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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.

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。 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。通过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Si是影响D型石墨形成的主要因素，Ti，Cr。玻璃模具是玻璃制品成型的重要工装Cu有利于促进D型石墨的形成 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。
将不同成分的D型石墨铸铁加热到800℃，保温5分钟取出后，立即在冷水中激冷5秒，如此反复循环直至出现肉眼可见的裂纹为止。根据试样表面出现裂纹时的循环次数，研究成分和组织对D型石墨抗热疲劳性能的影响。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5～6倍的抗热疲劳性能。 对试制的D型石墨铸铁玻璃模具还进行了工业性装机实验。
石墨形态由较粗大的片状石墨逐渐变成细小的点状石墨。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。 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。结果表明：随着冷却速度的增大 对不同成分的D型石墨铸铁的高温抗热疲劳性进行实验研究。在800℃下装机实验结果表明：所研制的D型石墨铸铁玻璃模具具有良好的抗高温氧化性，抗生长变形和抗热疲劳等性能，使用寿命比普通灰铸铁增加5～6倍。