由于球墨鑄鐵的凝固特點(diǎn)—糊狀凝固方式,所以縮松不僅是它的固有缺陷,而且,采用傳統(tǒng)的工藝,很難完全。生產(chǎn)中常采用加冷鐵或冷鐵加水冷等方法,這樣把表層的縮松趕到鑄件內(nèi)部,機(jī)械加工后,縮松就不會暴露出來。但是隨著對鑄件質(zhì)量要求的提高,客戶不僅對鑄件的外觀有要求,而且對鑄件內(nèi)在質(zhì)量的要求也不斷提高。對生產(chǎn)的鑄件要求進(jìn)行無損探傷,這樣躲在鑄件內(nèi)部的縮松就會被發(fā)現(xiàn)。因此,從根本上鑄件內(nèi)部的縮松缺陷是今后企業(yè)所希望達(dá)到的目標(biāo)。本課題深入研究球墨鑄鐵的凝固特點(diǎn)和縮孔、縮松的形成機(jī)理,擬采用一種新工藝,從根本上球墨鑄鐵件的縮松缺陷,以提高球墨鑄鐵件的整體質(zhì)量。
本文是采用多種合金成分配制成多種球墨鑄鐵復(fù)合除縮劑,添加到不同的試塊中,利用超聲波無損探傷技術(shù)檢測試塊內(nèi)部縮松缺陷變化;對其斷面的進(jìn)行宏觀組織觀察;利用金相顯鏡觀察和分析了其觀組織變化,并對試塊的布氏硬度、強(qiáng)度和延伸率進(jìn)行了測定。 研究結(jié)果表明:通過改變除縮劑成分可減少或完全球墨鑄鐵鑄件內(nèi)部的縮松缺陷:C型除縮劑能夠完全球墨鑄鐵鑄件內(nèi)部的縮松缺陷,效果好。D型和H型除縮劑可以明顯減少鑄件內(nèi)部的縮松缺陷,G型和I型除縮劑使球墨鑄鐵鑄件內(nèi)部的縮松缺陷明顯向上表面集中。曲軸試塊豎置時,隨著加入量的增加,縮松缺陷整體向上表面集中,縮松缺陷面積先逐漸減少后又逐漸增加,不能完全曲軸試塊內(nèi)部的縮松缺陷;曲軸試塊橫置時,底部左右兩側(cè)添加除縮劑并配合頂部加冒口的工藝方案,可完全球墨鑄鐵鑄件內(nèi)部的縮松缺陷。各種球墨鑄鐵復(fù)合除縮劑對石墨的球化程度、鑄件的力學(xué)性能及珠光體含量均無明顯影響,但可使鑄件局部晶粒細(xì)化。

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,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,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

在選擇鑄鐵生產(chǎn)熔煉設(shè)備時可以以小代大，使用較小容量的中頻感應(yīng)爐代替較大容量的工頻感應(yīng)爐創(chuàng)造條件，中頻爐取代工頻爐既減少了用地，又降低了投資，也保證了鐵液的連續(xù)供應(yīng)，對于連續(xù)作業(yè)、生產(chǎn)能力較大的鑄鐵生產(chǎn)均十分有利。將中頻感應(yīng)爐用于連續(xù)鑄造或離心鑄造球墨鑄鐵管生產(chǎn)的鐵液熔煉，用它取代沖天爐，或與高爐、沖天爐進(jìn)行雙聯(lián)，其生產(chǎn)能力將可得到充分發(fā)揮。例如，國內(nèi)有1個離心球墨鑄鐵管生產(chǎn)廠家，就是采用了10t中頻感應(yīng)爐與高爐雙聯(lián)工藝，對鐵液進(jìn)行升溫和調(diào)整成分，將貯存的高爐鐵液從1300℃升溫到1520℃，大約需要27min。該爐頻率100～200Hz，功率為2500kW。
應(yīng)該提到的是，配有雙供電電源與控制系統(tǒng)的中頻感應(yīng)爐，即使在1臺爐子烘爐時，也能保證另1臺爐子正常生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)鐵液的及時連續(xù)供應(yīng)，這也是工頻感應(yīng)爐無法比擬的。首鋼鑄造廠1變2爐實(shí)踐證明，2臺10t工頻感應(yīng)爐使用1套電源供電，在1臺爐子烘爐時，另1臺爐子也不能生產(chǎn)。如果1次烘爐約需3天時間，則1年當(dāng)中約1個月不能生產(chǎn)，影響極大。為了實(shí)現(xiàn)能夠連續(xù)生產(chǎn)的目的，1是增加工頻感應(yīng)爐數(shù)量，2是增加1套烘爐電源設(shè)備。首鋼鑄造廠在建設(shè)離心球墨鑄鐵管車間時，就是在原有1變2爐基礎(chǔ)上增加1臺工頻感應(yīng)爐及相應(yīng)的電源設(shè)備；國內(nèi)另1個離心球墨鑄鐵管生產(chǎn)廠家則在原有1變2爐基礎(chǔ)上，擬增加1套烘爐電源設(shè)備。無論采用如上所說的哪種措施，都要增加相應(yīng)的設(shè)備與設(shè)施，也就增加了占地與投資。中頻感應(yīng)爐雙供電電源與控制系統(tǒng)的應(yīng)用，不但同時保證了熔煉和保溫，也同時實(shí)現(xiàn)了烘爐不停產(chǎn)。