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.
对出现在铸铁型材内部的夹杂缺陷，进行了全面地研究分析，明确了夹杂物的分布规律、元素组成、来源及形成原因，并就如何控制该缺陷的产生给出了相关的建议。对大断面型材表面出现的疤皮缺陷，分析了形成原因，讨论了影响其形成的因素，并提出了能有效消除疤皮缺陷的措施。
优化设计后得到的铸铁型材新生产线，能够满足 尺寸为400mm的铸铁型材的生产，且生产铸铁型材的工序简化，各设备的结构组成更为简单合理.铸铁型材中的夹杂物主要聚集分布在其中心线上方约3/4半径处，其中大尺寸的夹杂物主要来源于球化和孕育处理，因此解决铸铁型材内部夹杂问题的关键是控制球化和孕育处理的相关参数.对于铸铁型材表面存在的疤皮缺陷，生产实践证明，采取提高铁水温度、保证铁水纯净度、适当提高拉拔速度、改进炉膛底部结构及阻断结晶器两段石墨套间横向传热的举措能够有效地消除。
主要工艺路线是采用水冷铜型模具，利用水冷带走金属型模具热量，使模具在快速高效铸造生产中保持一定恒温。针对模具应具有高热传导性、一定的耐磨性和易于加工的要求，在铜合金模具选材上，研究开发了cr-zr-mg铜合金模具材料，提出cr-zr-mg铜合金成分范围和机械性能，并确定其冶金制造工艺流程。
缸盖铸铁型材硬度场的实验研究工作主要有,根据该灰铸铁缸盖铸铁型材的特征,设计出了一套合理可行的铸铁型材切片和硬度测量方案。在该实验设计方案的基础之上,全程追踪了该铸铁型材的生产过程,并获取了铸铁型材的浇注温度、浇注时间和浇注铁水成分等浇注参数。后对两组成品缸盖铸铁型材进行了切片并对各切片上的试验点进行了硬度测量,分别获得每个缸盖铸铁型材各85个实测的硬度试验数据值。铸铁型材硬度场的数值模拟工作主要有,在实验获得的铸铁型材各浇注参数的基础上,使用华铸cae软件对铸铁型材凝固过程的温度场进行了数值模拟,通过对模拟结果进行分析计算获得了铸铁型材各硬度测量点处的凝固冷却速度。建立了适用于该灰铸铁缸盖铸铁型材硬度性能的数学计算模型,该模型主要是考虑了冷却速度对灰铁铸铁型材硬度性能的影响。在此数学模型的基础之上,对软件进行了二次开发,终实现了该灰铸铁缸盖铸铁型材三维硬度数据的建立。由于该数据的建立是基于实测的铸铁型材硬度数据值,因此本文的研究对灰铸铁缸盖铸铁型材硬度性能的预测具有重大的意义。
玻璃模具是玻璃制品成型的重要工装，模具材料质量的好坏直接影响玻璃模具的性能和使用寿命。目前，国内广泛使用的普通灰铸铁玻璃模具材料普遍存在着表面光洁差，使用寿命短的缺点。
在铸铁型材中，碳能以化合态的渗碳体和游离状态的石墨两种形式存在，游离状态的石墨容易形成片状结构。这是由于石墨的晶格为简单六方晶格，基面中的原子间距142nm，原子间结合力较强；而两基面间的面间距340nm，因基面间距较大，原子间结合力较弱，故结晶时易形成片状结构，且强度、塑性和韧性极低，接近于零，硬度仅为3hbs。另外，在碳原子的四个价电子中，只有一个价电子参加到电子气中去，这便是石墨具有某些不太明显的金属性能(如导电性)的原因。
