開發(fā)新型高性能球墨鑄鐵中大型沖壓件模具材料來(lái)替代鍛造合金鋼及其它高合金鑄鐵等沖壓件模具材料。在消失模工藝條件下通過向普通球墨鑄鐵中加入Cu、Sb元素的方法制備了度合金化球墨鑄鐵,并采用Procast軟件對(duì)中大型沖壓件模具充型過程進(jìn)行模擬。系統(tǒng)研究了Cu、Sb元素對(duì)球墨鑄鐵的觀組織和性能的影響規(guī)律。組織觀察表明,隨著Cu含量的增加,珠光體含量增加。當(dāng)Cu含量一定時(shí),隨著Sb含量的增加,珠光體含量進(jìn)一步增加。機(jī)械性能測(cè)試表明,Cu、Sb合金化元素能夠明顯地提高球墨鑄鐵的強(qiáng)度和硬度等機(jī)械性能,但導(dǎo)致延伸率略有下降。 采用該種新材料結(jié)合消失模鑄造技術(shù)開發(fā)研制了大型球墨鑄鐵沖壓件模具毛坯,實(shí)現(xiàn)了大型沖壓件模具的一次近終成型。
   該工藝具有成本較低、毛坯尺寸精度高、環(huán)保特性好、鑄造效率高等特點(diǎn),開創(chuàng)了消失模鑄造工藝新的應(yīng)用領(lǐng)域。 在消失模工藝條件下,采用BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)建立了Cu、Sb合金化球墨鑄鐵合金成分與觀組織及性能之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好,該模型具有正確性和一定的實(shí)用性。 采用Procast軟件對(duì)轎車頂蓋模具在消失模工藝下充型過程進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果表明:該材料在消失模工藝條件下,采用雙側(cè)澆注系統(tǒng)時(shí),當(dāng)真空負(fù)壓值為0.07MPa,澆注溫度為1450℃,可以獲得優(yōu)質(zhì)無(wú)缺陷的模具鑄件,模擬結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相吻合。 采用本研究所開發(fā)的新型度球墨鑄鐵材料,在消失模工藝下研制了多種中大型沖壓件模具,經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證具有良好的機(jī)械性能,抗拉強(qiáng)度大于710MPa,硬度可達(dá)230-280HB,延伸率可達(dá)3-5%,基體中珠光體含量大于90%,經(jīng)無(wú)損探傷測(cè)試,模具鑄件無(wú)縮孔,符合中大型沖壓件模具的性能要求,完全能夠代替國(guó)外產(chǎn)品

近些年來(lái)，由于對(duì)灰鑄鐵的強(qiáng)度要求越來(lái)越高，灰鑄鐵的組織特征發(fā)生了很大的變化，也帶來(lái)了度灰鑄鐵切削加工性能變差這一普遍關(guān)注的問題。度灰鑄鐵的切削加工性能較差，其主要原因與其組織組成相中石墨的形態(tài)、數(shù)量、尺寸、分布以及珠光體基體的特征相關(guān)。 本文通過調(diào)整Si/C比、合金化元素加入量以及改變?cè)杏齽┓N類來(lái)影響灰鑄鐵的石墨、珠光體以及初生奧氏體形態(tài)，從而獲得更高的抗拉強(qiáng)度以及更好的切削加工性能。 從金相組織方面，提高Si/C比會(huì)減少石墨數(shù)量，增強(qiáng)基體強(qiáng)度；加入合金化元素進(jìn)行變質(zhì)可以使石墨變得更加彎曲細(xì)小，并能夠提高基體強(qiáng)度。從灰鑄鐵的力學(xué)性能上來(lái)看，提高Si/C比能大幅提高其力學(xué)性能，隨著合金化元素加入量的提高也可以提高其力學(xué)性能，在考察的孕育劑中，硅鋯錳孕育劑提高力學(xué)性能的效果佳。
從加工性能上看來(lái)，提高Si/C比使加工性能嚴(yán)重惡化，隨著合金化元素加入量增加，加工性能先提高后降低，在考察的孕育劑中，硅鋯錳孕育劑提高加工性能和力學(xué)性能的效果也為佳。 通過分析拉伸過程以及切削加工過程中度灰鑄鐵的石墨變形規(guī)律，揭示出石墨對(duì)度灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度與加工性能的影響機(jī)制。在拉伸過程中，石墨作為夾雜分布在集體組織中，石墨形態(tài)對(duì)度灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度有很大的影響。石墨越彎曲，石墨端部角度越鈍，抗拉強(qiáng)度越好。在切削加工過程中，由于剪切力的作用，度灰鑄鐵組織中的石墨將發(fā)生規(guī)律性的變形，增加石墨的數(shù)量能夠減輕切削加工過程中的抗力、降低刀具的磨損，改善度灰鑄鐵的切削加工性能。通過石墨對(duì)度灰鑄鐵的性能影響的研究，