工业中使用的金属模具如玻璃模具、钢锭模、铝锭模等,其工作条件特点是内壁承受高温熔体的反复冲刷,且内外模壁温差很大,产生很大的热应力,这就要求材质具有良好的抗氧化性、抗热疲劳性能以及良好的导热性,传统的均质铸铁很难满足上述要求,因此本文首先对不同石墨形态的铸铁进行了热性能的研究,在此基础上提出了表层为球状石墨,内部为蠕虫状石墨的层状复合结构铸铁,然后,研究了不同工艺因素对表面球墨层厚度的影响,并分析其机理。成功的将球/蠕层状复合材料应用于玻璃模具,在此基础上试制了球/蠕/片层状石墨复合模具。论文取得了以下研究结果:(1)D型石墨玻璃模具产生气眼横向裂纹的原因有以下几方面:气眼本身是材料上的缺口,并且内表面组织中存在E型石墨,易引起应力集中;铸造过程中形成的碳化物在退火过程中未完全消除,易引起相变应力。蠕墨铸铁玻璃模具中部表面易氧化的原因一方面是由于工作面蠕化率高,另一方面是模具服役时中部的温度最高。(2)球墨铸铁,蠕化率为50%、80%的蠕墨铸铁,D型石墨铸铁中,80%蠕化率蠕铁导热性最好;球墨铸铁的抗氧化性能与热疲劳性能优于其他铸铁,因此,理想的模具材料应为内表面为球状石墨,其余为高蠕化率蠕墨铸铁。(3)冷铁厚度增加时,表面激冷层厚度增加;无冷铁时,涂料中镁含量升高,可使表面球墨层厚度增加,有冷铁时,会抑制镁元素向内部的扩散,从而抵消含镁涂料的作用;铁液中残留镁元素含量升高时,石墨形态按片状→蠕虫状→球状方式转变,在冷铁厚度40mm情况下,Mg_残=0.0083%时,表层为球状石墨,心部为片状,铁液残留Mg含量进一步升高时,表面的激冷层厚度增加。产生以上现象的原因是石墨形态受到冷却速度与Mg元素含量共同影响,过冷度的增加与Mg含量的上升均可使石墨沿螺型位错台阶生长的速度提高,促进石墨长成球形。(4)制备球蠕层状复合玻璃模具时,浇注系统应避免浇道位于模具中段,以减少铁液充型过程中对中段冷铁的冲刷;倒包时应进行适量的孕育处理,适宜的孕育剂加入量为0.2%。成功开发了球/蠕/片层状复合模具,生产中在保证铁液的蠕化状态处于片状-蠕虫状转变临界状态的前提下,应适当降低浇注温度,以提高铁液结晶时的冷却速度,从而提高表层球状石墨厚度。