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Cu含量一定時,隨著Sb含量的增加,珠光體含量進一步增加。機械性能測試表明,Cu、Sb合金化元素能夠明顯地提高球墨鑄鐵的強度和硬度等機械性能,但導致延伸率略有下降。 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,開創(chuàng)了消失模鑄造工藝新的應用領(lǐng)域。 在消失模工藝條件下,采用BP神經(jīng)元網(wǎng)絡建立了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)學模型,預測值與實驗結(jié)果吻合良好,該模型具有正確性和一定的實用性。 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,當真空負壓值為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)試驗驗證具有良好的機械性能,抗拉強度大于710MPa,硬度可達230-280HB,延伸率可達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

鑄鐵型材水平連鑄生產(chǎn)方法是將嚴格選擇的以優(yōu)質(zhì)生鐵、廢鋼為主材的原、輔材料經(jīng)中頻爐熔煉、處理后的高純凈、高品質(zhì)鐵水倒入保溫結(jié)晶爐內(nèi)，鐵水注入安裝在保溫爐下方的密封水冷結(jié)晶器石墨套中，冷卻凝固，由牽引機拉拔成型材。保溫爐內(nèi)具有相當壓頭的鐵水，在牽引機拉拔的同時，又不斷的補充到結(jié)晶器內(nèi)冷卻凝固。整個生產(chǎn)過程實現(xiàn)了大冒口補縮小鑄件順序凝固的工藝模式，保證所產(chǎn)棒坯致密、無內(nèi)部缺陷。結(jié)晶器石墨內(nèi)孔形狀、尺寸、決定了鑄鐵型材的截面形狀，結(jié)晶器石墨內(nèi)孔L的光潔度和耐高溫性決定了型材表面質(zhì)量和尺寸精度，而型材的長度尺寸則根據(jù)用戶的要求切取。球鐵型材包體鋼板較厚，包底結(jié)構(gòu)采用錐度、底箍、焊接相結(jié)合的三重保險、即延長了使用壽命，又確保了操作者的；合理選擇了回轉(zhuǎn)中心，操作方便，澆注完畢后基本可自行復作?？傊吒饔刑攸c并分別在一部分領(lǐng)域具有 優(yōu)勢，互相補充。

球墨鑄鐵非常適用于許多應用領(lǐng)域：烴類，化學制 品，船舶，消防防火，紙漿和造紙等行業(yè)中可以安裝鑄鐵或鑄鋼閥門的地方。 作為鋼的替代品，1949 年人類開發(fā)了球墨鑄鐵。鑄鋼含碳量少于0.3%，而鑄鐵和球墨鑄鐵含炭量量則至少為3% 。 鑄鋼中的低含碳量使得作為游離石墨存在的碳不會形成結(jié)構(gòu)薄片。鑄鐵內(nèi)的碳天然形式是游離石墨薄片形式。在球墨鑄 鐵內(nèi)，這種石墨薄片通過特殊的處理方法變化成小的球體。這種改進后的球體使得使得球墨鑄鐵比鑄鐵和鋼相比具有 更加優(yōu)異的物理性能。正是這種碳的球狀觀結(jié)構(gòu)，使得球墨鑄鐵具有更加良好的展延性和抗沖擊性，而鑄鐵內(nèi)部的薄 片形式導致鑄鐵沒有展延性。通過鐵素體基體可獲得佳的展延性，因此，所有美國尼必可球墨鑄鐵的壓力負載部件都 經(jīng)過鐵素體化退火周期的工藝處理。球墨鑄鐵內(nèi)部的球狀結(jié)構(gòu)也能夠鑄鐵內(nèi)部的薄片石墨容易產(chǎn)生的裂縫現(xiàn)象。在 球墨鑄鐵的觀照片中，可以看見裂縫到石墨球后終止。在球墨鑄鐵行業(yè)內(nèi)，這些石墨球稱為“裂縫終結(jié)者”，因為它 們具有阻止斷裂的能力。
球墨鑄鐵被稱為“兩個里”金屬，意思是球墨鑄鐵具有鑄鋼的強度，也有鑄鐵優(yōu)異的抗腐蝕性。 球墨鑄鐵與鑄鐵（灰鑄鐵）的比較 與鑄鐵相比，球墨鑄鐵在強度方面具有 的優(yōu)勢。球墨鑄鐵的抗拉強度是60k，而鑄鐵的抗拉強度只有31k 。球墨 鑄鐵的屈服強度是40k ，而鑄鐵并沒有顯示出屈服強度，并且終出現(xiàn)斷裂。