目录1 Introduction2 Theory2.1 热物理数据2.2 合金成分2.3 灰铸铁仿真2.3.1共晶核2.3.2石墨形态-层状石墨2.3.3灰铁和白口铁的凝固2.3.4固态转变2.3.5硬度和材料特性2.3.6弹性模量-杨氏模量2.4球墨铸铁仿真2.4.1石墨形核2.4.2球墨铸铁固态转变（共析转变）2.4.3球墨铸铁的珠光体分解2.4.4机械性能2.4.5弹性模量-杨氏模量2.5蠕墨铸铁仿真2.6铸铁收缩和疏松的形成2.6.1凝固收缩2.6.2砂型/芯子的变形2.6.3疏松形成和压力特性2.6.4石墨聚集因子2.6.5疏松级别模拟的说明3 How to Use MAGMAiron3.1概述3.2MAGMA数据库3.2.1铸铁数据集3.2.2一般参数3.2.3铸铁成分3.2.4铸铁类型/石墨种类3.2.5型砂成分3.2.6金相照片数据/单位面积形核数/铁素体、珠光体分布形核数3.3仿真3.3.1概述3.3.2窗口——铸铁3.3.3铸铁模拟菜单3.4结果演示/后处理3.4.1结果-概述3.4.2金相照片等——球墨铸铁的微观结构3.4.3单位系统4小结- 怎么办4.1铸铁的具体数据4.2项目定义4.3几何建模4.4仿真设置4.5结果显示4.6其他信息1 Introduction介绍MAGMAiron是微观建模软件，可以模拟凝固、固相转变及在铸铁中凝固中相关的物理现象。

MAGMAiron是一个附加的模块，可以模拟灰铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁的凝固过程和固态相变过程。

冶金质量、工艺条件对铸铁合金的性能有很大的影响。

微观组织和铸件的力学性能不仅取决于铸造的流动过程，而且还由以下下参数决定：1）合金成分、2）金属处理、3）微量元素和杂质、4）熔炼炉、钢包金属液的处理（除氧、镁处理）5）孕育材料的类型和数量6）孕育法析出相的晶粒长大动力学和冷却条件决定了实际的微观组织的形成，因此必须考虑凝固、疏松和固态相变过程，它们共同影响铸铁的机械性能。

MAGMAiron使用全面的物理模型来预测铸件质量。

MAGMAiron是一个功能强大的工具，专门用于铸造设计、模型布置和工艺优化。

模型从文献资料和实用材料数据中提取。

然而，在铸铁铸造过程中，冶金、微观结构和机械性能是复杂的问题，常常是靠经验。

2理论2.1热物理数据MAGMASOFT标准模块中，凝固模拟是通过在数据库中增加一个固定的温度差（ΔT）的凝固潜热（ρCp）。

ΔT为液相和固相之间的温度差。

目前根据液-固质量百分比计算熔化潜热的大小及影响，同时热容量、导热系数和其他所有热物理数据也计入其中。

另一方面，凝固潜热和固态相变的程度根据实际预测的各阶段由内部程序计算，沉淀强化阶段也被考虑当中。

固液区域影响液态、固态的热容大小。

2.2合金成分合金成分应该是熔融在铁水中的合金元素。

总金额合金元素不应超过一定程度。

对大多数铸铁合金，碳、硅成分在以下范围内。

表2-1给出建议的成分范围。

表2-1合金元素的最大成分Element Recommended composition range %C 3-4.3Mg 0-0.05Si 1.5-4P 0-0.2S 0-0.1Cr 0-1.0(x)Mn 0-1.0(x)Ni 0-1.0(x)Cu 0-1.0(x)Mo 0-1.0(x)Sn 0-0.2(x)Ce 0-0.05Sb 0-0.04N 0-100ppm(x)标记x的元素的成分总和不应大于2%。

合金的化学成分影响其熔化和凝固过程。

可以计算凝固的灰铸铁、球墨铸铁和白口铸铁的共晶温度；计算初生析出和共晶析出过程。

石墨的析出用杠杆规则进行计算。

其他元素的析出，扩散率较低，使用修改后的Scheil-segregation方程计算。

奥氏体按照相图进行析出。

2.3灰铸铁模拟2.3.1共晶体形核灰铸铁的共晶体形核对凝固模拟、疏松形成、微观组织和机械性能的的模拟很重要。

白口共晶体在实际凝固过程中不该产生，为了避免白口共晶体的存在，设置合适含量的共晶核对凝固过程模拟是非常重要的。

如果A值太小，白口共晶体可能产生，其防止了成分的析出，疏松程度严重，机械性能降低。

孕育显著地影响形核率。

在铸铁中，石墨的形核是异质体形核，如必须在第二相粒子、基体、氧化质点等类似点。

在某一温度下活化的晶核数量，用形核公式表示，是由一些形核常数所决定。

孕育导致的石墨形核的基本公式如下：Nν=单位体积（mm3）共晶核数A= 形核常数ΔT=过冷度B=指数在MAGMAiron模块中，A常数采用默认的值，'fail'，'good'和'very good'三种孕育方式获得对应的A该值。

