開(kāi)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(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(chē)頂蓋模具在消失模工藝下充型過(guò)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(kāi)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

通過(guò)對(duì)高鉻鑄鐵沖擊斷口形貌及磨損表面形貌的觀察分析發(fā)現(xiàn),高鉻鑄鐵的斷裂屬于脆性斷裂,磨損機(jī)制以磨粒磨損為主。等溫淬火處理后的高鉻鑄鐵試樣磨損性能明顯優(yōu)于常規(guī)熱處理后的試樣,具有較好的耐磨性能。
加氮后的高鉻鑄鐵性能有了明顯的。其中在熱處理制度為1020℃空淬+510℃回火時(shí)，加氮量0.07%的高鉻鑄鐵韌性可達(dá)6.4J/cm硬度為61.5HRC。當(dāng)加氮量增加時(shí)韌性會(huì)相應(yīng)降低，硬度提高。通過(guò)Factsage軟件模擬相圖得知，氮能夠擴(kuò)大奧氏體區(qū)域，加氮量越多常溫下組織中殘留的奧氏體量越多。用Image-Pro Plus軟件對(duì)碳化物形貌分析得出氮能夠降低碳化物尺寸，同時(shí)增加碳化物數(shù)量，當(dāng)加入過(guò)多的氮時(shí)碳化物反而變得粗大。 改變回火溫度會(huì)對(duì)高鉻鑄鐵的性能產(chǎn)生影響。當(dāng)回火溫度提高時(shí)高鉻鑄鐵的韌性上升，硬度下降。回火溫度提高到530℃時(shí)，加氮量為0.07%的高鉻鑄鐵韌性為6.6J/cm硬度降低到55HRC。降低淬火溫度可以提高高鉻鑄鐵的韌性，當(dāng)淬火溫度為980℃時(shí)，加氮量為0.07%的高鉻鑄鐵韌性達(dá)到高7.2J/cm硬度保持在60.5HRC，此時(shí)的綜合性能佳。
高鉻鑄鐵是高鉻白口抗磨鑄鐵的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種性能優(yōu)良而受到特別重視的抗磨材料。它以比合金鋼高得多的耐磨性，和比一般白口鑄鐵高得多的韌性、強(qiáng)度，同時(shí)它還兼有良好的抗高溫和抗腐蝕性能，加之生產(chǎn)便捷、成本適中，而被譽(yù)為當(dāng)代優(yōu)良的抗磨料磨損材料之高鉻鑄鐵屬金屬耐磨材料、抗磨鑄鐵類(lèi)鉻系抗磨鑄鐵的一個(gè)重要分支，是繼普通白口鑄鐵、鎳硬鑄鐵而發(fā)展起來(lái)的第三代白口鑄鐵。早在1917年就出現(xiàn)了個(gè)高鉻鑄鐵。