CN101671109B - 铜和不锈钢双金属玻璃模具及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种铜和不锈钢双金属玻璃模具，属于模具技术领域。包括基体层和模腔层，所述基体层的材料为铜合金，所述的模腔层的材料为不锈钢，所述的铜合金材料的化学成分的重量％为：66～68％的铜，2.0～3.0％的铝，其余为锌；所述的不锈钢为铬镍奥氏体不锈钢，该铬镍奥氏体不锈钢的化学成分的重量％为：≤0.08％的碳，≤1.0％的硅，≤2.0％的锰，17～19％的铬，8～11％的镍，≤0.03％的硫和≤0.035％的磷。优点：使玻璃模具既能抵抗瞬时热冲击，又能快速地将热量传递出去而满足高速度的玻璃容器生产要求，并且使用寿命长；方法既能保障所述铜、不锈钢双金属玻璃模具的效果的全面体现，又能体现制备效率高、工艺简练和节约能源。

Description

铜和不锈钢双金属玻璃模具及其制备方法

技术领域

本发明属于模具技术领域，具体涉及一种铜和不锈钢双金属玻璃模具，并且还涉及这种铜和不锈钢双金属玻璃模具的制备方法。

背景技术

玻璃模具是玻璃制品成型的重要工具，模具质量直接影响其使用寿命和玻璃制品的外观和生产成本。在玻璃制品成型过程中，模具频繁地与1100℃以上的熔融玻璃接触，一般生产玻璃器皿的机速为8次/min，而且在开模、合模的过程中，模具都会发生碰撞。因此，玻璃模具除了应当具有良好的机械性能外，还应具有良好的抗热疲劳、抗氧化和抗生长等性能，其中导热性能非常关键，良好的导热率会使模具内外的温度梯度降至最小，从而使模具的寿命延长。玻璃模具的常用材料是灰铸铁和以Ni、Cr和Mo为主要合金元素的合金铸铁，这些铸铁材料在使用过程中存在着性能上的不稳定性以及随时间的延续出现性能的衰退，造成铸铁材料的玻璃模具使用寿命普遍较短，主要表现在：(1)在高温条件下工作时，通常会产生氧化和生长等。石墨在高温氧化性气氛下会发生显著的氧化反应，石墨片愈粗大、连续，石墨数量愈多，氧化性气氛愈易侵入铸件内部，氧化也愈严重；(2)石墨对铸铁基体组织起到非常明显的割裂作用，特别是片状石墨，其割裂作用极为明显，在交变温度条件下，石墨对铸铁基体组织的割裂作用就体现在该处，是基体组织的裂纹源，从而使材料抵抗产生裂纹及变形的能力弱。

目前国内外玻璃模具材料的研究主要体现在四个方面：

一是通过合金化改善组织形态的方法来提高材料的性能。铸铁广泛用做模具材料始于19世纪，由于铸铁具有优良的铸造性能、良好的加工性、成本低和热而不粘的性能，国内外普遍都采用铸铁作为玻璃模具材料，但铸铁玻璃模具在高温条件下的抗氧化和抗生长性能较弱。为了提高铸铁的抗氧化性能，常常加入合金元素Cr、Mo、Ni、V和Sn等元素进行合金化。通过控制石墨的形态与分布状态提高模具材料的导热性能和热疲劳性能等，主要体现在对石墨的形状对铸铁模具性能的影响，如D型石墨、蠕虫状石墨等。

D型石墨灰铸铁以其优异的抗氧化性能近年来赢得了人们的关注，由于D型石墨细小、卷曲和端部较钝的形态，决定了它对基体的切割作用小，所以D型石墨铸铁具有较高的强度，目前国内外均把D型石墨铸铁用作玻璃模具材料。从国外进口的模具分析表明，也大都采用D型石墨铸铁材质。但D型石墨铸铁需要添加钼、镍等贵重金属，且工艺控制严格，制造成本较高。

由于蠕墨铸铁的力学性能与球墨铸铁相近，具有较高的导热性、抗氧化性和抗生长能力，又有像灰铸铁那样良好的铸造性能和机械加工性能，使蠕墨铸铁具有良好的综合性能，而用于制造玻璃模具材料。国内外已在蠕墨铸铁朝着合金化方面得到了快速发展。据报道，以铝为主要合金元素的蠕墨铸铁作为模具材料，其使用寿命可以达到74.5万次/模以上。

二是通过开发新的合金来满足使用性能上的需要，在模具的关键部件上采用合金钢、不锈钢、铜基合金或镍基合金等，这些合金虽然有各自的性能方面的优势，但价格相对铸铁材料来讲较高，因此应用受到一定的影响。

