隨著合金價格的提高,生產(chǎn)成本不斷增加。為降低生產(chǎn)成本,本課題在HT250材質(zhì)的基礎(chǔ)上,采用氮、鈦、鈮對鐵液進行合金化,通過金相組織觀察、SEM分析、EDS分析、拉伸試驗和硬度試驗,研究了氮、鈦、鈮對灰鑄鐵組織及性能的影響規(guī)律。 試驗結(jié)果表明,含氮量為0.0055%～0.013%、含錳量為1.0%-1.36%時,試樣的金相組織為A型石墨+細片狀珠光體+少量鐵素體。隨著含氮、錳量的增加：片狀石墨長度變短、寬度稍有增加,彎曲程度加大,石墨端部鈍化,對基體的割裂作用減弱；細片狀珠光體含量略有增加,珠光體層片間距減小；試樣的抗拉強度和硬度逐漸增大,當(dāng)含氮量為0.012%、含錳量為1.24%時,試樣的抗拉強度和硬度達到大值,分別為395MPa和260HBW。當(dāng)鐵液中含氮量≥0.011%時,鑄件表面下開始出現(xiàn)氣孔缺陷。 在適當(dāng)含氮量(0.0080%左右)基礎(chǔ)上,含鈦量在0.055%-0.149%范圍內(nèi)時,試樣的金相組織為A型和D型石墨+珠光體+少量鐵素體。隨著含鈦量的增加：A型石墨減少,D型石墨增多；鐵素體的含量增多,珠光體的含量減少。
試樣的抗拉強度呈現(xiàn)降低的趨勢,當(dāng)含鈦量為0.149%時,試樣的抗拉強度小,為230MPa；而試樣的布氏硬度略有增加,當(dāng)含鈦量為0.149%時,試樣的布氏硬度大,為219HBW。鈦在含氮灰鑄鐵中的存在形式有以下兩種：少部分固溶于基體中,呈均勻分布；大部分與鐵液中的碳、氮形成鈦的碳氮化物,并多以三角形、四邊形及帶棱角的不規(guī)則塊狀鑲嵌于基體之中,呈彌散分布。

開發(fā)適合于大型鋼錠模的蠕鐵材質(zhì)及生產(chǎn)工藝。對比研究了REMg、YSBM-YSBM-YSBM-A四種蠕化劑對厚大斷面蠕鐵組織和性能的影響。研究結(jié)果表明,重稀土蠕化劑(YSBM的具有良好的蠕化效果和抗衰退能力,采用該蠕化劑處理400mm×400mm×450mm模擬試塊中心部位的蠕化率達到85%,試塊的組織均勻性較好,抗拉性能達到315MPa,延伸率達到3.3%,滿足鋼錠模材質(zhì)的要求。冷鐵可顯著縮短厚大斷面蠕鐵的凝固時間、提高試塊中心的蠕化率,在相同蠕化處理條件下模擬試塊中心部位的蠕化率由未加冷鐵的35%提高到55%,破碎石墨的數(shù)量明顯減少,獲得了均勻分布的蠕墨和晶粒細小的基體組織。蠕鐵72小時的平均氧化增重為3.14g/(m2,顯著低于灰鐵的4.76g/(m2;700℃至室溫的水淬試驗中,蠕鐵的平均熱疲勞壽命為42次,高于灰鐵的30次。 利用華鑄CAE模擬優(yōu)化的結(jié)果,采用雨淋式工藝,成功生產(chǎn)出48t鋼錠模。鋼錠模附鑄塊的蠕化率達到85%,抗拉強度為350MPa,延伸率為7.5%,達到了RuT300的水平。420t鋼錠模的優(yōu)化工藝為上、下雙澆注系統(tǒng),上澆注系統(tǒng)為雨淋式,下澆注系統(tǒng)為二級底注式,澆注溫度1300℃～1320℃。
選取由石墨和不同基體組織組成的灰鑄鐵作為研究材料,根據(jù)定量檢測標(biāo)準(zhǔn)選取放大倍數(shù)為100×、200×和500×進行金相圖像的采集。利用數(shù)字圖像處理技術(shù)對采集到的金相圖像進行處理,實現(xiàn)灰鑄鐵金相分析。并得到以下成果和結(jié)論: 對灰鑄鐵金相圖像出現(xiàn)的亮度不均勻現(xiàn)象,利用空域陰影校對金相圖像進行亮度不均勻校正;利用小波變換與均值濾波相結(jié)合的算法對灰鑄鐵金相圖像進行去噪處理,并取得了較好的結(jié)果。