随着我国经济的迅速发展,居民生活水平的提高,人们对汽车的需求量增加。汽车覆盖件模具是在汽车生产过程中重要的设备,模具质量的好坏直接影响汽车覆盖件的成型质量。选择合适的汽车覆盖件模具材料不仅可以提高生产效率,而且有利于降低生产成本。球墨铸铁基于其优异的力学性能,良好的铸造性能等特点,广泛应用于制造汽车覆盖件模具。本文主要以开发应用在汽车覆盖件模具的球墨铸铁材料,对球墨铸铁的化学成分进行重新设计,探究了合金元素对球墨铸铁组织和性能的影响,在此基础上探究了热处理工艺对球墨铸铁显微组织和硬度影响,并利用ProCAST软件对全尺寸球墨铸铁汽车覆盖件模具进行铸造模拟分析。(1)利用JMatPro热力学软件分析了平衡凝固时硅、铜、钼元素含量对球墨铸铁中石墨相、奥氏体、渗碳体、铁素体转变温度和含量的影响,并对比了正交试验成分下球墨铸铁凝固时的石墨相、奥氏体、渗碳体、铁素体转变过程,为球墨铸铁的合金成分设计提供理论指导。利用正交试验的方法设计了三因素三水平的正交试验,探究了硅、铜、钼合金元素含量对球墨铸铁石墨形态和基体组织的影响规律。在此基础上,进一步探究了球墨铸铁合金成分、基体组织和力学性能内在联系。研究结果表明:在高硅含量的基础上,改变硅、铜、钼三种元素含量的可以调节基体组织中珠光体的含量;高硅(硅含量>3.2wt%)球墨铸铁的基础上增加基体组织的珠光体含量可以增加球墨铸铁的抗拉强度而相应的伸长率下降。在珠光体含量相同时,球墨铸铁中的硅含量越高其抗拉强度越高。分析了球墨铸铁的拉伸断裂方式,发现球墨铸铁在断裂过程中最先发生石墨与基体的“脱黏”现象。根据拉伸测试结果,硅含量为4.2%左右的球墨铸铁试样中,表现出良好的力学性能,其三组合金成分试样的抗拉前度700MPa以上,伸长率在5%以上。力学性能最佳的合金成分为硅:4.18%,铜:1.19%,钼:0.21%时,球墨铸铁的抗拉强度为816MPa,伸长率为5.2%。(2)对铸态力学性能良好的球墨铸铁,研究了感应热处理方式对球墨铸铁显微组织和硬度的影响。对比了三组试样在不同冷却方式下的显微组织变化,发现铸态下珠光体含量不同,在热处理后组织差异较大。试样在空冷后,显著改变了珠光体的分布情况,但随着铸态下珠光体含量增加,空冷增加珠光体含量的效果逐渐减弱。试样在水冷后得到马氏体组织,随着铸态下珠光体含量增加,马氏体形貌从板条状转变为针状。对比不同冷却方式试样的硬度,发现合金成分为硅:4.18%,铜:1.19%,钼:0.21%时,其水冷后硬度为55.2HRC,可以满足作为汽车覆盖件模具材料的性能要求。(3)在以上研究的基础上,进一步探究了全尺寸汽车覆盖件模具的制备工艺。利用ProCAST软件对汽车覆盖件模具的铸造过程进行数值模拟分析,分析了铁液的充型过程、铸件凝固时间和缩松缩孔分布。通过改进浇注系统、冷铁的合理布置,实现了铁液平稳、快速充型,降低了铸件内部的缩松缩孔缺陷,显著提高了汽车覆盖件模具的铸件质量。经过实际生产验证,采用优化后浇注方案,在铸件内部没有发现缩松缩孔现象,实际成产结果与模拟仿真结果基本一致。