由于对玻璃制品的质量要求越来越高，近年来开始采用合金钢材料。合金钢在大多数情况下比铸铁能更好地满足玻璃模具的性能要求。目前国内外已开发了多种耐热合金钢，如3Cr2W8、5CrNiMo和1Cr17Ni2MoVRe等，在实际应用中取得了良好的经济效益和社会效益。

不锈钢是一种耐腐蚀、强度高、耐氧化及韧性好的材料，热膨胀小，英国很早就用于制造冲头、衬模等，美国用AISI430和AISI310等不锈钢制造玻璃成型模具。

镍基合金的耐热性比铸铁好，所以用它制作的模具表面裂纹少、寿命长、生产率高，并能提高玻璃制品的光洁度，如采用Monel-K500等镍基合金制作冲头等，但这类材料的价格高。

铜基合金主要用于高质、高速成型模具，其导热性很好，高速成型时仍能保证玻璃制品的质量，因此颇受人们的重视。目前国内外主要发展了两类材料，一类含有Cu、Al、Zn和Ni，这类合金对提高表面光洁度最为有效，其抗氧化、导热性、热稳定性和热塑性都很好，显著改善了成型机的操作条件。另一类含Cu、Al、Ni和Co，不含Zn，与铸铁相比可使成型速度提高15～25％，能使模具的工作面寿命延长3倍左右，模具易于修复，制品质量好，常用于制作显像管模具、冲头和口模等。

三是铸铁材料的表面强化，主要包括火焰加热表面淬火、激光加热表面淬火、等离子喷涂和热喷涂等，这些表面强化手段主要应用于模具接缝处等受热条件比较恶劣的情况。但由于表面强化过程中存在着局部过热的现象，会造成比较严重的内部残余应力，进而产生模具的变形，所以应用也受到一定的限制。

日本最近报道已开发出不锈钢-铜复合玻璃模具材料，使模具的性能可以综合了两种材料的性能优势，使玻璃容器成型时间由原来的32s(秒)减少到16s，大大提高了玻璃制品的生产效率。但未公布材料组成以及工艺方法的具体内容。

发明内容

本发明的任务在于提供一种能使不锈钢材料所具有的耐高温、耐腐蚀、强度高、耐氧化、韧性好以及热膨胀系数小的长处与铜合金材料所拥有的导热性能优异的优势兼得，使玻璃模具既能抵抗瞬时热冲击，又能快速地将热量传递出去而藉以改善模具材料的综合力学性能、抗热疲劳性能以及耐磨性，延长使用寿命的铜和不锈钢双金属玻璃模具。

本发明的另一任务在于提供一种铜、不锈钢双金属玻璃模具的制备方法，该方法能保障所述铜和不锈钢双金属玻璃模具的技术效果的全面体现，并且制造效率高，有利于节约能源。

本发明的任务是这样来完成的，一种铜和不锈钢双金属玻璃模具，包括基体层和模腔层，所述基体层的材料为铜合金，而所述的模腔层的材料为不锈钢，所述的铜合金材料的化学成分的重量％为：66～68％的铜，2.0～3.0％的铝，其余为锌；所述的不锈钢为铬镍奥氏体不锈钢，该铬镍奥氏体不锈钢的化学成分的重量％为：≤0.08％的碳，≤1.0％的硅，≤2.0％的锰，17～19％的铬，8～11％的镍，≤0.03％的硫和≤0.035％的磷。

本发明所述的基体层与模腔层的厚度比为5～12∶1。

本发明的另一任务是这样来完成的，一种铜和不锈钢双金属玻璃模具的制备方法，它包括以下步骤：

A)熔炼，在不同的感应炉内熔炼不锈钢和熔炼铜合金，熔炼不锈钢的过程是：将普通废钢装入电弧炉内加热熔化，钢水熔清后进行元素分析并且加入镍和铬铁，当钢水温度达到1500～1550℃时吹氧助熔并脱碳处理，当钢水温度达到1560～1580℃时除渣，并且加入锰铁和铬铁，关闭炉门搅拌，取样分析，调整化学成分后将将温度升至1580～1600℃，依次加入硅-钙合金和铝，而后出炉，得到不锈钢熔液，熔炼铜合金的过程是：将铜锌合金与紫铜原料按比例装入感应炉内加热熔化，当加热到1000～1050℃时加入铝，然后进行除气处理，静置，待温度在1080～1120℃时出炉，得到铜合金熔液；

B)铸型准备，将铸型预热后安装到压力机的滑块上，按模具的基体层和模腔层的结构尺寸以及模具的外型分别设计基体层压头和模腔层压头，并且将基体层压头和模腔层压头预热后安装于压力机的滑块上；

