球墨铸铁具有强度高、韧性好、生产成本低等优点,在汽车、船舶、农业机械以及轨道交通等行业具有重要应用,是目前应用最为广泛的铸造材料之一。然而,由于糊状凝固特性和石墨化膨胀效应,其缩孔缩松等缺陷成为球墨铸铁件中难以有效解决的问题。数值模拟技术可以辅助工程师更加精确地分析铸铁件中缩孔缩松缺陷的形成规律,从而设计出更为合理的工艺方案。本文针对球墨铸铁物性参数计算、凝固温度场数值仿真以及缩孔缩松预测等方面展开研究。主要内容包括:(1)基于热物性参数的计算理论,利用材料性能模拟软件JMatPro获得了准确的球墨铸铁凝固热物性参数。(2)从流体力学基本能量方程出发,推导出变物性参数下的凝固温度场数学模型,并利用有限体积法对其进行数值离散,实现了复杂装配条件下铸件的凝固温度场的数值计算。(3)利用球墨铸铁的密度-温度曲线对石墨化膨胀进行定量化表征,并基于孤立补缩区域的净膨胀率确定了铸件局部膨胀/收缩量,结合所提出的缩孔缩松分配模型实现了球墨铸铁凝固过程中缩孔缩松缺陷的定量预测。(4)针对简单圆柱铸锭以及球铁基座铸件的铸造成形过程,采用已开发的铸铁凝固模拟程序对其进行缩孔缩松预测,并与实际生产结果进行对比分析,验证了所开发的数值模拟系统的准确性。本研究基于准确的球墨铸铁热物性参数和凝固温度场数学模型,提出了石墨化膨胀的定量化表征方法和缩孔缩松分配模型,实现了球墨铸铁件缩孔缩松缺陷的定量预测,该模拟系统可有效地辅助工程师进行球墨铸铁件铸造工艺设计。