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。 采用該種新材料結合消失模鑄造技術開發(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系的數(shù)學模型,預測值與實驗結果吻合良好,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,結果表明:該材料在消失模工藝條件下,采用雙側澆注系統(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,模擬結果與實際結果相吻合。 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

球墨鑄鐵的強度-成本比遠遠優(yōu)于鑄鐵。(請 參閱82 頁有關機械性能的比較)。球墨鑄鐵在耐腐蝕性方面與鑄鐵相同。 球墨鑄鐵與鑄鋼的比較 球墨鑄鐵的強度和鑄鋼的強度是可比的。球墨鑄鐵具有更高的屈服強度，其屈服強度低為 40k ，而鑄鋼的屈服強 度只有36k 。(請參閱82 頁有關機械性能的比較)。在大部分市政應用領域，如：水、鹽水、蒸汽等，球墨鑄鐵的耐 腐蝕性和抗氧化性都超過鑄鋼。由于球墨鑄鐵的球狀石墨觀結構，在減弱振動能力方面，球墨鑄鐵優(yōu)于鑄鋼，因此更 加有利于降低應力。選擇球墨鑄鐵的一個重要的原因在于球墨鑄鐵比鑄鋼成本低。球墨鑄鐵的低成本使得這種材料更加 受歡迎，鑄造效率更高，也較少了球墨鑄鐵的機加工成本。 鑄鐵(灰鑄鐵) 球墨鑄鐵 薄片結構 鑄鋼結構 球狀石墨結構 注意：在我們的金屬比較中，美國尼伯科選擇使用了ASTM A 395 球墨鑄鐵，ASTM A 126 鑄鐵和ASTM A 216 WCB 鑄 鋼。在此所列的鑄鐵，我們也稱為灰鑄鐵。
垂直上引連續(xù)鑄造技術目前所適用的鑄鐵材料，包括球墨鑄鐵、普通灰鑄鐵，低合金灰鑄鐵和 高鎳鑄鐵等，其它鑄鐵管材的拉制工藝正在探索中。金相觀察表明，灰鑄鐵連續(xù)鑄造型材的顯組 織中，石墨形態(tài)為細小片狀(外周為l層細小的D形石墨，內(nèi)部為相對細小的A形石墨)，基體為鐵 素體及珠光體：

觀察鐵液凝固狀況，球化處理完畢后，取出少量鐵液，澆入Ф30mm圓柱形金屬型內(nèi)，觀察凝固期間鐵液由表面涌出現(xiàn)象，并根據(jù)涌出鐵液數(shù)量來判斷鐵液球化情況。球化良好的鐵液，固期間表現(xiàn)出很大的石墨膨脹力，鐵液表面在凝固開始時有些下降，表面結殼后即有少量鐵液由表殼涌出；而球化不良的鐵液表面涌出數(shù)量較少。    
   爐前快速金相觀察。上面幾種方法皆是利用球墨鑄鐵某一特性間接判斷球化情況，但生產(chǎn)上各種條件變化甚大，所述方法都具有局限性，而爐前快速金相觀察可較多地避免許多因素的干擾，直接觀察球化情況。
  爐后金相檢驗的方法及經(jīng)驗。后金相檢驗主要觀察顯組織如石墨形態(tài)及分特征金屬基體組織夾雜物等通過金相分析可斷件量為一改鑄質(zhì)提實基。 稀土鎂球墨鑄鐵的化學成分分析也可以說是一種檢測手段，如發(fā)現(xiàn)問題，配料人員可作適當調(diào)整，以免出現(xiàn)重大質(zhì)量問題。另外，還有力學性能的檢測及球墨鑄鐵件的無損檢測等。
  鑄鐵型材的凝點：鐵液在保溫結晶爐的水冷石墨結晶器中凝固成形。保溫爐中的鐵液具有相當高的壓頭,并構成足夠大的補縮系統(tǒng),使連鑄棒坯按順序凝固模式進行。剛被拉出結晶器的棒坯表面具有一定厚度的凝殼,內(nèi)部仍為液態(tài)金屬,通過對其表面溫度的檢測,調(diào)節(jié)相關工藝參量,控制拉坯速度,使出口區(qū)棒坯表面溫度相對穩(wěn)定,鑄坯凝殼厚度和液心大小也相對穩(wěn)定,連鑄生產(chǎn)便可穩(wěn)定連續(xù)進行,這是理想的狀態(tài)。