CN102851568A - 合金蠕墨铸铁玻璃模具材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种合金蠕墨铸铁玻璃模具材料及其制备方法，属于玻璃模具制造领域。其化学元素组成及其质量百分数为：3.5-3.6%的碳，2.9-3.0%的硅，0.4-0.5%的锰，0.4-0.5%的钼，<0.15%的钒，<0.10%的钛，0.3-0.4%的铬，0.4-0.5%的镍，<0.05%的磷，<0.03%的硫，其余为铁。优点：由于金属元素的选择及质量百分数选择合理，因而有利于节约贵金属材料并且减少使用贵金属元素的种类；由于所选择的合金元素具有良好的固溶强化作用，因此有益于增强铁素在高温环境下的强度而藉以延长玻璃模具的使用寿命；提供的制备方法有益于第二相碳化物弥散分布于晶界，使晶界强化并提高蠕变强度。

Description

合金蠕墨铸铁玻璃模具材料及其制备方法

技术领域

本发明属于玻璃模具制造领域，具体涉及一种合金蠕墨铸铁玻璃模具材料，并且还涉及其制备方法。

背景技术

玻璃模具是生产玻璃制品的主要装备，其频繁的与600℃-1100℃的高温玻璃液接触，承受着氧化、生长、热交换、热疲劳等作用，同时由于频繁的开模合模，因此要求模具的接触面具有优异的耐磨损性能。具体而言，要求玻璃模具内腔表面具有良好的耐高温、耐磨性能、抗氧化性能和耐蚀性能而藉以延长使用寿命；要求玻璃模具的外圆具有优异的散热性能，以理想地适应高速生产需求。

目前玻璃模具的材料主要是以含Cr、Ni、Mo、V和Ti的D型石墨灰铸铁、蠕墨铸铁或球铁（小型模具）为主，这些材料在使用过程中普遍存在性能不稳定性例如随着时间的延续（推移）而逐渐出现性能的衰退，影响模具使用寿命。所谓的性能衰退的表现形式主要有并不限于的以下四个方面：其一，在高温下，通常会发生氧化和生长。在700℃之前，发生基体铁的氧化反应，而在700℃之后，石墨和基体铁都发生急剧的氧化反应，且石墨片越粗大，氧化越严重。在模具的反复使用中，由于材料频繁地通过铁素体和奥氏体转变区域，因此石墨频繁地融入奥氏体，但是析出时却不从原来融入奥氏体的区域析出，于是造成材料中存在孔洞，以及材料的生长；其二，由于石墨对铸铁基体组织起到非常明显的割裂作用，并且头部越尖锐，割裂作用越明显，因此在交变温度循环下，成为基体的裂纹源，影响玻璃模具的服役周期；其三，基体中残余的初生碳化物在模具使用过程中发生石墨化转变，分解成铁素体和石墨，导致模具变形生长，同时在模具使用过程中，铁素体基体容易磨损，导致铁素体基体上残余的硬质相的共晶碳化物容易产生剥落现象，于是在铁素体磨损的情况下，剥落的初生大型共晶碳化物颗粒会成为磨粒磨损的颗粒，使打出（成形出）的瓶子表面出现橘皮现象，同时在晶界析出的大块状碳化物容易引起脆性，造成脱落，并且以杂质的形式成为材料中的显微裂纹源，于是在较大的热应力下会加速裂纹源的扩展，最终导致开裂；其四，高温下晶界强度不足引起的沿晶开裂。在常温下，晶界强度大于晶粒强度，对于比较细小的晶粒，由于晶粒细小晶界多就可以增强材料强度，从而抵抗裂纹源的产生，但是在高温下，尤其是玻璃模具的工作温度往往都超过材料的等强温度，随着温度的提高，晶界和晶粒的强度都急剧下降，且晶界的强度下降幅度超过晶粒的强度下降幅度，当超过等强温度时，晶界强度低于晶粒强度，意味着材料在高温时粗大晶粒的材料强度比细小晶粒的强度高，位错容易在晶界滑动，产生裂纹源，随着应力的继续扩大，裂纹源就会失稳扩展，最终导致材料的沿晶开裂。

目前国内外铸铁玻璃模具材料主要研究方向主要在以下三个方面：

根据玻璃模具的服役条件和失效分析以及实际生产的要求，对模具材料的主要要求是抗氧化、抗生长以及热疲劳抗力等性能。

A:抗氧化和抗生长性能

1）：铸铁的氧化分为基体铁的氧化和石墨的氧化。在700℃之前，只发生基体铁的氧化，不发生石墨的氧化，而在700℃之后，基体和石墨都要发生氧化，主要是石墨的氧化，石墨氧化后生成CO ₂ 和CO，它们将与铁产生反应：

