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(yīng)用研究.pdf

1、球墨鑄鐵以其優(yōu)良的性能特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)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(shí)間的液態(tài)冷卻和共晶凝固，從而導(dǎo)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(jī)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(nèi)應(yīng)力說[5]等理論認(rèn)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(rèn)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(diǎn)認(rèn)為異常石墨是在石墨球的基礎(chǔ)上生核長大的，是石墨畸變的結(jié)果[7]。 為了實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置，通過控制不同的環(huán)境溫度來達(dá)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(jìn)行模擬運(yùn)算，獲得實(shí)驗(yàn)條件下冷卻曲線與實(shí)際鑄件斷面尺寸的對應(yīng)關(guān)系。 本文使用模擬裝置完成了一系列的物理模擬實(shí)驗(yàn)，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(shí)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(dá)到共晶平臺(tái)所花費(fèi)的時(shí)間與在共晶平臺(tái)停留的時(shí)間存在一定的對應(yīng)關(guān)系，通

4、常是成正比的。隨著共晶時(shí)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(xué)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(jié)的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，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(jìn)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(jìn)球化等有利作用。本文通過模擬裝置在實(shí)驗(yàn)室條件下研究了鈰元素對于大斷面球墨鑄