球墨鑄鐵件作為重要的工程材料,在的很多的鑄件產(chǎn)量中有較大的比例并且生產(chǎn)技術(shù)也達(dá)到了一定的水平.但由于鑄造過程中的復(fù)雜性使得球墨鑄鐵件的質(zhì)量仍然存在著很多的問題.為了更好地控制其生產(chǎn)質(zhì)量,本文根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際及當(dāng)前的關(guān)于球型石墨、晶體方面的形成、生長(zhǎng)理論,結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù),對(duì)金屬凝固過程的觀組織進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬仿真,也稱為凝固過程觀模擬,這個(gè)名稱是相對(duì)于凝固過程宏觀模擬而言的,具體是指在晶粒尺度上對(duì)金屬凝固過程進(jìn)行模擬仿真.本文根據(jù)熱力學(xué)、凝固原理等理論,建立了凝固過程中熱傳遞、溶質(zhì)傳遞和石墨球、奧氏體的形核、生長(zhǎng)進(jìn)行模擬,以能量小原理為基礎(chǔ),考慮體積自由能和界面能的定量影響,建立了晶粒生長(zhǎng)概率模型.根據(jù)所建立的模型,采用了Microsoft Visual C++ 6.0開發(fā)平臺(tái)開發(fā)了相應(yīng)的三維模擬計(jì)算程序和二維動(dòng)態(tài)顯示程序.針對(duì)觀模擬計(jì)算量大的特點(diǎn),本文采用了局部區(qū)域模擬法,并相應(yīng)地解決了整體區(qū)域和局部區(qū)域之間的數(shù)據(jù)映射、局部區(qū)域的邊界處理、局部區(qū)域模擬結(jié)果的放大顯示等問題.該方法通過僅對(duì)關(guān)鍵的局部區(qū)域模擬而有效地節(jié)省了計(jì)算量.針對(duì)球墨鑄鐵(成分為:碳含量為3.7﹪、硅含量為3.3﹪、錳含量小于0.4﹪)在砂型中的凝固過程,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究.使用編寫的模擬仿真軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的觀組織進(jìn)行了模擬,并把模擬的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,二二者基本吻合.

鐵水的冶金狀態(tài)對(duì)球化孕育處理效果及鑄造缺陷形成傾向有重要影響,研究基于原鐵水冶金狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)的球化孕育處理工藝的優(yōu)化控制與調(diào)節(jié)方法.選取有效特征參數(shù)表征原鐵水冶金狀態(tài),并建立一個(gè)綜合評(píng)價(jià)模型用于實(shí)際生產(chǎn)過程中原鐵水合格冶金狀態(tài)確定和球化劑添加量的精準(zhǔn)計(jì)算.在球化處理、孕育處理和鑄件澆注之前,均設(shè)置球化、孕育效果測(cè)評(píng)與調(diào)控環(huán)節(jié),以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制.動(dòng)態(tài)調(diào)控系統(tǒng)主要由原鐵水冶金狀態(tài)調(diào)控子系統(tǒng)、球化處理與效果調(diào)控子系統(tǒng)、孕育處理與效果調(diào)控子系統(tǒng)和鐵水球化孕育終調(diào)子系統(tǒng)構(gòu)成.經(jīng)實(shí)驗(yàn)室條件下模擬運(yùn)行證明,基于原鐵水冶金狀態(tài)評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)調(diào)控方法及系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)球墨鑄鐵球化孕育處理的優(yōu)化控制.
Mn、S對(duì)灰鑄鐵性能的影響及二者之間的平衡關(guān)系,對(duì)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:(1)S對(duì)灰鑄鐵的組織和性能的影響較大,尤其是在感應(yīng)電爐熔煉的條件下,鐵液中的w(S)量控制在0.06％～0.12％,強(qiáng)度、硬度好,白口傾向小,A型石墨增多,D、E型石墨減少,斷面均勻性得到改善;(2)灰鑄鐵中的w(Mn)量不宜超過0.8％,超過一定量后會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度下降;(3)Mn和S在灰鑄鐵中不能單純看作雜質(zhì)元素,對(duì)控制鑄件所需的佳顯組織和強(qiáng)度、防止某些缺陷都是必需的,S和Mn需保持正確的比例關(guān)系,在灰鑄鐵中應(yīng)滿足w(Mn)=1.7w(S)+a,且a值保持在0.5％～0.6％,效果好.