C)铸造成型，将不锈钢深液浇注到铸型中，用模腔层压头压实，并且控制模腔层压头的压力和保压时间，待不锈钢熔液凝固后撤去模腔层压头，得到不锈钢的模腔层，接着使铸型携不锈钢的模腔层转移至基体层压头处，浇注铜合金熔液，浇毕，用基体层压头压实，并且控制基体层压头的压力和保持时间，待铸件冷却后并且撤去基体层压头，开箱，得到基体层为不锈钢和模腔层为铜的铜和不锈钢双金属玻璃模具。

在本发明的一个具体的实施例中，步骤A)中所述的元素分析和所述的取样分析均为对C、Mn、Si、S、P、Cr和Ni元素进行分析。

在本发明的另一个具体的实施例中，步骤A)中所述的钢水熔清后进行元素分析是指待钢水熔清3～10min后进行元素分析。

在本发明的又一个具体的实施例中，步骤A)中所述的铜锌合金与紫铜原料按比例指铜锌合金与紫铜原料的重量百分比为1∶0.5～1，所述的静置的时间为10～15min。

在本发明的再一个具体的实施例中，步骤A)中所述的关闭炉门搅拌是指在关闭炉门5～15min后开始搅拌。

在本发明的还一个具体的实施例中，步骤B)中所述的铸型为砂型或金属型，其中，金属型的铸型采用有助于不锈钢熔液流动的敷砂工艺，敷砂的厚度为3～5mm。

在本发明的更而一个具体的实施例中，步骤B)中所述的预热的预热温度为大于300℃。

在本发明的进而一个具体的实施例中，步骤C)中所述的控制模腔层压头的压力和保压时间是将模腔层压头的压力和保压时间分别控制为0.5～5MPa和1～5min；所述的控制基体层压头的压力和保持时间是将基体层压头的压力和保持时间分别控制为0.5～5MPa和5～20min；所述的冷却为自然冷却至300℃以下。

本发明提供的铜和不锈钢双金属玻璃模具能使不锈钢材料所具备的长处与铜合金材料所拥有的优势兼得，使玻璃模具既能抵抗瞬时热冲击，又能快速地将热量传递出去而满足高速度的玻璃容器生产要求，并且使用寿命长；方法既能保障所述铜、不锈钢双金属玻璃模具的效果的全面体现，又能体现制备效率高、工艺简练和节约能源。

附图说明

图1为本发明的铜和不锈钢双金属玻璃模具的制备方法的铸造成型过程示意图。

图2为本发明的铜和不锈钢双金属玻璃模具的一个实施例示意图。

图3为本发明的铜和不锈钢双金属玻璃模具的另一个实施例示意图。

图4为本发明的铜和不锈钢双金属玻璃模具的又一个实施例示意图。

具体实施方式

玻璃模具是玻璃制品成型的重要工具，模具质量直接影响其使用寿命、玻璃制品的外观和生产成本。优质玻璃模具应具有良好的抗氧化性，较高的导热性、耐疲劳性、耐磨性、小的热膨胀系数和良好的切削加工性能，且价格低廉。长期以来玻璃模具的使用寿命一直不长，这是因为在玻璃制品成型过程中，模具频繁地与1100℃以上的熔融玻璃接触，一般生产玻璃器皿的机速为8次/min，而且在开模、合模的过程中，模具都会发生碰撞。因此，玻璃模具应该除具有良好的机械性能之外，还应具有良好的抗热疲劳、抗氧化、抗生长等性能，其中抗热疲劳性能是最主要的性能。此外，还要求模具材料具有良好的导热性，特别是像玻璃模具这样要求在高温下能进行快速热交换的部件，其材质导热性能的好坏直接影响玻璃制品的质量和生产效率。良好的导热率会使模具内外的温度梯度降至最小，从而使模具的寿命延长。

1.与玻璃接触的模具内表面采用奥氏体不锈钢材料

在不锈钢材料中，奥氏体型不锈钢的综合性能最好，既有足够的强度，又有极好的塑性同时硬度也不高，这也是它们被广泛采用的原因之一。奥氏体型不锈钢同绝大多数的其它金属材料相似，其抗拉强度、屈服强度和硬度，随着温度的降低而提高；塑性则随着温度降低而减小。更重要的是：随着温度的降低，其冲击韧度减少缓慢，并不存在脆性转变温度。所以不锈钢在低温时能保持足够的塑性和韧性。

