球墨鑄鐵以其優(yōu)良的性能，在使用中有時(shí)可以代替昂貴的鑄鋼和鍛鋼，在機(jī)械制造工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。冶金行業(yè)過去一直認(rèn)為球墨鑄鐵是英國人于1947年發(fā)明的。西方某些學(xué)者甚至聲稱，沒有現(xiàn)代科技手段，發(fā)明球墨鑄鐵是不可想象的。1981年，我國球鐵專家采用現(xiàn)代科學(xué)手段，對(duì)出土的513件古漢魏鐵器進(jìn)行研究，通過大量的數(shù)據(jù)斷定漢代我國就出現(xiàn)了球狀石墨鑄鐵。墨鑄鐵是通過球化和孕育處理得到球狀石墨，有效地提高了鑄鐵的機(jī)械性能，特別是提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強(qiáng)度。球墨鑄鐵是20世紀(jì)五十年展起來的一種度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼，正是基于其優(yōu)異的性能，已成功地用于鑄造一些受力復(fù)雜，強(qiáng)度、韌性、耐磨性要求較高的零件。球墨鑄鐵已迅速發(fā)展為僅次于灰鑄鐵的、應(yīng)用十分廣泛的鑄鐵材料。所謂“以鐵代鋼”，主要指球墨鑄鐵。

開發(fā)新型高性能球墨鑄鐵中大型沖壓件模具材料來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)無損探傷測(cè)試,模具鑄件無縮孔,符合中大型沖壓件模具的性能要求,完全能夠代替國外產(chǎn)品

QT600-3齒的技術(shù)要求和生產(chǎn)工藝.鑄件質(zhì)量55 kg,外徑460 mm,主要壁厚50 mm;抗拉強(qiáng)度要求與常規(guī)球鐵牌號(hào)QT600-3相同,但伸長率要求提高到8％,金相組織要求單位面積球數(shù)不少于120個(gè)/mm用呋喃樹脂砂造型,鑄造工藝為:鑄件底部設(shè)4道內(nèi)澆道,鑄件頂面中心設(shè)保溫冒口,熱節(jié)部位設(shè)隨形冷鐵.鐵液熔煉、澆注工藝為:采用中頻感應(yīng)爐化鐵,RE-Mg球化劑蓋包法球化處理以及多次孕育處理;澆注后在澆口杯頂面覆蓋干砂保溫,并延長保溫時(shí)間.試制結(jié)果顯示,齒輪力學(xué)性能、金相組織均符合要求,鑄件解剖未發(fā)現(xiàn)缺陷.
750泵體鑄件材料牌號(hào)為QT600-質(zhì)量10190kg,主要壁厚75 mm,大壁厚150 mm,鑄件要求進(jìn)行超聲波探傷,不允許有縮孔、縮松、夾渣及其它夾雜物.原工藝為:采用呋喃樹脂砂造型,鑄件設(shè)置環(huán)形澆注系統(tǒng),內(nèi)澆道厚度較大,鑄件頂部設(shè)置4個(gè)冷冒口,結(jié)果鑄件多處產(chǎn)生較嚴(yán)重的縮孔、縮松和夾渣缺陷.后來通過反復(fù)試驗(yàn),采用無冒口鑄造工藝,將冷冒口去除,改為薄片形排氣片,選擇恰當(dāng)?shù)臐沧囟?提高鑄型剛度和使用大量的冷鐵,利用石墨化膨脹和砂芯熱膨脹進(jìn)行補(bǔ)縮,并將內(nèi)澆道改為扁薄形,提高擋渣能力,終了上述缺陷,鑄件質(zhì)量完全達(dá)到客戶要求.
Zn對(duì)球墨鑄鐵和灰鑄鐵力學(xué)性能影響的研究方法.利用自制的300 kg中頻感應(yīng)電爐熔化鐵液300 kg.原材料采用80％的#20廢鋼+20％的Q10生鐵.隨流加入無As鋅粒.加入量分別為0.1％、0.25％、0.5％、1％,共5組,每組對(duì)應(yīng)澆注灰鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)試棒2根、白口試樣1個(gè),球墨鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)試樣2根、收縮試樣1個(gè).結(jié)果表明:對(duì)于灰鑄鐵,加入純Zn,會(huì)增加材料的白口傾向;對(duì)于球墨鑄鐵,在w(Zn)量達(dá)到0.063％的情況下,開始出現(xiàn)蠕蟲狀石墨,Zn元素對(duì)球墨鑄鐵的收縮傾向沒有影響.通過對(duì)加入不同比例的車身廢鋼進(jìn)行試驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)雖然帶入的w(Zn)量很高,但對(duì)材料的組織和力學(xué)性能也無明顯影響.