開發(fā)新型高性能球墨鑄鐵中大型沖壓件模具材料來(lái)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(guò)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(duì)中大型沖壓件模具充型過(guò)程進(jìn)行模擬。系統(tǒng)研究了Cu、Sb元素對(duì)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(cè)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(cè)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(duì)轎車頂蓋模具在消失模工藝下充型過(guò)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(wú)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(wú)損探傷測(cè)試,模具鑄件無(wú)縮孔,符合中大型沖壓件模具的性能要求,完全能夠代替國(guó)外產(chǎn)品

空心鑄鐵型材以其強(qiáng)度高、耐腐蝕、使用壽命長(zhǎng)以及吸振性能好等特點(diǎn)，在城市的供水管路系統(tǒng)和供氣管路系統(tǒng)以及石油化工系統(tǒng)的油氣輸送管路系統(tǒng)中占據(jù)著主導(dǎo)地位，是現(xiàn)有其他棺材難以取代的，這已成為業(yè)內(nèi)人士的共識(shí)。因此，鑄鐵空心型材在現(xiàn)代化生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。
鑄鐵型材作為軸承需要更高的硬度，常將鑄鐵件淬火并低溫回火處理。工藝是：各種鑄件加熱到860-900℃的溫度，保溫讓原基體全部奧氏體化后再在油或熔鹽 中冷卻實(shí)現(xiàn)淬火，后經(jīng)250-350℃加熱保溫回火，原基體轉(zhuǎn)換為回火馬氏體及殘留奧氏體組織，原球狀石墨形態(tài)不變。處理后的鑄件具有高的硬度及一定韌 性，保留了石墨的潤(rùn)滑性能，耐磨性能更為改善。鑄鐵型材在作為ADI等溫淬火基材方面，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在高端機(jī)械零件制造中，有著廣泛的應(yīng)用前景。

通過(guò)化學(xué)成分的控制和對(duì)工藝的調(diào)整，獲得D型石墨，并對(duì)觀組織、力學(xué)性能、耐高溫性能進(jìn)行研究，以提高玻璃模具的使用壽命。通過(guò)Si和合金元素成分的選擇和控制，研究了化學(xué)成分對(duì)D型石墨鑄鐵觀組織的影響。結(jié)果表明Si是影響D型石墨形成的主要因素，Ti、Cr、Cu有利于促進(jìn)D型石墨的形成；D型石墨鑄鐵玻璃模具適宜的化學(xué)成分范圍為：3.2～3.52.2～3.0％Si、0.2％Ti、0.54～0.89％Mn、<0.05<0.10.49～0.54％Cr、0.35～0.65％Cu；當(dāng)含Ti量在0.1～0.3％之間變化時(shí)，隨著含Ti量的增加，D型石墨增多。在此成分范圍內(nèi)獲得的D型石墨鑄鐵的力學(xué)性能為：硬度HB范圍為217～2抗拉強(qiáng)度MPa，范圍為246～285。 通過(guò)采用澆注階梯型試樣和放置冷鐵方法，使鑄鐵獲得不同的冷卻速度，研究冷卻速度對(duì)D型石墨鑄鐵觀組織的影響。
結(jié)果表明：隨著冷卻速度的增大，石墨形態(tài)由較粗大的片狀石墨逐漸變成細(xì)小的點(diǎn)狀石墨。在厚度為30mm試樣的下方放置冷鐵時(shí)，在距離冷鐵25mm的鑄鐵組織中能夠獲得較細(xì)小的D型石墨組織。 對(duì)不同成分的D型石墨鑄鐵的高溫抗氧化性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在750℃下，將不同成分的D型石墨鑄鐵保溫24小時(shí)，使其氧化增重，研究成分和組織對(duì)D型石墨抗氧化性能的影響。結(jié)果表明：含有Cr、Cu多元化合金的D型石墨鑄鐵有比普通灰鑄鐵高4～5倍的抗氧化性能。 對(duì)不同成分的D型石墨鑄鐵的高溫抗熱疲勞性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。在800℃下，將不同成分的D型石墨鑄鐵加熱到800℃，保溫5分鐘取出后，立即在冷水中激冷5秒，如此反復(fù)循環(huán)直至出現(xiàn)肉眼可見的裂紋為止。