另外，在MAGMAiron模块中根据孕育方式和孕育操作可以更改或修改这些参数。

一定的过冷度可以激活一定数量石墨形核，如果温度更低，则更多数量的石墨形核被激活。

如果温度升高，新的形核过程停止，现有激活的形核过程也停止。

凝固结束过程中，这些形核能逐渐被激活，但对合金和铸件的热行为影响甚微。

然而，该过程影响了疏松的形成。

用户通过这个参数'graphite prec ipitation'的设置将该影响计入考虑。

2.3.2石墨形态-片状石墨灰铸铁共晶体生长速率和相应的形态受扩散控制，由温度决定。

根据过冷量，即当前熔体成分的共晶温度与形核温度的差值，生长形态可分为A、D型石墨。

较低过冷度时，以非耦合增长方式生长，形成A型片状石墨。

小于一定的过冷度时，将以耦合方式生长，生长速度增加。

这导致更细的片状石墨形态，生成D型石墨。

2.3.3灰口铁和白口铁的凝固The c ementite w ill not dissolve if the temperature exc eeds the metastable eutectic temperature.当合金在冷却过程中温度降到共晶温度，形核并生长，生成灰口铁。

如果温度继续冷却到亚稳定的温度，生成白口铁。

如果有新的形核析出渗碳体，白口铁能从熔体中直接析出长大，并与灰口铁的生成互相竞争。

灰口铁和白口铁的微观组织能同时发生。

如果温度超过亚共晶温度，渗碳体不会分解。

2.3.4固相转变灰铸铁的固态相变，程序假设已全部生成珠光体结构。

珠光体的增长速率根据亚稳相图和合金成分计算共析体的过冷度而得。

珠光体的粗细程度依赖于晶核长大温度，因此非常依赖冷却速度（热性能和传热系数）。

2.3.5硬度和材料特性灰铸铁的硬度值计算根据初生奥氏体的析出量和合金元素对珠光体片间距的影响而得。

珠光体中其它合金元素对铁素体的固溶强化也被考虑其中。

固相转变过程中的冷却速度对珠光体的硬度非常重要。

因此，在模拟时，建议使用已知、最了解的模具和芯子材料的传热和材料数据。

可以通过测试简单形状铸件的冷却速度，与模拟结果进行对比。

2.3.6弹性模量-杨氏模量The result of the modulus calc ulation depends on the amount and shape of the graphite in the microstructure. As no ferrite is allow ed to grow in gray iron mode of MAGMAiron, the modulus w ill be constant throughout the casting.弹性模量或杨氏模量也可以计算出来。

模量计算结果根据显微组织中石墨的形状和石墨的量所得。

在MAGMAiron模块中灰铸铁中不允许有铁素体形核生长，因此铸件的模量都是常数。

2.4球墨铸铁仿真2.4.1石墨核形核（Nucleation of Graphite Nodules）The formation of defec ts and final mechanical properties of nodularcast irons depend on the process of graphite nodule nuc leation. Thenumber of nodules per unit volume is dependent on the nuc leationpractic e, type of inoculant and fading time. You can adjust anuc leation factor in MAGMAiron to represent these proc esses andthereby modify the equations for the nuc leation, depending on theinoc ulant and the inoculation practic e used in the foundry. The basicequation has the same form as that for the nuc leation of gray ironeutectics:球墨铸铁的缺陷和最终的力学性能取决于石墨核的形核过程。

单位体积形核的数量取决于形核、孕育方式和衰退时间。

通过调整MAGMAiron模块中的形核因子，表示这些过程，从而修改了形核公式，取决于孕育和孕育工艺。

基本方程与灰铸铁共晶体形核方程类似：Nν=单位体积（mm3）共晶核数A= 形核常数ΔT=过冷度B=指数你可以修改这个常量，是有可能的应用治疗产量高于100％（“窗口”铸铁“）。

从数量和每平方毫米的结节数计算每立方毫米大小结节，考虑结节的大小。

在MAGMAiron模块中，A常数采用默认的值，'fail'，'good'和'very good'三种孕育方式获得对应的A该值。

可以修改该参数，孕育处理利用率值能大于100%。

单位面积的形核数用单位体积形核数和形核大小计算，将形核的尺寸考虑进去。

The function 'Real Reality Realizer' enables you to gain information about the microstructure morphology after solidific ation of nodular c ast iron.特别注意：通过'Real Reality Realizer'功能可以获得球墨铸铁凝固后的微观组织形态信息。

2.4.2球墨铸铁的固相变化（共析转变）球墨铸铁铸件的组织中，铁素体/珠光体的含量是铁素体、珠光体分别形核、长大互相竞争的结果。

原因是，有两个相转变图，稳定相转变图控制铁素体的形成，亚稳定相转变图控制珠光体的形成。