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(chēng)為凝固過(guò)程觀模擬,這個(gè)名稱(chēng)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(xiě)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.

在電爐灰鐵鐵水中通過(guò)加入增S劑形成一定量的MnS，作為異質(zhì)核心，提高孕育效果，這從理論來(lái)說(shuō)是正確的，但是近年來(lái)大多數(shù)文獻(xiàn)資料所說(shuō)，電爐高牌號(hào)灰鐵的含S量需控制在0.05-0.10%比較合適，然而許多工廠(chǎng)的實(shí)踐證明，當(dāng)含Mn量在1%左右時(shí)，若鑄件成分分析含S量超過(guò)0.05%，鑄件就開(kāi)始產(chǎn)生縮孔缺陷，當(dāng)含S量超過(guò)0.07%時(shí)就會(huì)發(fā)生批量縮孔，這種現(xiàn)象如何解釋呢？
灰鑄鐵中的S有兩種存在形式，一種是單質(zhì)，另一種是化合狀態(tài)的MnS，灰鐵中起結(jié)晶核心作用的硫，主要是化合狀態(tài)的MnS，我們現(xiàn)在的化驗(yàn)手段（無(wú)論是化學(xué)分析還是光譜分析），都只能分析出鑄件和鐵水中單質(zhì)狀態(tài)而以化合狀態(tài)（MnS）存在的S是化驗(yàn)不出來(lái)的。當(dāng)單質(zhì)S含量超過(guò)0.05%時(shí)，化合態(tài)的S含量就比較高了，此時(shí)的鐵水中： MnO+FeS=MnS+FeO，F(xiàn)eO+C=Fe+CO,或2FeO+C=2Fe+CO這時(shí)鐵水在凝固過(guò)程中就在析出CO或CO2的同時(shí)產(chǎn)生部分棕色的MnS粉沫，形成鐵渣反應(yīng)氣縮孔。只要具備一定的條件，這種氣縮孔，不僅在電爐鐵水也在沖天爐鐵水中發(fā)生。其實(shí)我們?cè)陔姞t熔化過(guò)程中，已經(jīng)增加了一部分硫，這些硫來(lái)自于：由回爐的澆注系統(tǒng)帶來(lái)，澆注系統(tǒng)中的硫磷含量遠(yuǎn)高于鑄件中的含量;生鐵中的硫，一般生鐵中的硫含量是不高的，而我們購(gòu)買(mǎi)的普通生鐵上面都攜帶不同程度的爐渣（拉圾），我們是不會(huì)化驗(yàn)的，但這些拉圾卻含有較高的硫磷，會(huì)帶入爐內(nèi);廢鋼和生鐵等爐料的鐵銹，氧化鐵含量較高，進(jìn)入鐵水中會(huì)增加硫的吸收率。在這樣的情況下，如果我們?cè)傺a(bǔ)加硫化鐵來(lái)就過(guò)分了。實(shí)際生產(chǎn)高牌號(hào)灰鑄鐵件時(shí)，鐵水中的單質(zhì)S控制在0.03-0.05%之間為妥