(1)力学性能

0Cr18Ni9不锈钢在常温下的力学性能为：σb≥490MPa，σs≥196MPa，在高温下仍然具有较高的力学性能，在800℃条件下，其抗拉强度σb≥140MPa，σs≥60MPa，因此具有良好的耐热冲击性能。

(2)高温抗氧化性能

碳的影响：碳在奥氏体不锈钢中是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区的元素。碳是一种间隙元素，通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度。但是，在奥氏体不锈钢中，碳常常被视为有害元素，碳可与钢中的铬形成高铬的Cr₂₃C₆型碳化合物从而导致局部铬的贫化，使钢的耐蚀性特别是耐晶间腐蚀性能下降。本发明中选择的不锈钢材料为0Cr18Ni9，含碳量在0.02～0.03％。

铬的影响：铬是奥氏体不锈钢中最主要的合金元素，铬促进了钢的钝化并使钢保持稳定钝态的结果。在奥氏体不锈钢中，铬是强烈形成并稳定铁体的元素，缩小奥氏体区，随着钢中含量增加，奥氏体不锈钢中可出现铁素体(δ)组织；当碳含量为0.1％，铬含量为18％时，获得稳定的单一奥氏体组织所需镍含量最低，约为8％。0Cr18Ni9是含铬、镍量配比最为适宜的一种。

镍的影响：其主要作用稳定奥氏体，使钢获得完全奥氏体组织，从而使钢具有良好的强度和韧性的配合，并具有优良的冷、热加工性和冷形成性等性能

杂质的影响：硫是有害的杂质，硫与镍形成Ni3S2化合物，Ni3S2与镍在625℃形成低熔点共晶，分布在晶粒间界上，当热变形温度超过共晶熔点时，即沿晶粒间界开裂，产生所谓″热脆″现象。镍在常温时与硫生成的Ni3S2能引起冷脆。本发明中选择的不锈钢材料为0Cr18Ni9，含硫量小于0.07％。

(3)良好的可加工性能。0Cr18Ni9奥氏体不锈钢均有良好的冷、热加工性，适于通用的各种冷、热加工工艺，而且通过不同工艺的磨光处理后可以达到8K表面质量，即镜面质量。这对提高玻璃制品的表面质量是非常关键的。

2.基体采用导热性能良好的铜合金材料。

铜及铜合金是人类使用最早的金属材料之一。由于铜具有优良的性能及美丽的光泽而被广泛应用于电缆、电器和电厂设备的导电材料、各种热交换器的传热材料、建筑材料、装饰品等。

本发明选用以Al为主要合金元素的黄铜材料ZCuZn31Al2作为基体材料，锌加入到铜中主要起到强化的作用，当锌含量小于32％时强度和塑性都随含锌量的增加而提高，因此本发明中选择的ZCuZn31Al2材料具有综合性能好的特点；黄铜加入少量的铝(0.7～3.5％)能使合金表面形成坚固的氧化膜，提高全金对气体、溶液、特别是对高速海水的耐蚀性。同时铝有细化晶粒的作用，可以防止退火时晶粒粗化，还可提高合金的硬度和强度。

3.0Cr18Ni9不锈钢与ZCuZn31Al2铜合金材料复合的技术基础

本发明的核心技术是通过压力铸造的方法实现0Cr18Ni9不锈钢与ZCuZn31Al2铜合金材料之间形成良好的复合，即冶金结合，使材料保持较高的力学性能。

(1)0Cr18Ni9不锈钢与ZCuZn31Al2铜合金材料具有实现冶金结合的基本条件。两种材料所包括的元素中，金属原子Ni可以与Cu形成固溶体，因此具有向铜合金中扩散的条件；而根据铜-铁相图，在室温时，铜在γ铁中最大溶解度是0.3％(质量分数，下同)，铁在铜中溶解度为0.2％，铜和铁能形成有限固溶。液态铜铺展在奥氏体不锈钢上时，系统的自由能很高，只要系统达到一定的温度，满足了铜和铁互扩散的热力学条件，将发生铜和铁原子的紧密接触，形成金属键，实现铜与铁的紧密结合。同时，铜和铁在界面两侧存在浓度差异，发生互扩散。

(2)工艺条件可以促使两种材料的冶金结合。本发明中采用压力铸造的方法实现两种金属的复合，首先浇注高熔点的不锈钢熔液并在压力下成形，形成组织致密的不锈钢层；待不锈钢层凝固后表面温度在750～850℃范围内浇注铜合金，同时加压成形；这种工艺条件下两者接触时保持较高的温度，满足了元素扩散的热力学条件，同时在压力作用下两种材料紧密接触，而且压力的作用也促使两种材料间的元素发生相互渗透，这种元素渗透能力的提高也促进了冶金结合的发生。

