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(jìn)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(shí),隨著Sb含量的增加,珠光體含量進(jìn)一步增加。機(jī)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(qiáng)度和硬度等機(jī)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(shí)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(diǎn),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(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好,該模型具有正確性和一定的實(shí)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(jìn)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(shí),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(shí)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(yàn)驗(yàn)證具有良好的機(jī)械性能,抗拉強(qiáng)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

球墨鑄鐵被稱為“兩個(gè)里”金屬，意思是球墨鑄鐵具有鑄鋼的強(qiáng)度，也有鑄鐵優(yōu)異的抗腐蝕性。 球墨鑄鐵與鑄鐵（灰鑄鐵）的比較 與鑄鐵相比，球墨鑄鐵在強(qiáng)度方面具有 的優(yōu)勢。球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度是60k，而鑄鐵的抗拉強(qiáng)度只有31k 。球墨 鑄鐵的屈服強(qiáng)度是40k ，而鑄鐵并沒有顯示出屈服強(qiáng)度，并且終出現(xiàn)斷裂。球墨鑄鐵的強(qiáng)度-成本比遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鑄鐵。(請 參閱82 頁有關(guān)機(jī)械性能的比較)。球墨鑄鐵在耐腐蝕性方面與鑄鐵相同。 球墨鑄鐵與鑄鋼的比較 球墨鑄鐵的強(qiáng)度和鑄鋼的強(qiáng)度是可比的。球墨鑄鐵具有更高的屈服強(qiáng)度，其屈服強(qiáng)度低為 40k ，而鑄鋼的屈服強(qiáng) 度只有36k 。(請參閱82 頁有關(guān)機(jī)械性能的比較)。在大部分市政應(yīng)用領(lǐng)域，如：水、鹽水、蒸汽等，球墨鑄鐵的耐 腐蝕性和抗氧化性都超過鑄鋼。由于球墨鑄鐵的球狀石墨觀結(jié)構(gòu)，在減弱振動(dòng)能力方面，球墨鑄鐵優(yōu)于鑄鋼，因此更 加有利于降低應(yīng)力。選擇球墨鑄鐵的一個(gè)重要的原因在于球墨鑄鐵比鑄鋼成本低。球墨鑄鐵的低成本使得這種材料更加 受歡迎，鑄造效率更高，也較少了球墨鑄鐵的機(jī)加工成本。 鑄鐵(灰鑄鐵) 球墨鑄鐵 薄片結(jié)構(gòu) 鑄鋼結(jié)構(gòu) 球狀石墨結(jié)構(gòu) 注意：在我們的金屬比較中，美國尼伯科選擇使用了ASTM A 395 球墨鑄鐵，ASTM A 126 鑄鐵和ASTM A 216 WCB 鑄 鋼。在此所列的鑄鐵，我們也稱為灰鑄鐵。