3Fe+4CO ₂ =Fe ₃ O ₄ +4CO

3Fe+2CO ₂ =Fe ₃ O ₄ +2C

这两个反应能够共同促进铸铁的氧化，同时石墨氧化以后留下的空间，加速了氧化性气体向铸铁内部的渗入，发生内部氧化。

通常在玻璃模具材料中加入Cr、Si和Al来提高基体铁的抗氧化性能。首先这些元素在铁中有足够的溶解度；其次Cr、Si、Al能够先于基体铁与氧反应产生一层足够覆盖表面的致密的氧化薄膜隔绝氧与铁的接触；再次这种合金元素的薄膜结构致密、电阻大、金属离子和氧离子都不易通过它扩散。

对于石墨的抗氧化主要是通过改变石墨形态和减少石墨数量来实现。灰铸铁中的石墨成片状分布，在共晶团内连在一起、共晶团也基本连接，它成为氧进入金属内部的通道，故氧化速速很快。由于球墨铸铁的石墨是孤立的，故没有这样的通道，氧化速度明显下降。蠕墨铸铁的石墨在共晶团内连在一起，但是共晶团互不相连，故它的氧化速度介于灰铸铁和球墨铸铁之间，且接近于后者。

D型石墨铸铁是最近发展起来的一种新型玻璃模具材料，且以成为主流玻璃模具材料。D型石墨属于片状石墨的一种，它是在奥氏体树枝晶间结晶形成，并且奥氏体发达的枝晶阻碍了其长大，奥氏体的连续性割裂了石墨片的连续性，且D型石墨与基体间的间隙比其他片状石墨与基体间的间隙小。D型石墨组织中的初生奥氏体具有骨架结构，而共晶奥氏体又像网络一样把初生奥氏体的各个枝干连接在一起，提高了骨架抵抗外力的能力。再加上D型石墨细小、弯曲、端部较钝的形状，决定了它对基体的割裂作用小，不易引起较大的应力集中，所以D型石墨铸铁具有较高的强度，最重要的是D型石墨由于石墨较细小，氧化速度也较常规的A型石墨大大降低，提高了材料的抗氧化性能。

D型石墨铸铁由于具有比A型石墨铸铁更高的强度，更好的抗氧化和耐磨性能，正越来越受到玻璃模具行业的重视。

蠕墨铸铁作为单独的一种铸铁材料分类也是最近几十年的事情，由于其兼具有球墨铸铁的强度、抗氧化性能、一定的延伸率，又具有灰铸铁优良的铸造性能，目前正越来越受到人们的赏识，已成为发动机壳体，汽车排气管的主要材料。

在玻璃模具领域，蠕墨铸铁也是一种新型材料，太原理工大学的张金山、许春香利用K-Na变质剂发明的玻璃模具用球墨/蠕墨复合铸铁，已成为玻璃模具用材料的一个典型。其成功的利用了不同形状石墨的主要特点，既发挥了球状石墨的抗氧化性能，又利用了蠕虫状石墨的散热性能，做到了物尽其用。

2）：铸铁的生长主要是指铸铁在高温下发生的由于化学冶金变化产生的体积或尺寸长大，而在冷却后仍然保留的不可逆膨胀，通常伴随着化学（如氧化）和冶金变化（如相变）。铸铁的生长过程取决于温度、组织和化学成分。

通过添加合金元素Si、Cr、Mo、Ni、V和Sn等合金元素来防止铸铁氧化生长, 合金Si、Cr、Mo、V元素的加入能够能够使A3点上移，使模具在使用温度范围内不发生相变，同时合金元素形成的氧化膜能够阻止氧进一步对基体发生氧化。

B:导热性能

热导率是表征材料传播温度变化能力大小的物理量。在实际的生产过程中，玻璃液滴进玻璃模具内腔的温度大约为1100℃，冷却到780℃以下从模具中取出。为此模具应尽快地降低到所要求的温度，以提高生产速度、适应成型机急速的要求，因为模具传出的热量的能力非常重要。

