可控式厚壁鑄件凝固行為模擬裝置的研制及其在球鐵中的應用研究.pdf

1、球墨鑄鐵以其優(yōu)良的性能特點，被廣泛應用在各個生產(chǎn)領域，近年來，厚大斷面球鐵鑄件(壁厚超過200mm)的生產(chǎn)不斷增長，用于制造大型的耐壓、耐磨[1]、耐熱零件。與普通球鐵相比，厚大斷面球鐵經(jīng)過較長時間的液態(tài)冷卻和共晶凝固，從而導致球化衰退、球墨畸變、石墨漂浮、元素偏析、縮松、縮孔等缺陷，成為困擾生產(chǎn)廠家的難題之一[2]。 迄今為止，對于產(chǎn)生異常石墨的機理有許多種解釋。Karsay的石墨球破裂說[3]，Buhr的熱紊流沖蝕說[4]，

2、Btrich的球墨內應力說[5]等理論認為異常石墨是球墨由于各種原因發(fā)生破碎而形成的。而H.Itofuji等認為異常石墨是在共晶液體中直接形核長大的[6]。其他還有觀點認為異常石墨是在石墨球的基礎上生核長大的，是石墨畸變的結果[7]。 為了實現(xiàn)在實驗環(huán)境下研究厚壁鑄件的冷卻過程，本文研制開發(fā)了物理模擬大型鑄件冷卻環(huán)境的小型實驗裝置，通過控制不同的環(huán)境溫度來達到控制試樣凝固速度的目的。使用鑄造模擬軟件ADSTEFAN對不同壁厚的3

3、D物理建模進行模擬運算，獲得實驗條件下冷卻曲線與實際鑄件斷面尺寸的對應關系。 本文使用模擬裝置完成了一系列的物理模擬實驗，通過該裝置所制備的試樣表現(xiàn)出典型的大斷面鑄件的組織特征，證明該裝置用于厚大斷面球鐵鑄造研究的可行性。改變試樣的凝固時間可模擬壁厚為100-300mm的大斷面鑄件的凝固和冷卻條件。 本文研究了球墨鑄鐵中異常石墨的形成和生長規(guī)律。從澆鑄到達到共晶平臺所花費的時間與在共晶平臺停留的時間存在一定的對應關系，通

4、常是成正比的。隨著共晶時間的延長，鑄件的石墨形態(tài)逐漸偏離球形，向異?；内厔莅l(fā)展，石墨顆粒的圓整度和鑄件的力學性能隨之降低。在掃描電鏡下觀察到的異常石墨呈現(xiàn)互相聯(lián)結的立體網(wǎng)狀結構，具有切割金屬基體的傾向。 自從球鐵發(fā)明以來，人們對稀土元素對球鐵組織、性能的影響等方面進行了廣泛的研究。稀土在以鎂為主要球化元素的球鐵中有脫硫、脫氧、凈化鐵水、中和干擾元素、促進球化等有利作用。本文通過模擬裝置在實驗室條件下研究了鈰元素對于大斷面球墨鑄