球墨鑄鐵件作為重要的工程材料,在的很多的鑄件產量中有較大的比例并且生產技術也達到了一定的水平.但由于鑄造過程中的復雜性使得球墨鑄鐵件的質量仍然存在著很多的問題.為了更好地控制其生產質量,本文根據生產實際及當前的關于球型石墨、晶體方面的形成、生長理論,結合先進的計算機技術,對金屬凝固過程的觀組織進行了計算機模擬仿真,也稱為凝固過程觀模擬,這個名稱是相對于凝固過程宏觀模擬而言的,具體是指在晶粒尺度上對金屬凝固過程進行模擬仿真.本文根據熱力學、凝固原理等理論,建立了凝固過程中熱傳遞、溶質傳遞和石墨球、奧氏體的形核、生長進行模擬,以能量小原理為基礎,考慮體積自由能和界面能的定量影響,建立了晶粒生長概率模型.根據所建立的模型,采用了Microsoft Visual C++ 6.0開發(fā)平臺開發(fā)了相應的三維模擬計算程序和二維動態(tài)顯示程序.針對觀模擬計算量大的特點,本文采用了局部區(qū)域模擬法,并相應地解決了整體區(qū)域和局部區(qū)域之間的數據映射、局部區(qū)域的邊界處理、局部區(qū)域模擬結果的放大顯示等問題.該方法通過僅對關鍵的局部區(qū)域模擬而有效地節(jié)省了計算量.針對球墨鑄鐵(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,進行了實驗對比研究.使用編寫的模擬仿真軟件對實驗過程中的觀組織進行了模擬,并把模擬的計算結果與實驗結果進行了對比,二二者基本吻合.

近些年來，由于對灰鑄鐵的強度要求越來越高，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)、數量、尺寸、分布以及珠光體基體的特征相關。 本文通過調整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比會減少石墨數量，增強基體強度；加入合金化元素進行變質可以使石墨變得更加彎曲細小，并能夠提高基體強度。從灰鑄鐵的力學性能上來看，提高Si/C比能大幅提高其力學性能，隨著合金化元素加入量的提高也可以提高其力學性能，在考察的孕育劑中，硅鋯錳孕育劑提高力學性能的效果佳。
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度與加工性能的影響機制。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度有很大的影響。石墨越彎曲，石墨端部角度越鈍，抗拉強度越好。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，