铸铁中主要起导热作用的是石墨，石墨的导热能力是基体的几十倍，且片状石墨的导热性能大于蠕虫状石墨大于球状石墨，所以为了生产出内腔抗氧化性能好的外圆散热性能好的玻璃模具材料，研制出了梯形石墨的玻璃模具材料，主要表现为：a）由内腔的球状石墨逐渐过渡到外圆的片状石墨，发挥玻璃模具各部分的作用；b）由内腔细密的D型石墨逐渐向外圆过渡为粗大的片状A型石墨。

其次，基体的导热能力的优劣也关系到整体材料的导热能力。研究表明，铁素体基体的导热能力大于珠光体基体的导热能力，同时单一铁素体基体也能够保证材料在使用过程中不发生相变产生的不可逆的生长。目前主要通过高温石墨化退火来获得全铁素体基体。

C：热疲劳性能

铸铁的热疲劳性能是表征材料在热循环条件下抵抗裂纹产生的能力。其不仅与材料的热传导、比热容等热学性质有关，而且还与材料的弹性模量、屈服强度、蠕变强度等力学性能，以及密度、几何因素有关。在循环热应力条件服役的情况下，材料表面热应变最大区域常常会萌生裂纹源。裂纹源一般有几个，在热循环过程中，有些裂纹成为主裂纹，并最终导致最后裂纹的失稳扩展。

通常在材料中加入Cr、Mo、V、Ni等合金元素，使合金元素形成单相固溶体，产生固溶强化作用，同时合金元素使层错能降低，易形成扩展位错，使裂纹在此难于扩展移动，从而提高材料的高温强度，抵抗热疲劳裂纹的萌生以及扩展，最终达到提高材料热疲劳抗力的目的。

总之，如何延长玻璃模具的使用寿命、减少对贵金属资源的过度依赖、避免因大型块状初生碳化物在高温下不稳定而分解形成的裂纹源和改善铁素体基体在高温环境下的强度等是目前业界致力研究的方向，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明的首要任务在于提供一种有助于延长玻璃模具的使用寿命、有利于减少贵金属元素使用、有益于减少由于大型块状初生碳化物因在高温下不稳定而分解形成的裂纹源、有便于通过合金元素的固溶强化作用而藉以增强铁素体基体在高温环境下的强度的合金蠕墨铸铁玻璃模具材料。

本发明的另一任务在于提供一种合金蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，该方法有利于通过第二相碳化物弥散分布晶界而使晶界强化并提高蠕变强度而藉以保障所述合金蠕墨铸铁玻璃模具材料的技术效果的全面体现。

本发明的首要任务是这样来完成的，一种合金蠕墨铸铁玻璃模具材料，其化学元素组成及其质量%为：3.5-3.6%的碳，2.9-3.0%的硅，0.4-0.5%的锰，0.4-0.5%的钼，<0.15%的钒，<0.10%的钛，0.3-0.4%的铬，0.4-0.5%的镍，<0.05%的磷，<0.03%的硫，其余为铁。

本发明的另一任务是这样来完成的，一种合金蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，包括以下步骤：

A）熔炼，向熔炼炉内加入生铁，待生铁熔化后加入回炉料，并且控制回炉料在加入的生铁中所占的重量百分比，待回炉料熔化后加入废钢，待废钢熔化后加入钒铁和钼铁，待钒铁和钼铁熔化后进行保温，保温结束后扒渣，扒渣后加入锰铁、硅铁和铬铁进行造渣脱氧，待铁水温度达到1520-1540℃时加入钛铁和镍板，待钛铁和镍板熔化后进行保温，并且在保温的同时对铁水进行取样分析并且调整化学元素质量%含量，而后进行蠕化处理和随流孕育处理，得到待浇注的合金蠕墨铸铁熔液；

B）浇注成型，将待浇注的合金蠕墨铸铁熔液浇注到树脂砂单箱无冒口铸型中，浇注之前，在铸型上面加盖用于成型出玻璃模具的内腔的冷铁泥芯并且向浇道中加入旨在进行二次孕育的孕育剂，浇注完成后静置，静置结束后撤去冷铁泥芯，得到合金蠕墨铸铁玻璃模具材料。

在本发明的一个具体的实施例中，步骤A）中所述的控制回炉料在加入的生铁中所占的重量百分比是将回炉料的加入量控制为所述加入的生铁重量的10-20%，所述的生铁为Q12生铁。

