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球墨鑄鐵是工業上應用廣泛的金屬材料之球墨鑄鐵以其度、高塑韌性、良好的抗疲勞能力和鑄造性能以及較低的生產成本而應用越來越廣泛,并逐步替代鑄鋼件。孕育處理是球鐵生產中不可缺少的一個環節,其目的在于增加石墨球的數量、提高其圓整度、細化石墨球、防止球化衰退、降低白口傾向、防止在共晶團間形成自由滲碳體等。 球墨鑄鐵在生產中普遍應用的孕育劑是75硅鐵,但其孕育效果較差,為自由滲碳體,需要加入量較大,然而為了控制終硅量,則必須降低原鐵水的含硅量,這就給回爐料的利用帶來了一定難度。而孕育效果非常強的孕育劑,加入較少的量就能達到和普通孕育劑相同的孕育效果,而且增硅也少,這樣就可以適當地提高原鐵水的含硅量,進而提高了對回爐料的利用率,從而降低生產成本。在鑄鐵中，碳能以化合態的滲碳體和游離狀態的石墨兩種形式存在，游離狀態的石墨容易形成片狀結構。這是由于石墨的晶格為簡單六方晶格，基面中的原子間距142nm，原子間結合力較強；而兩基面間的面間距340nm，因基面間距較大，原子間結合力較弱，故結晶時易形成片狀結構，且強度、塑性和韌性極低，接近于零，硬度僅為3HBS。另外，在碳原子的四個價電子中，只有一個價電子參加到電子氣中去，這便是石墨具有某些不太明顯的金屬性能(如導電性)的原因。 鑄鐵型材具有組織均勻致密；耐壓氣密性好；減磨性能強；表面質量光潔；尺寸精度高：加工余量小；硬度分布均勻；抗拉伸強度高,無縮松,氣孔,夾渣,砂眼等缺陷,機械性能優越,其中為顯著的特點是具有度和高韌性相結合以及優良的抗疲勞性能。 空心鑄鐵型材及水平連鑄裝置，在相應領域內替代砂型鑄件，這種空心鑄鐵型材的截面中部有通孔，截面輪廓形狀為圓形、矩形、多邊形。上述空心鑄鐵型材的水平連鑄裝置，其基本結構包括保溫爐、設置于爐口處的外結晶器、牽引設備組成，其特征在于在保溫爐內與外結晶器對應位置設置內結晶器。所述的內結晶器固定保溫爐下部的外壁上。本實用新型采用的技術方案，與砂型鑄造相比，表現在機械性能提高，切削性能提高，表面光潔，加工余量小，可直接加工成閥體、齒輪泵外殼，液壓導向套等，比實心型材的再加工提高了工效。空心鑄鐵型材生產，基本有三種方式，種采用垂直下拉的間歇式連鑄鐵管生產裝置，該裝置因生產的型材致密性差已被淘汰；第二種采用水平連鑄加內結晶器的生產裝置生產空心鑄鐵型材， 前面我們已討論過化合態的滲碳體，它若加熱到高溫，便會分解為鐵和碳(Fe2C→3Fe。所以化合態的滲碳體只是一種亞穩定相，而游離態的石墨則是一種穩定相。 本論文通過反復試驗研制出一種由Fe2OFeS、Bi2OCaSi四種物質組成的新型復合孕育劑,為了確定孕育劑中各種物質的佳成分配比,我們通過向牌號為QT500-7的球鐵鐵水中加入此種孕育劑進行了三因素三水平的正交試驗。通過對正交試驗結果進行極差分析確定出孕育劑中各成分的佳配比。然后繼續探討了這種新型孕育劑對球墨鑄鐵觀組織和力學性能的影響。 研究結果表明,新型復合孕育劑的主要成分組成為：Bi%,余量為Ca,其加入量為鑄件重量的0.1wt%,在向牌號為QT450-10的球鐵鐵水中加入此種新型孕育劑后球鐵組織中的石墨球數明顯增多,由264個/mmm2增加至325個/mm石墨球數的增多有助于鐵素體含量的增加,另外球化級別也由添加前的4級提高到3級,從而使鑄件達到較好的綜合力學性能,尤其是伸長率得到了很大的提高
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設計了進刀箱蓋、襯鐵鑄鐵型材的消失模水平連鑄工藝，模擬了其充型和凝固過程，預測了水平連鑄缺陷，并進行了相應的工藝優化。按照優化后的工藝參數進行實際生產，得到了合格的鑄鐵型材，驗證了數值模擬的可靠性。 近年來,隨著計算機技術的飛速發展,水平連鑄CAE技術已被大量應用于實際生產當中,如鑄鐵型材充型凝固過程的數值模擬、應力場數值模擬、鑄鐵型材觀組織的數值模擬等。而在此基礎上,對鑄鐵型材的力學性能進行預測也一直是學者研究的重點和難點之一,同時也是如今水平連鑄CAE技術的熱門研究方向。作為發動機類鑄鐵型材的發動機缸蓋是極具代表性的鑄鐵型材產品,對其硬度性能進行實驗和模擬研究具有較大的實用價值和研究意義。本文以東風商用車公司水平連鑄一廠生產的一款灰鑄鐵缸蓋鑄鐵型材為研究對象,重點對該鑄鐵型材的硬度場展開了實驗研究和數值模擬兩方面的工作。缸蓋鑄鐵型材硬度場的實驗研究工作主要有,根據該灰鑄鐵缸蓋鑄鐵型材的特征,設計出了一套合理可行的鑄鐵型材切片和硬度測量方案。在該實驗設計方案的基礎之上,全程追蹤了該鑄鐵型材的生產過程,并獲取了鑄鐵型材的澆注溫度、澆注時間和澆注鐵水成分等澆注參數。后對兩組成品缸蓋鑄鐵型材進行了切片并對各切片上的試驗點進行了硬度測量,分別獲得每個缸蓋鑄鐵型材各85個實測的硬度試驗數據值。
水玻璃砂無味，環境友好，被專家認為是21世紀有可能實現綠色水平連鑄的型砂。但水玻璃砂澆注后潰散性差，出砂困難，鑄鐵型材易粘砂等問題一直未克服，限制了其推廣應用。為此，本研究課題主要是針對水玻璃砂潰散性及粘砂缺陷展開的。首先對CO2水玻璃砂的硬化機理進行分析，以確定本實驗室環境下水玻璃砂的硬化方案。對試樣的制備和型砂的吹氣硬化裝置進行設計和優化，設計出了熱空氣-CO2混合氣體吹氣工藝和對應裝置，優選了吹氣方案中吹氣壓力及氣體溫度，研究了吹氣時間和吹氣流量對常溫強度的影響。試驗發現：在本裝置下，當吹氣時間為50s-60s，吹氣流量為30L/m in時，既能保證起模時型砂所需的強度，同時終強度也足夠高，滿足澆注時型砂所需要的強度。其次，發明了一種水平連鑄用CO2水玻璃石英砂添加劑，研究了添加劑對CO2水玻璃型砂潰散性的影響，并利用正交試驗優化了添加劑加入量、水玻璃加入量和吹氣工藝三個影響因素。試驗結果表明，在水玻璃砂中加入添加劑后，型砂潰散性明顯提高，且其殘留強度曲線的“雙峰”特征消失，出現一致下降的趨勢。當添加劑I加入量為0.6％，添加劑II加入量為5%，水玻璃加入量為5%，熱空氣-CO2混合氣體中 CO2比例為40%時，其常溫即時強度、常溫24h強度，800℃及1000℃殘留強度較合理。
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