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

為了提高爐篦條的強(qiáng)度和耐蝕性能, 對其成分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。高鉻鑄鐵中加入適量的Al和Si,以提高其抗氧化性,此外還加入適量Zr使其組織細(xì)化,有利于高鉻鑄鐵力學(xué)性能的大幅度提高,終提高高鉻鑄鐵篦條使用性能。此外,篦條制造中還采用了過濾處理工藝,以減少鑄造組織中的夾雜物數(shù)量,提高鑄鐵的強(qiáng)度、韌性和抗氧化性。國產(chǎn)改進(jìn)型高鉻鑄鐵篦條在450 m2大型燒結(jié)機(jī)臺(tái)車上使用,篦條消耗9-12 g使用壽命超過3年。
隨著工業(yè)的發(fā)展,耐磨金屬的需求量越來越大,同時(shí)對耐磨金屬的性能也提出了新的要求。但是一種材料同時(shí)具有高韌性和度的性能很難實(shí)現(xiàn),而雙金屬復(fù)合材料正好滿足這些要求。雙金屬復(fù)合材料可用于表面要求良好的耐磨性、整體要求具有很高的韌性、而采用單一材料無法滿足的重要部件。 針對球磨機(jī)用襯板的工況要求,選取高鉻鑄鐵與ZG230-450鋼進(jìn)行復(fù)合鑄造,以達(dá)到抗磨損性、抗腐蝕性良好的目的,同時(shí)復(fù)合的雙金屬應(yīng)具有優(yōu)異的性、強(qiáng)度、延展性和斷裂韌性等綜合的機(jī)械性能。 本文以球磨機(jī)復(fù)合襯板為研發(fā)目標(biāo),主要針對復(fù)合鑄造工藝以及高鉻鑄鐵的冶煉和熱處理工藝進(jìn)行研究。進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室中試和大生產(chǎn)試制研究,采用金相組織觀察和力學(xué)性能測試等方法,對復(fù)合襯板進(jìn)行了研究,得到以下主要結(jié)論: 選擇Cr15型高鉻鑄鐵作為復(fù)合襯板耐磨層,其鑄態(tài)組織為:基體為枝晶奧氏體,枝晶間為M_7C_3型共晶碳化物,有少量萊氏體共晶組織(M_3C型碳化物+奧氏體),具有良好的耐磨性.
當(dāng)采用等溫淬火熱處理時(shí),通過等溫淬火熱處理工藝可使高鉻鑄鐵得到馬氏體與針狀下貝氏體為主的基體組織,下貝氏的硬度接近馬氏體,而韌性優(yōu)于馬氏體,從而使得高鉻鑄鐵獲得較好的沖擊韌性。