在本发明的另一个具体的实施例中，步骤A）中所述的废钢为预先进行除油和除锈处理的废钢。

在本发明的又一个具体的实施例中，步骤A）中所述的钒铁和钼铁为直径为2-6㎜的颗粒状的钒铁和钼铁；所述的钛铁的牌号为TiFe70。

在本发明的再一个具体的实施例中，步骤A）中所述的待钒铁和钼铁熔化后进行保温的温度为1500-1510℃，时间为5-6min；所述的待钛铁熔化后进行保温的温度为1520-1550℃，保温时间为15-20min。

在本发明的还有一个具体的实施例中，步骤A）中所述的调整化学元素质量%含量是将化学元素的质量%含量调整为：3.5-3.6%的碳，2.9-3.0%的硅，0.4-0.5%的锰，0.4-0.5%的钼，<0.15%的钒，<0.10%的钛，0.3-0.4%的铬，0.4-0.5%的镍，<0.05%的磷，<0.03%的硫，其余为铁。

在本发明的更而一个具体的实施例中，步骤A）中所述的蠕化处理是指向铁水熔液中加入蠕化剂，蠕化剂的加入量为铁水总质量的0.45-0.55%，并且蠕化剂由以下重量份数的原料构成：镁3.7-4.3份，镧系8.5-9.5份，硅 43-47份，钙1.5-2.5份和铝≤1.2份；所述的随流孕育处理是指向铁水熔液中加入牌号为SiFe75孕育剂，该SiFe75孕育剂的颗粒直径为1-3㎜，加入量为铁水熔液总质量的0.35-0.45%。

在本发明的进而一个具体的实施例中，步骤B）中所述的孕育剂为粉末状孕育剂，加入量为所述待浇注的合金蠕墨铸铁熔液的总质量的0.08-0.12%。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述的粉末状孕育剂为硅钡孕育剂，该硅钡孕育剂由以下按重量份数的原料构成：硅55-65份、钡4-6份、钙0.5-2.5份和铝1.5-2.5份，所述的静置的时间为20-30min。

本发明提供的技术方案由于金属元素的选择及质量%选择合理，因而有利于节约贵金属材料并且减少使用贵金属元素的种类；由于所选择的合金元素具有良好的固溶强化作用，因此有益于增强铁素在高温环境下的强度而藉以延长玻璃模具的使用寿命。提供的制备方法有益于第二相碳化物弥散分布于晶界，使晶界强化并提高蠕变强度。

具体实施方式

本发明合金元素的比例，含C量为3.5-3.6%，因为树脂砂单箱无冒口浇注工艺能够提供比一般工艺获得更高的过冷度（整个毛坯平面都受冷铁激冷，一般工艺只激冷内腔），产生更多的球状石墨，影响散热，所以通过提高C含量来获得更多的石墨从而获得理想的散热性能，同时石墨的增加可以使吸收以及缓冲热应力的作用增大，减少材料中热应力的堆积；已有技术中锰的含量比较高（远高于本发明的0.4-0.5%），主要考虑是为了获得高的强度以及中和生铁中的硫元素，但是锰是一种极易偏析的元素，且本方案采用的是含P、S比较少的Q12 生铁，Mn与S结合首先会生成MnS，作为石墨形核的异质形核点，但是随着Mn和S比例的提高，σb会逐渐降低，但是过多的Mn会形成珠光体，稳定碳化物，对获得全铁素体基体不利；Mo和Mn、Cr都是铁素体形成元素，其溶解于铁素体基体中，以固溶强化的方式强化铁素体基体，使材料在高温中有足够的抗蠕变强度，同时控制这些元素的含量使其不易过多的形成初生碳化物；v 、Ti都是属于强碳化物形成元素，其形成的碳化物很稳定，它们的加入能够使Cr、Mo、Mn固溶强化元素难以发生向碳化物转移的再分配现象，从而保持Cr、Mo、Mn的固溶强化特性，提高铁素体的高温强度 ，同时V、Ti的加入使铁水起变质作用，改善了晶界的状况；Ti、V元素一方面偏聚、吸附在碳化物择优生长的方向上，使碳化物的生长受到抑制，从而使其变得均匀、孤立；同时形成的VC、TiC在高温中化学特性稳定，不容易分解，能够起到第二相强化的作用，另外少量的Cr、Mo、Mn元素也会进入到V、Ti的碳化物中，形成复合型碳化物（Fe、Mo、Cr、Ti、Mn、V） ₇ C ₃ 型碳化物，这些高熔点的碳化物弥散分布在晶界上，阻碍高温下晶界的滑移，提高晶界上的晶粒之间的滑移抗力，从而进一步稳定强化晶界，增加材料在高温中蠕变强度，当铁水中含Ti量过多时，形成的碳化物会明显增多，碳化物的导热性很差，虽然提高材料高温性能，但是也大大降低了材料的导热性能，对于提高模具的综合热疲劳性能不利；Ni元素的加入，能够使C和其他强碳化物形成元素之间的结合力减弱，也就相应的减少了碳化物之间金属键的强度，减少碳化物的生成，并且Ni元素的加入可以改善材料的强度、耐磨性、均匀性等；Cr元素是最有效的提高材料高温抗氧化性能的合金元素，加入的Cr元素能使共析点上移，使模具在使用温度下不发生相变，并且Cr和Mo、Ni同时加入所起到的提高材料高温抗氧化、强化基体的性能比单独加入所起到的作用的总和大的多，同时Cr、Mo、Ni一起加入还能够最大程度的使石墨形态优化，减少以往材料头部尖锐状石墨的出现，减少由于石墨尖端部位导致的应力集中现象。

