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消失模铸造被称为代表21世纪的铸造新技术,近年来在国内外得到了广泛的应用。然而,在消失模铸造生产灰铸铁件过程中,常出现过冷石墨,对铸件的质量和性能产生不良的影响。目前,有关消失模铸造条件下灰铸铁石墨组织的形成机理和各种因素对石墨组织的影响规律尚缺乏深入的探讨和研究。本文研究了消失模铸造灰铸铁石墨形态的特征及其分布规律以及冷却速度、孕育方法、硫含量、碳当量、炉料及熔炼工艺对灰铸铁石墨组织及性能的影响规律。
首先,通过研究阶梯试样不同壁厚处石墨组织的变化,探讨了冷却速度对消失模铸造灰铸铁石墨组织的影响。结果表明:冷却速度对消失模铸造灰铸铁石墨组织具有非常显著地影响。当碳当量为3.85时,壁厚小于10mm的灰铸铁组织中易出现过冷石墨,壁厚为5mm处过冷石墨数量达到40％～50％。而壁厚大于10mm时,基本不出现过冷石墨组织。
探索了消失模铸造特殊的冷却条件对石墨形态的影响。在消失模铸造灰铸铁的凝固过程中,共晶阶段之前的冷却速度大于传统砂型铸造的冷却速度,共晶阶段开始后冷却速度慢于传统砂型铸造,因此亚共晶灰铸铁在凝固时,共晶开始前奥氏体枝晶发达,共晶开始后石墨在枝晶间较易形成D、E型枝晶石墨。
其次,通过改变孕育量及孕育方法,研究了孕育处理对消失模铸造灰铸铁石墨组织及力学性能的影响。结果表明:消失模铸造灰铸铁生产的浇注过程中进行瞬时孕育能明显改善石墨形态和基体组织,消除过冷石墨,同时提高力学性能。当瞬时孕育量为0.25％时,可基本消除灰铸铁中过冷石墨,并且细化基体,抗拉强度比采用炉前孕育提高15MPa。
然后,通过包内增硫的方法研究了含硫量的变化对消失模铸造灰铸铁石墨组织及力学性能的影响。结果表明:当含硫量小于0.121％时,薄壁灰铸铁中过冷石墨的数量随着硫量的增加而减少,当含硫量增至0.143％时,过冷石墨可基本消除；在试验成分范围内(0.027％～0.143％),随着含硫量的增加,灰铸铁的抗拉强度及硬度先提高后降低,当硫含量在0.078％～0.121％范围时,灰铸铁的微观组织和力学性能最为理想；研究了不同碳当量对消失模铸造灰铸铁石墨组织的影响,结果表明随着碳当量的降低,E型石墨数量明显增多。
最后,通过调整炉料配比,研究了炉料对消失模铸造灰铸铁石墨组织的影响,并探讨了熔炼工艺对石墨组织的影响。结果表明:在化学成分基本相同的情况下,不同炉料熔炼后浇注的灰铸铁件石墨形态存在着明显的差异,表现出较为明显的炉料遗传性。