一種抗氧化鑄鐵玻璃模具材料的製作方法
2023-04-25 11:44:11 2
專利名稱：一種抗氧化鑄鐵玻璃模具材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種玻璃瓶模具材料，特別是啤酒瓶、飲料瓶、醫用瓶等模具的鑄鐵材料。
玻璃模具是玻璃製品生產不可缺少的工藝備件，在玻璃製品成型過程中，模具頻繁的與1100℃以上的溶融玻璃液接觸，經受氧化、生長及熱疲勞等作用。特別是在高速制瓶機上使用，更需要較高的抗氧化性、抗生長性及抗熱疲勞等性能的鑄鐵材料。
目前國內普遍採用CrMoCu合金鑄鐵製作玻璃模具。該種鑄鐵金相組織中石墨形態成片狀，片狀石墨鑄鐵，普遍存在著在高溫下易氧化，致使模具型腔表面光潔度差，且使用壽命短，一般為20-30萬次/模。近幾年來我國已引進了60多條雙滴料行列機生產線，模具大多為進口，進口模具普遍採用NiMo和CrMo合金材料或中矽合金鑄鐵，價格高昂。
本發明的目的就是要解決國內模具壽命低，從而替代進口，而提供的一種適用於高溫高速制瓶機的新模具材料。這種材料應具有良好的抗氧化性、抗生長性以及較好的耐磨性和導熱性。且易修復，使用壽命長。
為了達到本發明的目的，設計一種鑄鐵成分，加入一定量的合金元素，使珠光體組織在700℃以上不分解，也不發生明顯的氧化和生長。石墨形態選用D型，D型石墨呈枝晶點狀，它是在奧氏體樹枝晶間生長。奧氏體的連續性隔離了石墨片的連續性，且D型石墨與基體間的縫隙比片狀石墨與基體間的縫隙小。石墨愈細小，鑄鐵的抗氧化性愈得到改善和提高。所以D型石墨鑄鐵具有良好的抗氧化性、抗生長性、抗熱疲勞性和導熱性。是一種製作玻璃模具的優良材料。通過大量的實驗和試用，確定了D墨鑄鐵最佳成分(重量%)C 3.2-3.6, Si 1.8-2.2, Mn 0.4-0.8,
P 0.1,S0.1, Cr 0.3-0.6, Bi 0.006-0.009,Sb 0.04-0.07, B 0.008-0.011, Sn 0.05-0.08,RE0.03-0.05,餘量為鐵。金相組織基體為細片狀珠光體(＞90%)，石墨形態為D型石墨。
鉻是本發明加入的主要合金元素。加入鉻能促使珠光體基體形成及細化晶粒，提高耐磨性和改善耐熱性，並增加蠕變抗力等。這是由於它在鑄件表面產生一層緻密的保護性氧化膜(Cr2O3)，因而具有抗氧化能力，即使在較高溫度下，組織也很穩定。組織的穩定性是高溫鑄鐵的一個重要特性。但當Cr加入1.0%時，鐵水的流動性降低，白口深度增大，不易加工，並出現游離碳化物，影響其性能。低於0.3%，珠光體量減少，且耐磨性降低。故選擇Cr含量為0.3-0.6%。
鉍是表面活性元素，可細化晶粒和石墨。加入鉍，使過冷度增大，奧氏體生長速度加快，導致了細枝晶狀石墨生長，即可獲得細小的D型石墨。但當Bi含量＞0.009%，將出現白口組織，難以加工，含量低於0.006%，較難得到D墨組織。所以將Bi含量確定為0.006-0.009%。
錫是穩定珠光體組織的一種元素，並可增加珠光體，含量和提高耐磨性以及高溫性能。它在石墨中不改變其形狀，且不增加白口傾向。加入錫後，在中溫範圍內還具有較好的抗生長能力和良好的熱穩定性。當錫含量超過0.1%時，對石墨形態影響較大，不但不能生成D墨，還會進一步使片墨長大。低於0.05%，影響珠光體的含量和穩定以及組織的細化。所以將Sn含量確定為0.05-0.08%。
