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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,对金属凝固过程的观组织进行了计算机模拟仿真,也称为凝固过程观模拟,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. 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。一般，在铁碳合金的结晶过程中，因为渗碳体的含碳量69％)比石墨的含碳量(100％)更接近于合金成分的含碳量5％o％)，析出渗碳体时所需的原子扩散量较小，渗碳体的晶核易形成，所以自合金液体或奥氏体中析出的是渗碳体而不是石墨。 根据所建立的模型,采用了 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.
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