4.0Cr18Ni9不锈钢与ZCuZn31Al2铜合金材料具有相近的膨胀系数。0Cr18Ni9不锈钢在20-500℃范围内的线膨胀系数为18.0×10^-6K^-1，ZCuZn31Al2铜合金材料在20～300℃范围内的线膨胀系数为：20.9×10^-6K^-1，相差不大，因此可以避免材料在冷却过程中内部产生较大的热应力。

5.常温下0Cr18Ni9不锈钢材料的热导率为15W/(cm.k)，相比于铜合金材料而言，导热性能较差，但由于不锈钢材料在复合材料中占得比例较小，一般其厚度控制在铜合金材料的10～15％，因此主要通过铜合金的良好导热性能实现该材料的良好导热性能。ZCuZn31Al2铜合金材料的热导率为113W/(cm.k)，综合起来，该复合材料的热导率可以得到100W/(cm.k)左右，因此该材料具有良好的导热性能。

通过申请人对实施例的描述将会使本发明的技术方案的下列效果更加明朗：

1)本发明中选用的材料为常用铜合金和不锈钢材料，熔炼及铸造工艺均已相对成熟，因此，具有较高的生产效率和较低的生产成本；

2)本发明在复合材料成形过程中，采用压力铸造的方法，一方面可以改善铸造组织，提高材料的力学性能；同时在压力作用下，增加了两种材料间金属原子的相互渗透能力，有助于形成良好的冶金结合，提高了复合材料的结合强度，因此，明显提高了模具材料的综合力学性能，并延长其使用寿命；

3)本发明模具复合材料内表面可耐高温800℃以上，材料的导热系数可达到100W/(m·K)，比常用铸铁模具材料提高近一倍；

4)本发明模具复合材料主要应用于玻璃成型过程的初型模和成型模的瓶身等主要零件，使用寿命比铸铁材料提高30～50％，且玻璃成型速度快，提高了工作效率。使用本发明模具材料可提高玻璃制品的成型速度，降低玻璃制品的生产成本，具有显著的经济和社会效益。

实施例1：

请见图1和图2，本例实施的铜和不锈钢双金属玻璃模具为啤酒瓶成型模模具，模具内径尺寸为：瓶身部分为φ67mm，瓶口为φ22mm，中间圆形过渡；模具外径尺寸为φ190mm。作为外层的基体层5的材料为铜合金材料，而作为内层的模腔层3的材料为奥氏体不锈钢材料，基体层5与模腔层3的厚度比为6～9∶1(注：瓶口处基体层5与模腔层3的厚度比为9∶1，瓶身处基体层5与模腔层3的厚度比为6∶1，其余位置处于过渡区域)，这种铜、不锈钢双金属玻璃模具的制备方法的工艺步骤如下：

A)熔炼，在500Kg和1000Kg的中频感应电弧炉内熔炼不锈钢和熔炼铜合金，熔炼不锈钢的过程是：将普通废钢装入500Kg的中频感应电弧炉内加热熔化，待钢水熔清5min后对熔液进行化学元素分析，并根据化验结果加入适量的镍和铬铁等合金；当钢水温度达到1530℃时吹氧，吹氧压力为0.3～0.5MPa，吹氧量按3～8m³/T钢计算，吹氧结束，静置，取样分析碳含量，要求吹氧脱碳结束后熔液的含碳量在0.05％以下；当钢水温度达到1560℃时除渣并且加入锰铁和铬铁，紧闭炉门5min后搅拌，取样分析并且调整化学成分，经取样分析和调整化学成分后的不锈钢熔液中的化学成分(重量百分比)为：C≤0.08％，Si≤0.9％，Mn≤1.8％，Cr：17～19％，Ni：8～11％，S≤0.03％和P≤0.035％；将温度升温至1600℃，依次加入硅-钙合金和铝(加入量为熔液重量的0.1～0.2％)进行精炼处理；钢液温度控制在1560～1580℃范围内，得到等待出炉的不锈钢熔液，熔炼铜合金的过程是：将铜锌合金与紫铜原料按重量比为1∶0.8的比例装入感应炉内加热熔化，当加热到1050℃时加入铝，取样分析并且调整化学成分，铜合金熔液中的化学成分(重量百分比)为：铜66％；铝2％；其余为锌，然后进行除气处理，静置10min，待温度在1080℃时出炉，得到铜合金熔液；