銻是促成鑄鐵生成珠光體組織的合金元素，加入適量的銻可穩定和細化珠光體組織，並增強其耐磨性。微量的銻可獲得細狀珠光體組織，但加入稍過量，機械性能下降，脆性增大。含量過低，影響珠光體組織的穩定性，在高溫下易產生鐵素體。故確定Sb含量為0.04-0.07%。
微量的硼，對鑄鐵顯微組織中的石墨和珠光體基體影響不大，但能使鑄鐵在凝固未期析出大量的共晶團，晶界呈斷網狀或連續網狀分布的含硼碳化物相，這種含B碳化物相的顯微硬度比一般Fe3C高，故能提高鑄鐵的耐磨性。並能使其石墨和碳化物變得非常細小，且分布均勻，截面敏感性小。當硼超過0.011%時，阻礙石墨細化，易形成白口，難以加工。低於0.008%時，其耐磨性大幅度降低。所以確定B含量為0.008-0.011%。
RE合金的添加，可顯著淨化熔液和細化奧氏體晶粒，並改善其性能。RE亦是表面活性元素，在石墨結晶過程中，會在一定程度上濃集於界面前沿的某些地區，並影響相間張力，形成過冷和界面穩定性。
本發明可以通過常規冶煉、鑄造和時效退火處理獲得，可採用沖天爐或中頻感應電爐熔煉，潮模砂鑄造，下冷鐵芯澆注成型。澆注溫度為1400-1420℃。合金元素Cr、RE加入爐內，其它合金元素加入鐵水包內。時效退火760-780℃×6小時，緩冷。本發明鑄態機械性能為6 b260-276MPa，6 bb 476-486MPa，HB210-220。
下面以實施例進一步說明本發明的性能和效果。
實施例1本發明試樣已製成640ml啤酒瓶模具30付，在山東省淄博市南定玻璃廠美國EMHART十段雙滴料行列機上(機速為6.9次/模·分)試用，壽命為68萬次/模。其成分和性能為C 3.4%，Si 2.1%，Mn 0.59%，S 0.058%，P 0.09%，Cr 0.52%，Sb 0.067%，Sn 0.08%，Bi 0.007%，B 0.009%，RE0.04%。
6 b＝265MPa，6 bb＝480MPa，HB＝212。
實施例2本發明試樣已製成100ml飲料瓶模具20付，在青島振亞玻璃製品有限公司日本進口的D-LB型雙滴料單頭迴轉式制瓶機上(機速為12次/模·分)試用，壽命為70萬次/模。其成分和性能如下C 3.48% Si 1.98% Mn 0.52% S 0.051%P 0.082% Cr 0.48% Sb 0.056% Sn 0.07%Bi 0.006% B 0.008% RE0.032%。
6b=260MPa, 6bb=475MPa HB=194。
通過上述試驗和試用證明，本發明具有較高的抗氧化性、抗生長性、抗熱疲勞性能以及良好的耐磨性，是一種理想的玻璃模具材料。
本發明經國內外專利檢索，尚未發現與本發明成分完全相同的鑄鐵材料。
本發明的實施應用，將可為用戶節約大量的備件費，同時節支大量外匯，經濟效益和社會效益是很顯著的。
權利要求
一種適用於玻璃瓶模具的D型石墨鑄鐵材料，其特徵是化學成分(重量%)為C 3.2-3.6 Si 1.8-2.2Mn 0.4-0.8 P ＜0.1S＜0.1Cr 0.3-0.6 Bi 0.006-0.B 0.008-0.011 Sb 0.04-0.07Sn 0.05-0.08 RE0.03-0.05餘量為鐵。金相組織基體為細片狀珠光體(＞90%)，石墨形態為D型石墨。
全文摘要
本發明涉及一種D型石墨鑄鐵玻璃模具材料。金相組織基體為細片狀珠光體(＞90％)，石墨形態為D型石墨。經熱處理後，其機械性能σ
文檔編號C03B9/48GK1101382SQ93112190
公開日1995年4月12日 申請日期1993年10月6日 優先權日1993年10月6日
發明者李崇禮 申請人:山東省冶金研究所