基本沒有應用。鎳硅系合金目前在中國基本上已不用。純鎂合金處理時要用專用的壓力加鎂包，鎂的吸收率高，但處理安全措施要極為嚴格，生產中應用比例較小。稀土是發明球鐵時使用的球化劑，它的發現推進了球鐵工業應用的進程。但價格高，白口傾向大，過量會使石墨變態，現在己不作為球化劑單獨使用，僅作為輔助球化元素。(2)壓塊狀球化劑用鎂粉和鐵粉及所設計的硅含量直接加壓成型，這種球化劑中含硅很低，通常稱為低硅壓塊狀球化劑，因而為後續的孕育提供了大的餘地，有利於生產鑄態球鐵，但這種合金易漂浮，處理效果波動大，處理時最好跟塊狀球化劑混合使用。(3)包芯線型球化劑將鎂粉、鐵粉包覆在薄鋼板或鋼板中，將其快速送入鐵水中達到球化目的，這種球化劑較貴，且設備投資大，但處理時合金吸收率高，因此處理球鐵的總成本幾乎沒有提高。(4)粉狀球化劑這種球化劑是俄羅斯的一個專利，使用時將鎂粉與抑制劑混合放入包內，並使鐵水從合金錶面上流過，逐層與合金反映達到球化效果，這種專門工藝稱之為MC。2．2球化劑的應用目前國內外在球鐵生產中主要應用火法冶煉的合金，壓塊球化劑、包芯線球化劑、粉狀球化劑應用的很少，火法冶煉的球化劑在生產中應用佔90％以上，目前這類合金中增加Ba、Ca、Cu、Ni等以達到控制基體目的，對合金中的氧化鎂含量已有限量指標。現對中國33個典型工廠和美國77個工廠生產球鐵工廠進行對比分析。中國33個工廠的基本情況是：33個工廠總計有36個熔爐，其中電爐(中頻、工頻、電弧爐)9個佔25％，沖天爐22個佔61％，沖天爐一電爐雙聯熔煉廠4個佔11％，高爐1個佔3％，球鐵處理溫度大於1500℃，4個佔11％，1450~1500℃，20個佔56％，1350~1400℃，6個佔16．7％，1300~1350℃，2個佔5.6%；大於1270℃1個佔2.7％；鐵水含硫量小於等於0．03％佔20％；處理方法中沖入法佔94％，噴吹法佔3％，壓力加鎂法3％，用量最大的6#合金Mg8RE8佔46％，其次為Mg8RE5佔37％，Mg9RE5佔11％。美國77個工廠的基本情況是：熔化設備沖天爐佔30%，感應電爐佔63％，球化處理溫度1482~1538℃佔75%；原鐵水在球化處理前有50％工廠採用預脫硫工藝，有90％的工廠S小於0．025%，球化處理方法中在美國大工廠中沖入法佔36％，而小廠(小於200噸/周)沖入法僅佔22％，壓入法、多孔塞法、型內處理法、Tundish蓋包法、壓力加鎂法則占絕大部分比重，使用的球化劑中含鎂大於％的佔8．2％Mg4~6％佔63．3，含鎂小於4％佔16．4％純鎂佔5％，其它的鎂合金佔8．2％。資料表明中國生產球鐵方面還有不小的差距，美國生產的電爐可保證球化處理所需要的高溫，一般經預脫硫，含硫量低，質量要優於我國處理球鐵的質量，因此處理球鐵可用低鎂、低稀土球化劑，而且質量控制也嚴格，包括使用衰退時間控制器。我國從90年到現在球化劑生產已有了很大變化，稀土鎂合金國家標准經過修訂，對合金中的RE作了重大調整，除保留Mg8RE18以外，其它合金中Mg/Re均大於1，工廠使用的合金中稀土量有所下降，Mg8RE5—7的合金應用大量增加，電爐也增加了不少，但原鐵水中的含硫量變化不大，預脫硫工藝未有效地推廣，因此我國球化劑中Mg、BE仍處在較高的水平上，新的球化處理工藝在我國推廣不多，如在美國佔有很大比例的Tundish蓋包法在我國幾乎還未得到應用，這些都是我國球鐵生產廠待解決的問題