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(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(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

近些年來，由于對灰鑄鐵的強(qiáng)度要求越來越高，灰鑄鐵的組織特征發(fā)生了很大的變化，也帶來了度灰鑄鐵切削加工性能變差這一普遍關(guān)注的問題。度灰鑄鐵的切削加工性能較差，其主要原因與其組織組成相中石墨的形態(tài)、數(shù)量、尺寸、分布以及珠光體基體的特征相關(guān)。 本文通過調(diào)整Si/C比、合金化元素加入量以及改變孕育劑種類來影響灰鑄鐵的石墨、珠光體以及初生奧氏體形態(tài)，從而獲得更高的抗拉強(qiáng)度以及更好的切削加工性能。 從金相組織方面，提高Si/C比會減少石墨數(shù)量，增強(qiáng)基體強(qiáng)度；加入合金化元素進(jìn)行變質(zhì)可以使石墨變得更加彎曲細(xì)小，并能夠提高基體強(qiáng)度。從灰鑄鐵的力學(xué)性能上來看，提高Si/C比能大幅提高其力學(xué)性能，隨著合金化元素加入量的提高也可以提高其力學(xué)性能，在考察的孕育劑中，硅鋯錳孕育劑提高力學(xué)性能的效果佳。
從加工性能上看來，提高Si/C比使加工性能嚴(yán)重惡化，隨著合金化元素加入量增加，加工性能先提高后降低，在考察的孕育劑中，硅鋯錳孕育劑提高加工性能和力學(xué)性能的效果也為佳。 通過分析拉伸過程以及切削加工過程中度灰鑄鐵的石墨變形規(guī)律，揭示出石墨對度灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度與加工性能的影響機(jī)制。在拉伸過程中，石墨作為夾雜分布在集體組織中，石墨形態(tài)對度灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度有很大的影響。石墨越彎曲，石墨端部角度越鈍，抗拉強(qiáng)度越好。在切削加工過程中，由于剪切力的作用，度灰鑄鐵組織中的石墨將發(fā)生規(guī)律性的變形，增加石墨的數(shù)量能夠減輕切削加工過程中的抗力、降低刀具的磨損，改善度灰鑄鐵的切削加工性能。通過石墨對度灰鑄鐵的性能影響的研究，