B)铸型准备，请继续见图1并且结合图2，本实施例采用金属型的铸型1，并且在铸型1内铺置或称敷设有助于不锈钢熔液流动的型砂，敷设的砂层的厚度为4mm，将铸型1预热至300℃以上后安装到压力机的滑块上，同时，依据图2所示的瓶形特点设计基体层5和模腔层3的结构与尺寸(瓶口处的基体层5与模腔层3的厚度比为9∶1，瓶身处的基体层5与模腔层3的厚度比为6∶1，其余位置处于过渡区域)以及模具的外型如图2，并且依据模具的基体层5、模腔层3的结构尺寸分别设计基体层压头4和模腔层压头2，将基体层压头4和模腔层压头2同样经预热至300℃以上安装到所述压力机的滑块上；

C)铸造成型，请重点见图1，将由步骤A)得到的不锈钢熔液由图1中的第一箭头1′所示浇注到铸型1内，并且优选的方案是将不锈钢熔液称量后浇入到铸型1内，由图1中的第二箭头2′所示用模腔层压头2压实，模腔层压头2的压力为0.8MPa，保压时间为3min，待不锈钢熔液完全凝固后撤去模腔层压头2，得到不锈钢的模腔层3，接着使铸型1携不锈钢的模腔层3转移至基体层压头4处，浇注由步骤A)得到的铜合金熔液，具体由图1中的第三箭头3′示意，浇毕，由图1中的第四箭头4′所示，用基体层压头4压实，基体层压头4的压力为0.8MPa，保压或称保持时间为15～20min，由图1的第五箭头5′示意，即撤去基体层压头4，待铸件自然冷却至300℃以下取出铸件，得到如图2所示的由内层为不锈钢的模腔层3而外层为铜合金的基体层5所构成的用于成型啤酒瓶的铜和不锈钢双金属玻璃模具。

实施例2：

请见图1和图3，本例实施的铜和不锈钢双金属玻璃模具为红酒瓶瓶身模模具毛坯，模具内径尺寸为：瓶身部分为φ70mm，小口为φ22mm，中间圆形过渡；模具外径尺寸为φ184mm。作为外层的基体层5的材料为铜合金材料，而作为内层的模腔层3的材料为奥氏体不锈钢材料，基体层5与模腔层3的厚度比为8～12∶1(注：瓶口处的基体层5与模腔层3的厚度比为12∶1，瓶身处的基体层5与模腔层3的厚度比为8∶1，其余位置处于过渡区域)，这种铜和不锈钢双金属玻璃模具的制备方法的工艺步骤如下：

A)熔炼，在500Kg和1000Kg的中频感应电弧炉内熔炼不锈钢和熔炼铜合金，熔炼不锈钢的过程是：将普通废钢装入500Kg的中频感应电弧炉内加热熔化，待钢水熔清8min后对熔液进行化学元素分析，并根据化验结果加入适量的镍和铬铁等合金；当钢水温度达到1550℃时吹氧，吹氧压力为0.3～0.5MPa，吹氧量按3～8m³/T钢计算，吹氧结束，静置，取样分析碳含量，要求吹氧脱碳结束后熔液的含碳量在0.05％以下；当钢水温度达到1580℃时除渣并且加入锰铁和铬铁，紧闭炉门15min后搅拌，取样分析并且调整化学成分，经取样分析和调整化学成分后的不锈钢熔液中的化学成分(重量百分比)为：C≤0.08％，Si≤0.9％，Mn≤1.8％，Cr：17～19％，Ni：8～11％，S≤0.03％和P≤0.035％；将温度升温至1600℃，依次加入硅-钙合金和铝(加入量为熔液重量的0.1～0.2％)进行精炼处理；钢液温度控制在1560～1580℃范围内，得到等待出炉的不锈钢熔液，熔炼铜合金的过程是：将铜锌合金与紫铜原料按重量比为1∶0.6的比例装入感应炉内加热熔化，当加热到1010℃时加入铝，取样分析并且调整化学成分，铜合金熔液中的化学成分(重量百分)铜68％；铝3％；其余为锌，然后进行除气处理，静置15min，待温度在1110℃时出炉，得到铜合金熔液；

B)铸型准备，请见图1并且结合图3，本实施例采用金属型的铸型1，并且在铸型1内铺置(敷设)有助于不锈钢熔液流动的型砂，敷设的砂层的厚度为5mm，将铸型1预热至300℃以上后安装到压力机的滑块上，同时，依据图3的瓶形特点设计基体层5和模腔层3的结构与尺寸(瓶口处基体层5与模腔层3的厚度比为12∶1，瓶身处基体层5与模腔层3的厚度比为8∶1，其余位置处于过渡区域)以及模具的外型如图3，并且依据模具的基体层5、模腔层3的外形尺寸分别设计基体层压头4和模腔层压头2，将基体层压头4和模腔层压头2同样经预热至300℃以上安装到所述压力机的滑块上；

