灰鑄鐵和球墨鑄鐵的凝固過程,包括生核過程、初生奧氏體枝晶的析出過程以及亞共晶鑄鐵、過共晶鑄鐵、共晶鑄鐵的形成過程.闡述了初生奧氏體枝晶的形態(tài)和初生奧氏體枝晶對鑄鐵性能的影響以及對初生奧氏體枝晶的控制.分析了灰鑄鐵和球墨鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變過程以及石墨的晶核.終得出:(1)對于灰鑄鐵,組織中枝晶所占的體積分?jǐn)?shù)提高,鑄鐵的強(qiáng)度隨之提高;(2)對于球墨鑄鐵,初生奧氏體枝晶的數(shù)量和枝晶間距,對石墨球的形態(tài)、尺寸和分布狀況有重要的影響;(3)將w(Al)量控制在0.005％～0.01％,既促進(jìn)灰鑄鐵石墨生核,又不會誘發(fā)針孔缺陷;(4)采用含S、O的孕育劑可以使球化率提高、石墨球數(shù)增多、石墨球尺寸減小,從而提高球墨鑄鐵質(zhì)量.

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