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球墨铸铁广泛应用于汽车铸件的生产中,现今铸件力学性能普遍达标的情况下,表面质量的高要求对检测并提高球墨铸铁的铸造性能提出了新的挑战。传统的流动性实验因其参数控制难度高导致实验结果的精确度与复现性较差,且传统实验的周期较长,成本较高。因此,工业生产中亟需采用数值模拟的方法检测并定量评价球墨铸铁的流动性与凝固组织。以往的球墨铸铁充型过程的数值模拟研究多集中在铁液完全充型的条件下,鲜有关于不完全充型的流动性模拟的研究报道。在凝固过程的数值模拟方面,研究多集中在元胞自动机编程领域。这种方式对奥氏体与石墨进行独立建模处理,在枝晶生长形态上可以获得较高的精确度,但是仅限于微观状态下的模拟,难以和宏观流动场进行耦合,进而难以在同一组参数下同时获得流动性与凝固组织的模拟结果。本文针对上述问题,建立了新的球墨铸铁流动性与凝固组织的参数系统。计算了特定组分下不同碳硅浓度的亚共晶球铁的热物性参数,设定并优化了晶粒生长模拟所需的面形核参数与体形核参数。通过Procast软件的重力浇注模块与CAFE模块对铁液的宏观流动与微观晶粒生长进行了耦合,模拟分析了不同的碳、硅浓度对亚共晶球墨铸铁流动场与温度场的影响,进而实现了同一组参数条件下的亚共晶球铁流动性与凝固组织的模拟。模拟结果表明:1)球铁算例碳浓度以0.3 wt.%的梯度,由2.8 wt.%增加到3.4 wt.%时,铁液的过热度大幅增加,使铁液的重熔度提高;近直浇道端铁液固相率大幅下降,使静压头作用增强,近直浇道端与流股末端铁液流速大幅提高;石墨化程度提高,共晶晶粒数量大幅增加,流股末端晶粒尺寸大幅减小,使铁液流股末端不易堵塞,算例流动性大幅提高。2)球铁算例硅浓度以0.3 wt.%的梯度,由2.55 wt.%增加到3.15 wt.%时,铁液的过热度增幅较小,近直浇道端铁液固相率小幅下降,近直浇道端与流股末端铁液流速小幅提高。硅含量增加主要使石墨化程度提高,引起共晶晶粒数量小幅增加,流股末端晶粒尺寸小幅减小,算例流动性小幅提高。在加入量相同的条件下,硅对球铁流动性的影响弱于碳,这是由于硅对铁液过热度、共晶晶粒细化程度的影响和促石墨化能力与碳相比相对较弱。根据数值模拟使用的参数系统,进行了流动性验证试验,获得了实验条件下不同碳硅浓度螺旋试样的流动长度数据。根据单球模型,在流股末端石墨相分布的SEM金相照片的基础上,创新地采用构网算法获得了Voronoi共晶晶粒分布图,实现了实验条件下球墨铸铁共晶晶粒的直观呈现。将实验结果与模拟结果进行了对照分析,结果显示,实验结果与模拟结果的吻合度较高。证明本文建立的参数系统可以实现对球墨铸铁流动性与凝固组织的精确定量模拟,工业生产中评价球墨铸铁的流动性与凝固组织的数值模拟方法得到确立。