球墨鑄鐵件作為重要的工程材料,在的很多的鑄件產(chǎn)量中有較大的比例并且生產(chǎn)技術(shù)也達(dá)到了一定的水平.但由于鑄造過(guò)程中的復(fù)雜性使得球墨鑄鐵件的質(zhì)量仍然存在著很多的問(wèn)題.為了更好地控制其生產(chǎn)質(zhì)量,本文根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際及當(dāng)前的關(guān)于球型石墨、晶體方面的形成、生長(zhǎng)理論,結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù),對(duì)金屬凝固過(guò)程的觀組織進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬仿真,也稱為凝固過(guò)程觀模擬,這個(gè)名稱是相對(duì)于凝固過(guò)程宏觀模擬而言的,具體是指在晶粒尺度上對(duì)金屬凝固過(guò)程進(jìn)行模擬仿真.本文根據(jù)熱力學(xué)、凝固原理等理論,建立了凝固過(guò)程中熱傳遞、溶質(zhì)傳遞和石墨球、奧氏體的形核、生長(zhǎng)進(jìn)行模擬,以能量小原理為基礎(chǔ),考慮體積自由能和界面能的定量影響,建立了晶粒生長(zhǎng)概率模型.根據(jù)所建立的模型,采用了Microsoft Visual C++ 6.0開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的三維模擬計(jì)算程序和二維動(dòng)態(tài)顯示程序.針對(duì)觀模擬計(jì)算量大的特點(diǎn),本文采用了局部區(qū)域模擬法,并相應(yīng)地解決了整體區(qū)域和局部區(qū)域之間的數(shù)據(jù)映射、局部區(qū)域的邊界處理、局部區(qū)域模擬結(jié)果的放大顯示等問(wèn)題.該方法通過(guò)僅對(duì)關(guān)鍵的局部區(qū)域模擬而有效地節(jié)省了計(jì)算量.針對(duì)球墨鑄鐵(成分為:碳含量為3.7﹪、硅含量為3.3﹪、錳含量小于0.4﹪)在砂型中的凝固過(guò)程,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究.使用編寫的模擬仿真軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的觀組織進(jìn)行了模擬,并把模擬的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,二二者基本吻合.

常用的耐熱材料主要有耐熱鋼和耐熱鑄鐵。耐熱鋼的耐熱性較好，力學(xué)性能較高，但成本較高。耐熱鑄鐵具有一定的力學(xué)性能，成本相對(duì)較低，但耐熱性不如耐熱鋼。本文以鉻含量為20%的高鉻鑄鐵為研究對(duì)象，采用加入稀土、硅的方法，研究對(duì)高鉻耐熱鑄鐵的影響。通過(guò)光學(xué)顯鏡，研究稀土、硅對(duì)高鉻白口鑄鐵組織的影響。對(duì)不同成分的高鉻鑄鐵進(jìn)行高溫氧化實(shí)驗(yàn)，計(jì)算其氧化速率，分析氧化膜的組成。并對(duì)不同成分的試樣進(jìn)行耐磨性、熱疲勞、硬度測(cè)試。研究結(jié)果表明： 稀土含量由0增加到0.60%，高鉻鑄鐵奧氏體由樹(shù)枝晶向柱狀晶和等軸晶轉(zhuǎn)變，碳化物由連續(xù)的網(wǎng)狀趨于塊狀和條狀發(fā)展；高鉻鑄鐵氧化速率從5.566mg·cm-2·h-1降到3.276mg·cm-2·h-1；磨損量由0.1521g降為0.1485g；高鉻鑄鐵鑄態(tài)硬度從45.2HRC增加到49.9HRC；將添加稀土的高鉻耐熱鑄鐵，在1100℃下進(jìn)行熱疲勞實(shí)驗(yàn)，試樣進(jìn)行40次反復(fù)加熱、冷卻，均未出現(xiàn)裂紋。
硅含量低于2.5%時(shí)，高鉻鑄鐵奧氏體枝晶較多，共晶碳化物的連續(xù)程度較高，以網(wǎng)狀或條狀存在。硅含量大于2.5%時(shí)，奧氏體枝晶減少，共晶碳化物顯著的細(xì)化，以細(xì)小的塊狀和粒狀形式存在，分布均勻；隨著硅含量的增加，氧化速率先下降后上升，硅含量在2.0%時(shí)，低為2.825mg·cm-2·h-1；隨著含硅量的增加，磨損量呈降低趨勢(shì)，小值為0.1468g；硅含量從1.5%增加到3.5%，高鉻鑄鐵鑄態(tài)硬度從49.3HRC增加到52.5HRC；將添加硅的高鉻耐熱鑄鐵，在1100℃下進(jìn)行熱疲勞實(shí)驗(yàn)，試樣進(jìn)行40次反復(fù)加熱、冷卻，均未出現(xiàn)裂紋。