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球墨铸铁件作为重要的工程材料,在当今的很多的铸件产量中有较大的比例并且生产技术也达到了一定的水平.但由于铸造过程中的复杂性使得球墨铸铁件的质量仍然存在着很多的问题.为了更好地控制其生产质量,本文根据生产实际及当前的关于球型石墨、晶体方面的形成、生长理论,结合先进的计算机技术,对金属凝固过程的微观组织进行了计算机模拟仿真,也称为凝固过程微观模拟,这个名称是相对于凝固过程宏观模拟而言的,具体是指在晶粒尺度上对金属凝固过程进行模拟仿真.本文根据热力学、凝固原理等理论,建立了凝固过程中热传递、溶质传递和石墨球、奥氏体的形核、生长进行模拟,以能量小原理为基础,考虑体积自由能和界面能的定量影响,建立了晶粒生长概率模型.根据所建立的模型,采用了Microsoft Visual C++ 6.0开发平台开发了相应的三维模拟计算程序和二维动态显示程序.针对微观模拟计算量大的特点,本文采用了局部区域模拟法,并相应地解决了整体区域和局部区域之间的数据映射、局部区域的边界处理、局部区域模拟结果的放大显示等问题.该方法通过仅对关键的局部区域模拟而有效地节省了计算量.针对球墨铸铁(成分为:碳含量为3.7﹪、硅含量为3.3﹪、锰含量小于0.4﹪)在砂型中的凝固过程,进行了实验对比研究.使用编写的模拟仿真软件对实验过程中的微观组织进行了模拟,并把模拟的计算结果与实验结果进行了对比,二二者基本吻合.

开发适合于大型钢锭模的蠕铁材质及生产工艺。对比研究了REMg、YSBM-1、YSBM-3、YSBM-A四种蠕化剂对厚大断面蠕铁组织和性能的影响。研究结果表明,重稀土蠕化剂(YSBM-A)的具有良好的蠕化效果和抗衰退能力,采用该蠕化剂处理400mm×400mm×450mm模拟试块中心部位的蠕化率达到85%,试块的组织均匀性较好,抗拉性能达到315MPa,延伸率达到3.3%,满足钢锭模材质的要求。冷铁可显著缩短厚大断面蠕铁的凝固时间、提高试块中心的蠕化率,在相同蠕化处理条件下模拟试块中心部位的蠕化率由未加冷铁的35%提高到55%,破碎石墨的数量明显减少,获得了均匀分布的蠕墨和晶粒细小的基体组织。蠕铁72小时的平均氧化增重为3.14g/(m2·h),显著低于灰铁的4.76g/(m2·h);700℃至室温的水淬试验中,蠕铁的平均热疲劳寿命为42次,高于灰铁的30次。 利用华铸CAE模拟优化的结果,采用雨淋式工艺,成功生产出48t钢锭模。钢锭模附铸块的蠕化率达到85%,抗拉强度为350MPa,延伸率为7.5%,达到了RuT300的水平。420t钢锭模的优化工艺为上、下双浇注系统,上浇注系统为雨淋式,下浇注系统为二级底注式,浇注温度1300℃～1320℃。