本发明优化了合金熔炼工艺，减少了自身大块状初生碳化物的生成，有利于净化出炉铁水：

     熔炼是生产高品质铸铁材料的关键之一，高质量的铁水不仅要求铁水低的S、P含量，还要求有低的含氧量，不恰当的投料顺序以及时间都会导致合金元素的大量烧损，合金元素烧损形成的氧化物进入铁水，当扒渣不干净的时候，这些合金元素的氧化物就会成为材料中的金属夹杂物，严重影响材料的使用寿命。本发明材料熔炼采用的生铁是Q12 生铁，其不仅含C、Si比较高，同时含有比较低的S、P含量，可以减少材料中磷共晶的生存，为生产高品质的铁水从原材料上提供了有力的保障。新型玻璃模具蠕墨铸铁中含有的Mn、Si、Ti、Mo、V、Cr等合金元素本身就是很好的脱氧剂，所以如何运用好这些脱氧剂，使铁水获得较低的含氧量、金属氧化夹杂物是本发明的关键所在。当所有合金元素在同一时刻加入的时候，由于铁水中的固溶度有限，超过其固溶极限的时候就会形成初生碳化物，随着合金元素在铁水中熔炼时间的增长，其形成的碳化物会由MC ₃ 形式转化到难以分解的M ₇ C ₆ 合金碳化物形式，并逐渐长大成大块状的碳化物，析出的过饱和的大块状碳化物在退火中很难分解，并且会引起脆性，在模具使用过程中，这种类型的碳化物极易从基体中脱落，在柔软的铁素体基体上进行磨粒磨损，最终导致生产出的玻璃瓶出现橘皮状缺陷；某些碳化物脱落以后会成为材料中的夹杂物，影响材料的整体连续性，成为材料中比较薄弱的一点，在综合应力的作用下成为裂纹的发源地。

熔炼开始的时候，先在空炉中加入生铁，然后满功率运行，待生铁即将全部融化的时候加入回炉料，在回炉料全部融化以后加入废钢（废钢加入之前进行除油除锈处理），当废钢融化以后加入小颗粒的V铁和Mo铁（2-6mm），接着满功率运行，直至全部融化，保温一段时间，扒渣干净，此时进行脱氧处理，依次加入Cr铁、Mn铁和Si铁进行造渣脱氧处理，由于硅、锰原子与氧的亲和力大于铁原子，硅、锰原子将生铁原子从氧化七亚铁中还原出来，自身被氧化形成硅、锰氧化夹杂物，形成渣被扒渣干净，从而达到去除氧的目的；当铁水温度到达1520-1540℃的时候，再次扒渣干净以后加入称量好的70Ti铁、镍板，待Ti铁、镍板全部融化以后进行保温过热处理，在高温区保温5-6min不仅能够把铁水中的杂质去除干净，同时生铁中粗大的过共晶石墨在高温下可以融化到结晶临界半径以下，消除石墨的遗传性，只有在这样的高温条件下，生产的高质量的铁水才能得到保证，所以说高温静置保温是一项十分关键的步骤，可以减少由于粗大过共晶初生石墨导致的模具中存在的显微缩松、苍蝇脚等缺陷，保证了铁水的高质量，过度的长时间保温不仅浪费能源，同时随着时间的延长，保温铁水会重新吸氧等，反而不利于铁水质量的提高。在保温的同时进行C/Si元素的分析以及合金元素的分析，当分析结束，成分合格以后进行蠕化处理以及随流孕育处理。