C)铸造成型，请重点见图1，将由步骤A)得到的不锈钢熔液由图1中的第一箭头1′所示浇注到铸型1内，并且优选的方案是将不锈钢熔液称量后浇入到铸型1内，由图1中的第二箭头2′所示用模腔层压头2压实，模腔层压头2的压力为5MPa，保压时间为1min，待不锈钢熔液完全凝固后撤去模腔层压头2，得到不锈钢的模腔层3，接着使铸型1携不锈钢的模腔层3转移至基体层压头4处，浇注由步骤A)得到的铜合金熔液，具体由图1中的第三箭头3′示意，浇毕，由图1中的第四箭头4′所示，用基体层压头4压实，基体层压头4的压力为5MPa，保压或称保持时间为5～8min，由图1的第五箭头5′示意，即撤去基体层压头4，待铸件自然冷却至300℃以下取出铸件，并且得到如图3所示的由内层为不锈钢的模腔层3而外层为铜合金的基体层5所构成的用于成型红酒瓶的铜和不锈钢双金属玻璃模具。

实施例3：

请见图1和图4，本例实施的铜和不锈钢双金属玻璃模具为玻璃奶瓶成型模模具毛坯，模具内径尺寸为：瓶身部分为φ52mm，小口为φ30mm，中间圆形过渡；模具外径尺寸为φ150mm。作为外层的基体层5的材料为铜合金材料，而作为内层的模腔层3的材料为奥氏体不锈钢材料，基体层5与模腔层3的厚度比为7～9∶1(注：瓶口处的基体层5与模腔层3的厚度比为9∶1，瓶身处的基体层5与模腔层3的厚度比为7∶1，其余位置处于过渡区域)，这种铜和不锈钢双金属玻璃模具的制备方法的工艺步骤如下：

A)熔炼，在500Kg和1000Kg的中频感应电弧炉内熔炼不锈钢和熔炼铜合金，熔炼不锈钢的过程是：将普通废钢装入500Kg的中频感应电弧炉内加热熔化，待钢水熔清10min后对熔液进行化学元素分析，并根据化验结果加入适量的镍和铬铁等合金；当钢水温度达到1505℃时吹氧，吹氧压力为0.3～0.5MPa，吹氧量按3～8m³/T钢计算，吹氧结束，静置，取样分析碳含量，要求吹氧脱碳结束后熔液的含碳量在0.05％以下；当钢水温度达到1570℃时除渣并且加入锰铁和铬铁，紧闭炉门8min后搅拌，取样分析并且调整化学成分，经取样分析和调整化学成分后的不锈钢熔液中的化学成分(重量百分比)为：C≤0.08％，Si≤0.9％，Mn≤1.8％，Cr：17～19％，Ni：8～11％，S≤0.03％和P≤0.035％；将温度升温至1600℃，依次加入硅-钙合金和铝(加入量为熔液重量的0.1～0.2％)进行精炼处理；钢液温度控制在1560～1580℃范围内，得到等待出炉的不锈钢熔液，熔炼铜合金的过程是：将铜锌合金与紫铜原料按重量比为1∶1的比例装入感应炉内加热熔化，当加热到1030℃时加入铝，取样分析并且调整化学成分，铜合金熔液中的化学成分(重量百分)为：铜67％；铝1.5％；其余为锌，然后进行除气处理，静置12min，待温度在1120℃时出炉，得到铜合金熔液；

B)铸型准备，请继续见图1并且结合图4，本实施例采用金属型的铸型1，并且在铸型1内铺置(敷设)有助于不锈钢熔液流动的型砂，敷设的砂层的厚度为3mm，将铸型1预热至300℃以上后安装到压力机的滑块上，同时，依据图4的瓶形特点设计基体层5和模腔层3的结构与尺寸(瓶口处的基体层5与模腔层3的厚度比为12∶1，瓶身处的基体层5与模腔层3的厚度比为8∶1，其余位置处于过渡区域)以及模具的外型如图4，并且依据模具的基体层5、模腔层3的结构尺寸和模具的外形分别设计基体层压头4和模腔层压头2，将基体层压头4和模腔层压头2同样经预热至300℃以上安装到所述压力机的滑块上；

