水平連鑄作為一種近凈型清潔生產(chǎn)技術具有很好的發(fā)展前景。近年來水平連鑄技術在鑄鋼和鎂鋁合金方面的應用比較廣泛，但在鑄鐵方面的應用和研究較少。為研究水平連鑄模擬技術在鑄鐵方面的應用，促進水平連鑄技術的發(fā)展本文介紹了一種利用水渣鐵煉鐵直接生產(chǎn)灰鐵型材的水平連鑄工藝方法，并對采用此法生產(chǎn)的消失模灰鐵型材進行了金相分析和力學性能實驗。然后使用P r o_E軟件對型材、澆注系統(tǒng)及冒口等進行了三維建模，利用ProCAST和Vis ua l Enviro nme nt軟件作為鑄造過程數(shù)值模擬仿真工具對水渣鐵生產(chǎn)灰鐵型材過程中的金屬液充型及凝固進行仿真分析。 對出現(xiàn)在鑄鐵型材內(nèi)部的夾雜缺陷，進行了地研究分析，明確了夾雜物的分布規(guī)律、元素組成、來源及形成原因，并就如何控制該缺陷的產(chǎn)生給出了相關的建議。對大斷面型材表面出現(xiàn)的疤皮缺陷，分析了形成原因，優(yōu)化設計后得到的鑄鐵型材新生產(chǎn)線，能夠滿足 尺寸為400mm的鑄鐵型材的生產(chǎn)，且生產(chǎn)鑄鐵型材的工序簡化，各設備的結構組成更為簡單合理.鑄鐵型材中的夾雜物主要聚集分布在其中心線上方約3/4半徑處，其中大尺寸的夾雜物主要來源于球化和孕育處理，因此解決鑄鐵型材內(nèi)部夾雜問題的關鍵是控制球化和孕育處理的相關參數(shù).對于鑄鐵型材表面存在的疤皮缺陷，生產(chǎn)實踐證明，采取提高鐵水溫度、保證鐵水純凈度、適當提高拉拔速度、改進爐膛底部結構及阻斷結晶器兩段石墨套間橫向傳熱的舉措能夠有效地.針對此問題本文提出階梯式的改進方案，通過模擬可知型材縮孔縮松和夾渣基本上得到了解決，而且完全能滿足型材的使用性能要求。并得出以下結論：  1、開發(fā)一種利用水渣鐵煉鐵生產(chǎn)灰鐵型材的新工藝方法，通過此方法利用水渣鐵生產(chǎn)鑄鐵型材可縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率。

采用半導體激光器對球墨鑄鐵QT600-3材料進行了激光表面多道淬火工藝試驗，重點研究了球墨鑄鐵QT600-3在不同掃描間距下激光表面淬火后的觀組織、顯硬度等。試驗結果表明，試驗后的硬化層顯組織含有大量的針狀馬氏體組織，并且馬氏體組織分布較均勻。鑄鐵型材在重工業(yè)中需求量大，被廣泛應用于交通運輸、機床、印刷、農(nóng)業(yè)機械等支柱行業(yè)。拉坯工藝參數(shù)設置是鑄鐵型材生產(chǎn)中的關鍵環(huán)節(jié)，設置不合理會導致拉漏、拉斷等生產(chǎn)事故和產(chǎn)生表面裂紋等鑄造缺陷。現(xiàn)有鑄鐵型材生產(chǎn)企業(yè)拉坯工藝參數(shù)控制技術參差不齊，尚無完整的理論體系。為了深入研究上述問題，本文以鑄鐵型材拉坯工藝為研究對象，研究拉坯工藝參數(shù)控制規(guī)律，拉坯工藝參數(shù)自適應整定問題，以便解決生產(chǎn)事故與鑄件缺陷問題，為生產(chǎn)企業(yè)提供一定的理論體系指導。 對鼓肚缺陷，在鑄鐵型材的水平連鑄過程中采用反弧度法工藝，即通過新型的石墨套與引錠裝置來實現(xiàn)的，通過實施反弧度法工藝，鑄鐵型材的鼓肚現(xiàn)象得到有效。下凹及鼓肚現(xiàn)象基本消失。反弧度法工藝制各的鑄鐵型材組織更為均勻，力學性能更為優(yōu)良。與實施反弧度法之前的鑄鐵型材相比，實施反弧度法之后的鑄鐵型材硬度得到提高，組織更為均勻，并且其抗拉強度指標高于鑄鐵型材標準(JBT10854-2008水平連續(xù)鑄造鑄鐵型材) 性能要求。同時，伸長率指標均超過LZQT500-7規(guī)定的指標。與拉伸性能結果類似，反弧度法試樣的抗壓強度高于未實施反弧度法試樣的抗拉強度。一般，在鐵碳合金的結晶過程中，因為滲碳體的含碳量69％)比石墨的含碳量(100％)更接近于合金成分的含碳量5％o％)，析出滲碳體時所需的原子擴散量較小，滲碳體的晶核易形成，所以自合金液體或奧氏體中析出的是滲碳體而不是石墨。當掃描間距為1mm時，第二道掃描對先前已淬火區(qū)域的回火作用比較明顯， 道硬化帶的顯組織主要為回火馬氏體。當掃描間距增至為8mm，鑄鐵型材回火作用已經(jīng)不明顯。隨著掃描間距的逐漸增大，測試所得試樣的平均顯硬度呈現(xiàn)出先升高再降低的總體趨勢;試樣測得的平均顯硬度值在掃描間距為8mm時達到 。同時掃描間距越大，后續(xù)掃描對先前掃描區(qū)域硬度值的影響越小。

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行模擬。系統(tǒng)研究了Cu、Sb元素對球墨鑄鐵型材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Cu含量一定時隨著Sb含量的增加珠光體含量進一步增加。機械性能測試表明Cu、Sb合金化元素能夠明顯地提高球墨鑄鐵的強度和硬度等機械性能但導致延伸率略有下降。 采用該種新材料結合消失模鑄造技術開發(fā)研制了大型球墨鑄鐵沖壓件模具毛坯實現(xiàn)了大型沖壓件模具的一次近終成型。 對鼓肚缺陷，在鑄鐵型材的水平連鑄過程中采用反弧度法工藝，即通過新型的石墨套與引錠裝置來實現(xiàn)的，通過實施反弧度法工藝，鑄鐵型材的鼓肚現(xiàn)象得到有效。但由于在率次實驗過程中，剛開始生產(chǎn)鑄鐵型材時的拉拔速度比較慢、拉拔周期較長，使鑄鐵型材在結晶器的停留時間過長，導致在扁平方向上鑄鐵型材頂部略微向下凹，實施反弧度法之后的鑄鐵型材硬度得到提高，組織更為均勻，并且其抗拉強度指標高于鑄鐵型材標準(JBT10854-2008水平連續(xù)鑄造鑄鐵型材) 性能要求。同時，伸長率指標均超過LZQT500-7規(guī)定的指標。與拉伸性能結果類似，反弧度法試樣的抗壓強度高于未實施反弧度法試樣的抗拉強度。所獲得拉坯工藝參數(shù)能夠用于實際生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)高質(zhì)量、率的鑄鐵型材水平連鑄拉坯生產(chǎn)。采用Procast軟件對轎車頂蓋模具在消失模工藝下充型過程進行數(shù)值模擬結果表明:該材料在消失模工藝條件下采用雙側澆注系統(tǒng)時當真空負壓值為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果與實際結果相吻合。 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)試驗驗證具有良好的機械性能抗拉強度大于710MPa硬度可達230-280HB延伸率可達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。