球化反应控制的关键是镁的吸收率，温度高，反应激烈，时间短，镁烧损多，球化效果差；温度低，反应平稳，时间长，镁吸收率高，球化效果好。因此，一般在保证足够浇注温度的前提下，宜尽可能降低球化处理温度，控制在1420～1450℃。球化剂要砸成小块，粒度一般在5～25mm，加在包底，再在上面加硅铁和铁屑。
孕育处理是球墨铸铁生产过程中的一个重要环节，它不仅促进石墨化，防止自由渗碳体和白口出现，而且有助于球化，并使石墨变得更细小，更圆整，分布均匀，从而提高球墨铸铁的力学性能。孕育剂一般多采用fesi其加入量根据对铸件的力学性能要求，一般为0.8％～1.0％。孕育剂的粒度根据铁液量多少，一般砸成5～25mm的小块。孕育剂应保持干净、干燥。 球化剂和孕育剂要在出铁前加入包中，在连续生产时，刚出完前一炉铁后，包很热，过早加入会使其粘结在包底而削弱球化和孕育效果。为了延迟球化反应时间，增强球化和孕育效果，要在球化剂和孕育剂的上面覆盖一层铁屑。球化处理的方法较多，一般多采用操作简便的冲入法处理球铁。
本文的目的是通过化学成分的控制和对工艺的调整，获得d型石墨，并对微观组织、力学性能、耐高温性能进行研究，以提高玻璃模具的使用寿命。 (1)通过对c、si和合金元素成分的选择和控制，研究了化学成分对d型石墨铸铁微观组织的影响。结果表明：c、si是影响d型石墨形成的主要因素，ti、cr、cu有利于促进d型石墨的形成；d型石墨铸铁玻璃模具适宜的化学成分范围为：3.2～3.5％c、2.2～3.0％si、0.2％ti、0.54～0.89％mn、;0.05％s、<0.1％p、0.49～0.54％cr、0.35～0.65％cu；当含ti量在0.1～0.3％之间变化时，随着含ti量的增加，d型石墨增多。在此成分范围内获得的d型石墨铸铁的力学性能为：硬度hb范围为217～285，抗拉强度mpa，范围为246～285。 (2)通过采用浇注阶梯型试样和放置冷铁方法，使铸铁获得不同的冷却速度，研究冷却速度对d型石墨铸铁微观组织的影响。在厚度为30mm试样的下方放置冷铁时，在距离冷铁25mm的铸铁组织中能够获得较细小的d型石墨组织。 (3)对不同成分的d型石墨铸铁的高温抗氧化性进行了实验研究。在750℃下，将不同成分的d型石墨铸铁保温24小时，使其氧化增重，研究成分和组织对d型石墨抗氧化性能的影响。结果表明：含有cr、cu多元化合金的d型石墨铸铁有比普通灰铸铁高4～5倍的抗氧化性能。
球墨铸铁具有良好的韧性强度高耐磨耐高温耐腐蚀产品表面光滑尺寸精度高从而提供了优越机械性能和物理性能在机械产品行业有一个很宽广的使用范围 1、切削性能好，在切削速度相同情况下可比砂型铸件节电1/2左右。 2、抗渗漏性好，耐油压强度高，化学成份（％）为2.9～3.8c，1.8～2.4si，8mn的普通灰铸铁型材，壁厚是1mm，耐油压强度可达284mpa，破锻压力可达3550mpa. 3、抗压强度高于砂型铸造一个牌号以上。 4、可根据需要对型材进行各种热处理。 用灰铸铁制作机器设备上的底座铸件或机架等零件时，能有效地吸收机器震动的能量；有良好的润滑性能；还有良好的导热性能，这是因石墨是热的良好导体；此外其熔炼也比较方便，并且还有良好的铸造性能。其流动性能良好，线收缩率和体收缩率较小，灰口铸铁件不易产生开裂，因此适宜于铸造结构复杂的铸件和薄壁铸件，如汽车的汽缸体、汽缸盖等。
