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(dāng)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(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(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(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(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

特種鑄鐵一般是指具有特殊使用性能的鑄鐵。主要包括耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵和耐腐蝕鑄鐵。為了使鑄鐵具有這些特殊的使用性能，就必須加入數(shù)量不等的各種合金元素。因此，就化學(xué)成分而言，它們又屬于合金鑄鐵的范疇。通常加入的合金元素有：硅、錳、磷、鋁、鉻、鉬、鎢、銻、硼、釩、鈦等，其中硅、錳、磷是鑄鐵中的常見元素，但在特種鑄鐵中它們的含量往往超出普通鑄鐵中的一般含量，只有這樣，才有明顯的合金化作用。在工程上有些零件是在高溫下工作的，如加熱爐的板和爐柵、熱風(fēng)管、熔化用鑄鐵坩堝、退火箱、鍋爐配件等。這些零件不但要有一定的高溫強度，而且應(yīng)有一定的抗氧化性和抗生長能力。在石油、化工、化肥等工業(yè)部門中，許多零件和設(shè)備要求有較好的抵抗腐蝕破壞的能力，以保證有較長的使用壽命。
耐磨鑄鐵根據(jù)其工作條件的不同可分為兩大類：在潤滑條件下工作的耐磨鑄鐵，稱為減磨鑄鐵；在干摩擦條件下工作的耐磨鑄鐵，稱為抗磨鑄鐵。在潤滑條件下工作的耐磨鑄鐵耐磨鑄鐵的基體組織必須是珠光體，并在基體上鑲嵌有很硬的組織顆粒。石墨應(yīng)是細(xì)小均勻分布的，并且不出現(xiàn)晶間石墨。僅就耐磨性來說，球狀石墨比片狀的好，因為它減少了對基體的消弱作用，而保留了有利潤滑的優(yōu)點。加入合金元素可以促進形成珠光體基體，提高基體硬度和強度，保證硬顆粒牢固地鑲嵌在基體上。這種耐磨鑄鐵根據(jù)用途又分為機床用耐磨鑄鐵和動力機械用耐磨鑄鐵兩種。

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 的各個領(lǐng)域。本文通過對連鑄設(shè)備、控制系統(tǒng)的改進和相關(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出發(fā)，分析研究了 其組織與性能之間的對應(yīng)關(guān)系，得出了以下結(jié)論： (1)小直徑鑄鐵型材的金相組織特點是：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。 (3)試驗所得的小直徑鑄鐵型材的抗拉強度均在320MPa以上，力學(xué)性能良好。 (4)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 擴展的作用，增加斷裂所需的能量，提高鑄鐵型材的強度。 (5)對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。