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开发新型高性能球墨铸铁中大型冲压件模具材料来替代锻造合金钢及其它高合金铸铁等冲压件模具材料。在消失模工艺条件下通过向普通球墨铸铁中加入Cu、Sb元素的方法制备了度合金化球墨铸铁,并采用Procast软件对中大型冲压件模具充型过程进行模拟。系统研究了Cu、Sb元素对球墨铸铁的观组织和性能的影响规律。组织观察表明,随着Cu含量的增加,珠光体含量增加。当Cu含量一定时,随着Sb含量的增加,珠光体含量进一步增加。机械性能测试表明,Cu、Sb合金化元素能够明显地提高球墨铸铁的强度和硬度等机械性能,但导致延伸率略有下降。 采用该种新材料结合消失模铸造技术开发研制了大型球墨铸铁冲压件模具毛坯,实现了大型冲压件模具的一次近终成型。在铸铁中，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。 铸铁型材具有组织均匀致密；耐压气密性好；减磨性能强；表面质量光洁；尺寸精度高：加工余量小；硬度分布均匀；抗拉伸强度高,无缩松,气孔,夹渣,砂眼等缺陷,机械性能优越,其中为显著的特点是具有度和高韧性相结合以及优良的抗疲劳性能。 空心铸铁型材及水平连铸装置，在相应领域内替代砂型铸件，这种空心铸铁型材的截面中部有通孔，截面轮廓形状为圆形、矩形、多边形。上述空心铸铁型材的水平连铸装置，其基本结构包括保温炉、设置于炉口处的外结晶器、牵引设备组成，其特征在于在保温炉内与外结晶器对应位置设置内结晶器。所述的内结晶器固定保温炉下部的外壁上。本实用新型采用的技术方案，与砂型铸造相比，表现在机械性能提高，切削性能提高，表面光洁，加工余量小，可直接加工成阀体、齿轮泵外壳，液压导向套等，比实心型材的再加工提高了工效。空心铸铁型材生产，基本有三种方式，种采用垂直下拉的间歇式连铸铁管生产装置，该装置因生产的型材致密性差已被淘汰；第二种采用水平连铸加内结晶器的生产装置生产空心铸铁型材， 前面我们已讨论过化合态的渗碳体，它若加热到高温，便会分解为铁和碳(Fe2C→3Fe。所以化合态的渗碳体只是一种亚稳定相，而游离态的石墨则是一种稳定相。 该工艺具有成本较低、毛坯尺寸精度高、环保特性好、铸造效率高等特点,开创了消失模铸造工艺新的应用领域。 在消失模工艺条件下,采用BP神经元网络建立了Cu、Sb合金化球墨铸铁合金成分与观组织及性能之间关系的数学模型,预测值与实验结果吻合良好,该模型具有正确性和一定的实用性。 采用Procast软件对轿车顶盖模具在消失模工艺下充型过程进行数值模拟,结果表明:该材料在消失模工艺条件下,采用双侧浇注系统时,当真空负压值为0.07MPa,浇注温度为1450℃,可以获得优质无缺陷的模具铸件,模拟结果与实际结果相吻合。 采用本研究所开发的新型度球墨铸铁材料,在消失模工艺下研制了多种中大型冲压件模具,经试验验证具有良好的机械性能,抗拉强度大于710MPa,硬度可达230-280HB,延伸率可达3-5%,基体中珠光体含量大于90%,经无损探伤测试,模具铸件无缩孔,符合中大型冲压件模具的性能要求,完全能够代替国外产品
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