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)金屬凝固過程的觀組織進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬仿真,也稱為凝固過程觀模擬,這個(gè)名稱是相對(duì)于凝固過程宏觀模擬而言的,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開發(fā)平臺(tái)開發(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)果的放大顯示等問題.該方法通過僅對(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.

灰鑄鐵和球墨鑄鐵的凝固過程,包括生核過程、初生奧氏體枝晶的析出過程以及亞共晶鑄鐵、過共晶鑄鐵、共晶鑄鐵的形成過程.闡述了初生奧氏體枝晶的形態(tài)和初生奧氏體枝晶對(duì)鑄鐵性能的影響以及對(duì)初生奧氏體枝晶的控制.分析了灰鑄鐵和球墨鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變過程以及石墨的晶核.終得出:(1)對(duì)于灰鑄鐵,組織中枝晶所占的體積分?jǐn)?shù)提高,鑄鐵的強(qiáng)度隨之提高;(2)對(duì)于球墨鑄鐵,初生奧氏體枝晶的數(shù)量和枝晶間距,對(duì)石墨球的形態(tài)、尺寸和分布狀況有重要的影響;(3)將w(Al)量控制在0.005％～0.01％,既促進(jìn)灰鑄鐵石墨生核,又不會(huì)誘發(fā)針孔缺陷;(4)采用含S、O的孕育劑可以使球化率提高、石墨球數(shù)增多、石墨球尺寸減小,從而提高球墨鑄鐵質(zhì)量.