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上世纪90年代以来,我国亚共晶灰铸铁件生产领域内的消失模铸造技术发展迅速,结构复杂的中、高难度消失模铸件在生产中占有的比例逐年上升,铸件年产量也已跃居世界首位。但目前总体质量仍落后于世界的先进水平:消失模铸造在亚共晶灰铸铁件生产领域内的优势还没有得的到充分的发挥,业界仍反复为一些特有的质量问题所困扰,废品率依然偏高。它深刻地反映出基础研究工作的相对滞后已严重地制约了它的进一步发展。加强亚共晶灰铸铁消失模铸造领域内的基础研究工作乃是我国铸铁冶金学界的热门课题和铸造业界的重要任务。消失模铸造有别于一般湿砂型铸造的最大特点是铸件形成过程中的实型、负压和干砂。这三个因素在铁水充型、凝固过程中的共同作用改变了其凝固过程中的温度场。而凝固温度场的变化和发展既决定了铸件的宏观凝固进程和特点,也制约着其微观组织的形成,最终也就决定了亚共晶灰铸铁消失模铸件内部各部分组织、性能的构成和铸件中一系列缺陷的成因。因而亚共晶灰铸铁消失模铸造温度场及其凝固过程的特点便构成了本论文研究工作的主题。 在铸件温度场的三种研究方法中,数学解析法由于无法真实反映铸件实际凝固过程中的高度复杂状态而日渐式微;20世纪60年代异军突起的计算机数值模拟仿真技术仍处于不断改进、提高和完善的过程中,目前还无法通过同时描述整个铸件的全部宏、微观凝固的真实过程来完成本论文的研究任务。以上分析说明,凝固温度场的实际测定仍是当今凝固科学研究的重要手段和一系列新的发明、发现与创新的实证工具。因此,本论文最终确定以工业铁水为对象、以传统的湿砂型铸造工艺为参照系,采用分流同步浇注和热电偶实际测定温度场的方法,通过试验过程的安排和对采集到的温度数据的不同处理,同时配合相应的理化分析,用以进行亚共晶灰铸铁消失模铸造铸造温度场及凝固过程特点的研究工作。 本研究工作对比分析了消失模铸造条件下亚共晶灰铸铁凝固温度场的特点和成因;研究了它在铸件凝固宏观进程和微观组织形成过程中的作用以及它在铸件截面均匀性、壁厚敏感性和激冷倾向等方面对铸件质量的影响;进而针对上述研究成果,探索并验证了各项工艺优化对策。以期有效地应用于生产实际之中。在此期间,首次采用了分流同步浇注和温度数据同步采集的方法对比分析了消失模铸造的温度场和凝固过程特点;首次将枝晶搭接的概念用于消失模铸造宏观凝固进程的分析之中,并发现了利用枝晶搭接的计算原理确定凝固理论中倾出边界的方法;分析了非平衡凝固温度场有别于准平衡凝固温度场的不同点,探索了一种新的非平衡凝固动态曲线的构建方法并将其应用于宏观凝固进程的分析之中;通过凝固动力学过程分析,研究了亚共晶消失模铸铁微观组织的特点。 深入分析了国外同行以往曾经发现并为本论文试验工作进一步证实的灰铸铁共晶凝固过冷度对组织中的共晶团数存在着双重作用现象的成因。同时,在深入揭示凝固过冷度物理内涵的基础上,以更为广泛的视角,探讨了凝固过冷度的本质及其双重作用的普遍意义。