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(duì)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(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(duì)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

球墨鑄鐵型材組織中，石墨球細(xì)小圓整，球化率高，球數(shù)多， 無品間碳化物。在不同基體條件F的抗拉強(qiáng)度0b和延展率。 表I球墨鑄鐵型材的強(qiáng)度與塑性 QT400—15球墨鑄鐵連鑄型
隨著鑄鐵水平連鑄技術(shù)的不斷推廣，鑄鐵型材正在被越來越廣泛的應(yīng)用到工業(yè)行韭中 的各個(gè)領(lǐng)域。本文通過對(duì)連鑄設(shè)備、控制系統(tǒng)的改進(jìn)和相關(guān)工藝參數(shù)的優(yōu)化，制備了幾種 不同截面尺寸的小直徑鑄鐵型材，并從小直徑鑄鐵型材的凝固成型特點(diǎn)出發(fā)，分析研究了 其組織與性能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得出了以下結(jié)論： 小直徑鑄鐵型材的金相組織特點(diǎn)是：發(fā)達(dá)的初生奧氏體枝晶和枝晶聞分布的細(xì)小 的D型石墨。 度差僅為Hl≥±15。 試驗(yàn)所得的小直徑鑄鐵型材的抗拉強(qiáng)度均在320MPa以上，力學(xué)性能良好。 從拉伸斷囂可以得出：奧氏體技晶在鑄鐵型謄孝的斷裂過程中主要表現(xiàn)為阻止裂紋 擴(kuò)展的作用，增加斷裂所需的能量，提高鑄鐵型材的強(qiáng)度。 對(duì)小直徑鑄鐵型材的組織及斷裂行為分析表明：發(fā)達(dá)的初塵奧氏體技晶呈框架結(jié) 構(gòu)分布：枝晶間的D型石墨在高倍電鏡下觀察石墨的形狀近似里蠕蟲狀或狀。這是 小直徑鑄鐵型材度的根本原因。

通過對(duì)高鉻鑄鐵沖擊斷口形貌及磨損表面形貌的觀察分析發(fā)現(xiàn),高鉻鑄鐵的斷裂屬于脆性斷裂,磨損機(jī)制以磨粒磨損為主。等溫淬火處理后的高鉻鑄鐵試樣磨損性能明顯優(yōu)于常規(guī)熱處理后的試樣,具有較好的耐磨性能。
加氮后的高鉻鑄鐵性能有了明顯的。其中在熱處理制度為1020℃空淬+510℃回火時(shí)，加氮量0.07%的高鉻鑄鐵韌性可達(dá)6.4J/cm硬度為61.5HRC。當(dāng)加氮量增加時(shí)韌性會(huì)相應(yīng)降低，硬度提高。通過Factsage軟件模擬相圖得知，氮能夠擴(kuò)大奧氏體區(qū)域，加氮量越多常溫下組織中殘留的奧氏體量越多。用Image-Pro Plus軟件對(duì)碳化物形貌分析得出氮能夠降低碳化物尺寸，同時(shí)增加碳化物數(shù)量，當(dāng)加入過多的氮時(shí)碳化物反而變得粗大。 改變回火溫度會(huì)對(duì)高鉻鑄鐵的性能產(chǎn)生影響。當(dāng)回火溫度提高時(shí)高鉻鑄鐵的韌性上升，硬度下降。回火溫度提高到530℃時(shí)，加氮量為0.07%的高鉻鑄鐵韌性為6.6J/cm硬度降低到55HRC。降低淬火溫度可以提高高鉻鑄鐵的韌性，當(dāng)淬火溫度為980℃時(shí)，加氮量為0.07%的高鉻鑄鐵韌性達(dá)到高7.2J/cm硬度保持在60.5HRC，此時(shí)的綜合性能佳。
高鉻鑄鐵是高鉻白口抗磨鑄鐵的簡稱，是一種性能優(yōu)良而受到特別重視的抗磨材料。它以比合金鋼高得多的耐磨性，和比一般白口鑄鐵高得多的韌性、強(qiáng)度，同時(shí)它還兼有良好的抗高溫和抗腐蝕性能，加之生產(chǎn)便捷、成本適中，而被譽(yù)為當(dāng)代優(yōu)良的抗磨料磨損材料之高鉻鑄鐵屬金屬耐磨材料、抗磨鑄鐵類鉻系抗磨鑄鐵的一個(gè)重要分支，是繼普通白口鑄鐵、鎳硬鑄鐵而發(fā)展起來的第三代白口鑄鐵。早在1917年就出現(xiàn)了個(gè)高鉻鑄鐵。