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(guó)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(guó)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(guó)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。

球墨鑄鐵是工業(yè)上應(yīng)用廣泛的金屬材料之球墨鑄鐵以其度、高塑韌性、良好的抗疲勞能力和鑄造性能以及較低的生產(chǎn)成本而應(yīng)用越來越廣泛,并逐步替代鑄鋼件。孕育處理是球鐵生產(chǎn)中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié),其目的在于增加石墨球的數(shù)量、提高其圓整度、細(xì)化石墨球、防止球化衰退、降低白口傾向、防止在共晶團(tuán)間形成自由滲碳體等。 球墨鑄鐵在生產(chǎn)中普遍應(yīng)用的孕育劑是75硅鐵,但其孕育效果較差,為自由滲碳體,需要加入量較大,然而為了控制終硅量,則必須降低原鐵水的含硅量,這就給回爐料的利用帶來了一定難度。而孕育效果非常強(qiáng)的孕育劑,加入較少的量就能達(dá)到和普通孕育劑相同的孕育效果,而且增硅也少,這樣就可以適當(dāng)?shù)靥岣咴F水的含硅量,進(jìn)而提高了對(duì)回爐料的利用率,從而降低生產(chǎn)成本。
本論文通過反復(fù)試驗(yàn)研制出一種由Fe2OFeS、Bi2OCaSi四種物質(zhì)組成的新型復(fù)合孕育劑,為了確定孕育劑中各種物質(zhì)的佳成分配比,我們通過向牌號(hào)為QT500-7的球鐵鐵水中加入此種孕育劑進(jìn)行了三因素三水平的正交試驗(yàn)。通過對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析確定出孕育劑中各成分的佳配比。然后繼續(xù)探討了這種新型孕育劑對(duì)球墨鑄鐵觀組織和力學(xué)性能的影響。 研究結(jié)果表明,新型復(fù)合孕育劑的主要成分組成為：Bi%,余量為Ca,其加入量為鑄件重量的0.1wt%,在向牌號(hào)為QT450-10的球鐵鐵水中加入此種新型孕育劑后球鐵組織中的石墨球數(shù)明顯增多,由264個(gè)/mmm2增加至325個(gè)/mm石墨球數(shù)的增多有助于鐵素體含量的增加,另外球化級(jí)別也由添加前的4級(jí)提高到3級(jí),從而使鑄件達(dá)到較好的綜合力學(xué)性能,尤其是伸長(zhǎng)率得到了很大的提高

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(guó)外產(chǎn)品