灰口铸铁件的应用：灰口铸铁件的主要用来制造机床床身、机床底座、铸铁平台、铸铁工作台、齿轮箱、皮带轮、底座、缸体、盖、手轮等受力不大、耐磨的灰口铸铁件。灰口铸铁件是铸铁 阶段石墨化过程充分进行而得到的铸铁件，灰口铸铁件全部或大部分碳以片状石墨形态存在，断口呈灰暗色，因此得名，它包括一般灰口铸铁件(简称灰铸铁件)、孕育铸铁件、稀土灰口铸铁件等。灰口铸铁件其断口的外貌呈浅灰色，故称为灰口铸铁件（灰铁铸件）。灰口铸铁件化学成分：c％ =2.5－4.0 si ％=1.0－2.5 mn％=0.5－1.4 微量s、p。灰口铸铁件显微组织：片状石墨＋基体组织（f、f＋p、p)。牌号：字母“ht”＋数字（小抗拉强度）例：ht200 表示灰铁，抗拉强度为200mpa 目前公司可生产ф30mm—ф350mm、□30mm×30mm~□200mm×200mm以及相应尺寸和异型截面的高强度高密度球墨铸铁、灰铁。
球化剂和孕育剂要在出铁前加入包中，在连续生产时，刚出完前一炉铁后，包很热，过早加入会使其粘结在包底而削弱球化和孕育效果。为了延迟球化反应时间，增强球化和孕育效果，要在球化剂和孕育剂的上面覆盖一层铁屑。球化处理的方法较多，一般多采用操作简便的冲入法处理球铁。
针对消失模水平连铸技术的特点，应用三维造型软件ug进行实体建模并采用水平连铸模拟软件procast模拟了板形灰铸铁型材的消失模水平连铸充型过程，获得了各种工艺因素对消失模水平连铸充型过程中金属液的充型速度、气膜压力、气膜厚度及金属液前沿温度的影响规律。得到以下主要结论：
液态金属充型速度随浇注温度、负压度和涂层透气性的增大而增大，随模样密度和涂层厚度的增大而减小；
优化设计后得到的铸铁型材新生产线，能够满足 尺寸为400mm的铸铁型材的生产，且生产铸铁型材的工序简化，各设备的结构组成更为简单合理.铸铁型材中的夹杂物主要聚集分布在其中心线上方约3/4半径处，其中大尺寸的夹杂物主要来源于球化和孕育处理，因此解决铸铁型材内部夹杂问题的关键是控制球化和孕育处理的相关参数.对于铸铁型材表面存在的疤皮缺陷，生产实践证明，采取提高铁水温度、保证铁水纯净度、适当提高拉拔速度、改进炉膛底部结构及阻断结晶器两段石墨套间横向传热的举措能够有效地消除。
对鼓肚缺陷，在铸铁型材的水平连铸过程中采用反弧度法工艺，即通过新型的石墨套与引锭装置来实现的，通过实施反弧度法工艺，铸铁型材的鼓肚现象得到有效消除。但由于在率次实验过程中，刚开始生产铸铁型材时的拉拔速度比较慢、拉拔周期较长，使铸铁型材在结晶器的停留时间过长，导致在扁平方向上铸铁型材顶部略微向下凹，当拉拔参数调整合适时，下凹及鼓肚现象基本消失。 反弧度法工艺制各的铸铁型材组织更为均匀，力学性能更为优良。与实施反弧度法之前的铸铁型材相比，实施反弧度法之后的铸铁型材硬度得到提高，组织更为均匀，并且其抗拉强度指标高于铸铁型材标准(jbt10854-2008水平连续铸造铸铁型材) 性能要求。同时，伸长率指标均超过lzqt500-7规定的指标。与拉伸性能结果类似，反弧度法试样的抗压强度高于未实施反弧度法试样的抗拉强度。
在以上基础上，设计了进刀箱盖、衬铁铸铁型材的消失模水平连铸工艺，模拟了其充型和凝固过程，预测了水平连铸缺陷，并进行了相应的工艺优化。按照优化后的工艺参数进行实际生产，得到了合格的铸铁型材，验证了数值模拟的可靠性。