C)铸造成型，请重点见图1，将由步骤A)得到的不锈钢熔液由图1中的第一箭头1′所示浇注到铸型1内，并且优选的方案是将不锈钢熔液称量后浇入到铸型1内，由图1中的第二箭头2′所示用模腔层压头2压实，模腔层压头2的压力为5MPa，保压时间为2min，待不锈钢熔液完全凝固后撤去模腔层压头2，得到不锈钢的模腔层3，接着使铸型1携不锈钢的模腔层3转移至基体层压头4处，浇注由步骤A)得到的铜合金熔液，具体由图1中的第三箭头3′示意，浇毕，由图1中的第四箭头4′所示，用基体层压头4压实，基体层压头4的压力为3MPa，保压或称保持时间为8～12min，由图1的第五箭头5′示意，即撤去基体层压头4，待铸件自然冷却至300℃以下取出铸件，并且得到如图4所示的由内层为不锈钢的模腔层3而外层为铜合金的基体层5所构成的用于成型玻璃奶瓶的铜和不锈钢双金属玻璃模具。

Claims (8)

1.一种铜和不锈钢双金属玻璃模具的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：

A)熔炼，在不同的感应炉内熔炼不锈钢和熔炼铜合金，熔炼不锈钢的过程是：将普通废钢装入电弧炉内加热熔化，钢水熔清后进行元素分析并且加入镍和铬铁，当钢水温度达到1530～1550℃时吹氧并脱碳处理，当钢水温度达到1560～1580℃时除渣，并且加入锰铁和铬铁，关闭炉门搅拌，取样分析，调整化学成分后将温度升至1580～1600℃，依次加入硅-钙合金和铝，而后出炉，得到不锈钢熔液，熔炼铜合金的过程是：将铜锌合金与紫铜原料按比例装入感应炉内加热熔化，当加热到1000～1050℃时加入铝，然后进行除气处理，静置，待温度在1080～1120℃时出炉，得到铜合金熔液；

B)铸型准备，将铸型预热后安装到压力机的滑块上，按模具的基体层和模腔层的结构尺寸以及模具的外型分别设计基体层压头和模腔层压头，并且将基体层压头和模腔层压头预热后安装于压力机的滑块上；

C)铸造成型，将不锈钢熔液浇注到铸型中，用模腔层压头压实，并且控制模腔层压头的压力和保压时间，待不锈钢熔液凝固后撤去模腔层压头，得到不锈钢的模腔层，接着使铸型携不锈钢的模腔层转移至基体层压头处，浇注铜合金熔液，浇毕，用基体层压头压实，并且控制基体层压头的压力和保持时间，待铸件冷却后并且撤去基体层压头，开箱，得到基体层材料为铜合金和模腔层材料为不锈钢的铜和不锈钢双金属玻璃模具，所述的铜合金材料的化学成分的重量％为：66～68％的铜，2.0～3.0％的铝，其余为锌；所述的不锈钢为铬镍奥氏体不锈钢，该铬镍奥氏体不锈钢的化学成分的重量％为：≤0.08％的碳，≤1.0％的硅，0.8～2.0％的锰，17～19％的铬，8～11％的镍，≤0.03％的硫和≤0.035％的磷，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的铜和不锈钢双金属玻璃模具的制备方法，其特征在于步骤A)中所述的元素分析和所述的取样分析均为对C、Mn、Si、S、P、Cr和Ni元素进行分析。

3.根据权利要求1所述的铜和不锈钢双金属玻璃模具的制备方法，其特征在于步骤 A)中所述的钢水熔清后进行元素分析是指待钢水熔清3～10min后进行元素分析。

4.根据权利要求1所述的铜和不锈钢双金属玻璃模具的制备方法，其特征在于步骤A)中所述的铜锌合金与紫铜原料按比例指铜锌合金与紫铜原料的重量百分比为1∶0.5～1，所述的静置的时间为10～15min。

5.根据权利要求1所述的铜和不锈钢双金属玻璃模具的制备方法，其特征在于步骤A)中所述的关闭炉门搅拌是指在关闭炉门5～15min后开始搅拌。

6.根据权利要求1所述的铜和不锈钢双金属玻璃模具的制备方法，其特征在于步骤B)中所述的铸型为砂型或金属型，其中，金属型的铸型采用有助于不锈钢熔液流动的敷砂工艺，敷砂的厚度为3～5mm。

7.根据权利要求1所述的铜和不锈钢双金属玻璃模具的制备方法，其特征在于步骤B)中所述的基体层压头和模腔层压头预热的预热温度为300℃以上。

8.根据权利要求1所述的铜和不锈钢双金属玻璃模具的制备方法，其特征在于步骤C)中所述的控制模腔层压头的压力和保压时间是将模腔层压头的压力和保压时间分别控制为0.5～5MPa和1～5min；所述的控制基体层压头的压力和保持时间是将基体层压头的压力和保持时间分别控制为0.5～5MPa和5～20min；所述的冷却为自然冷却至300℃以下。 

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