球墨鑄鐵件作為重要的工程材料,在的很多的鑄件產(chǎn)量中有較大的比例并且生產(chǎn)技術(shù)也達(dá)到了一定的水平.但由于鑄造過程中的復(fù)雜性使得球墨鑄鐵件的質(zhì)量仍然存在著很多的問題.為了更好地控制其生產(chǎn)質(zhì)量,本文根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際及當(dāng)前的關(guān)于球型石墨、晶體方面的形成、生長理論,結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù),對金屬凝固過程的觀組織進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬仿真,也稱為凝固過程觀模擬,這個(gè)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(jìn)行模擬仿真.本文根據(jù)熱力學(xué)、凝固原理等理論,建立了凝固過程中熱傳遞、溶質(zhì)傳遞和石墨球、奧氏體的形核、生長進(jìn)行模擬,以能量小原理為基礎(chǔ),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(jù)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(yīng)的三維模擬計(jì)算程序和二維動(dòng)態(tài)顯示程序.針對觀模擬計(jì)算量大的特點(diǎn),本文采用了局部區(qū)域模擬法,并相應(yīng)地解決了整體區(qū)域和局部區(qū)域之間的數(shù)據(jù)映射、局部區(qū)域的邊界處理、局部區(qū)域模擬結(jié)果的放大顯示等問題.該方法通過僅對關(guān)鍵的局部區(qū)域模擬而有效地節(jié)省了計(jì)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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對比研究.使用編寫的模擬仿真軟件對實(shí)驗(yàn)過程中的觀組織進(jìn)行了模擬,并把模擬的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比,二二者基本吻合.

由于球墨鑄鐵的凝固特點(diǎn)—糊狀凝固方式,所以縮松不僅是它的固有缺陷,而且,采用傳統(tǒng)的工藝,很難完全。生產(chǎn)中常采用加冷鐵或冷鐵加水冷等方法,這樣把表層的縮松趕到鑄件內(nèi)部,機(jī)械加工后,縮松就不會(huì)暴露出來。但是隨著對鑄件質(zhì)量要求的提高,客戶不僅對鑄件的外觀有要求,而且對鑄件內(nèi)在質(zhì)量的要求也不斷提高。對生產(chǎn)的鑄件要求進(jìn)行無損探傷,這樣躲在鑄件內(nèi)部的縮松就會(huì)被發(fā)現(xiàn)。因此,從根本上鑄件內(nèi)部的縮松缺陷是今后企業(yè)所希望達(dá)到的目標(biāo)。本課題深入研究球墨鑄鐵的凝固特點(diǎn)和縮孔、縮松的形成機(jī)理,擬采用一種新工藝,從根本上球墨鑄鐵件的縮松缺陷,以提高球墨鑄鐵件的整體質(zhì)量。
本文是采用多種合金成分配制成多種球墨鑄鐵復(fù)合除縮劑,添加到不同的試塊中,利用超聲波無損探傷技術(shù)檢測試塊內(nèi)部縮松缺陷變化;對其斷面的進(jìn)行宏觀組織觀察;利用金相顯鏡觀察和分析了其觀組織變化,并對試塊的布氏硬度、強(qiáng)度和延伸率進(jìn)行了測定。 研究結(jié)果表明:通過改變除縮劑成分可減少或完全球墨鑄鐵鑄件內(nèi)部的縮松缺陷:C型除縮劑能夠完全球墨鑄鐵鑄件內(nèi)部的縮松缺陷,效果好。D型和H型除縮劑可以明顯減少鑄件內(nèi)部的縮松缺陷,G型和I型除縮劑使球墨鑄鐵鑄件內(nèi)部的縮松缺陷明顯向上表面集中。曲軸試塊豎置時(shí),隨著加入量的增加,縮松缺陷整體向上表面集中,縮松缺陷面積先逐漸減少后又逐漸增加,不能完全曲軸試塊內(nèi)部的縮松缺陷;曲軸試塊橫置時(shí),底部左右兩側(cè)添加除縮劑并配合頂部加冒口的工藝方案,可完全球墨鑄鐵鑄件內(nèi)部的縮松缺陷。各種球墨鑄鐵復(fù)合除縮劑對石墨的球化程度、鑄件的力學(xué)性能及珠光體含量均無明顯影響,但可使鑄件局部晶粒細(xì)化。