本发明对蠕化剂的品种、加入量以及进行二次孕育处理的效果如下：

本发明所使用的蠕化剂是采用中国江苏省南京宁阪特殊合金有限公司生产的牌号为CVALLOY2#号蠕化剂，按重量份数， Mg：3.7-4.3份，RE（镧系）：8.5-9.5份，Si：43-47份，Ca：1.5-2.5份，Al≤1.2%份。与已有技术相比，增加了蠕化剂中的稀土含量，并且含有的稀土元素主要从以往的低稀土低镧蠕化剂改成了高稀土高镧蠕化剂，经过这样细微的调整以后，蠕化效果明显改善。在相同的视野情况下，石墨数量增多，并且石墨尺寸呈较倾斜分布。同时稀土元素的加入，能够使铁水获得较大的纯净度，稀土元素与氧的结合能力很强，其加入铁水以后能够获得含氧量、以及其他杂志元素极低的高品质铁水，从而净化了晶界，减少了减弱晶界强度的杂质元素的偏析等缺陷，使晶界有足够的抵抗高温蠕变，同时稀土氧化物还能够改善氧化物在基体的粘附能力，减少氧进入基体的通道。在浇注过程中，伴随着0.1%的粉末状孕育剂进行二次孕育，经过孕育的铁水浇注出来的毛坯，在内腔激冷层处单位面积内球状石墨数量显著提高，提高了毛坯内腔抗氧化能力，为玻璃模具用毛坯生产提供了高质量的铁水；同时使用的含有钡的孕育剂作为二次孕育使用，钡容易偏析于晶界，改善晶界第二相（如碳化物）的分布形态和分布，以及晶界附近的区域组织，从而改善晶界的强度和塑性，提高材料的高温强度。

实施例1：

A）熔炼，向熔炼炉（电炉）内加入牌号为Q12生铁，生铁熔化后加入生铁重量的15%的回炉料，回炉料如报废的合金蠕墨铸铁玻璃模具，待回炉料熔化后加入预先经过除油和除锈处理后的废钢，待废钢熔化后并且温度升至1450-1460℃时加入颗粒状的并且颗粒直径为2-6㎜的钒铁和钼铁，待钒铁和钼铁熔化后进行保温，保温温度为1500℃，保温时间为6min，保温结束后进行扒渣，在扒渣后依次加入锰铁、硅铁和铬铁进行造渣脱氧，即进行造渣脱氧处理，待铁水温度达到1520℃时加入钛铁和镍板，待钛铁和镍板熔化后进行保温，保温温度为1520℃，保温时间为20min，在保温的同时取样分析并且将铁水的化学元素的质量百分含量调整为： 3.6%的碳，2.9%的硅，0.4%的锰，0.45%的钼， 0.12%的钒， 0.08%的钛，0.4%的铬，0.5%的镍，0.03%的磷，0.02%的硫，其余为铁，而后进行蠕化处理和随流孕育处理，蠕化处理是向铁水中加入铁水总质量（即铁水总重量）的0.5%的蠕化剂，蠕化剂由以下重量份数的原料构成：镁3.7份，镧系（RE）8.8份，硅47份，钙2份和铝1份，随流孕育处理是指向熔液即向铁水中加入铁水总重量的0.45%的并且牌号为SiFe75以及颗粒直径为1-3㎜的孕育剂，得到待浇注的合金蠕墨铸铁熔液，本步骤中所述的造渣脱氧处理是通过合金元素与氧的亲和能力的高低来进行脱氧处理，合金元素大部分固溶到基体中，少数则进行脱氧处理形成氧化渣排出炉外，Mn、Cr和Si等合金元素与氧的亲和能力都比Fe强，与氧的亲和能力越强，还原能力也就越强，其中合金中与氧亲和能力的大小为：Ti＞V＞Cr＞Si＞Mn＞Mo＞Ni。由于钒铁比较难熔，所以先行加入，镍板价格昂贵，易于氧化最后加入。所以整个脱氧过程是：首先在废钢融化扒渣干净以后加入钒铁和钼铁，待温度上升到1450-1460℃左右，钒铁和钼铁加入以后就会造渣脱氧，形成Mo和V的氧化渣漂浮于液面（铁水表面），扒渣干净，接着再依次加入锰铁、硅铁和铬铁，同样的方法，待其融化以后同样会置换出原有氧化物中的氧,通过扒渣去除干净，最后在合金完全融化以后扒渣干净以后再加入钛铁和镍板，这样可以通过与氧的亲和能力层层置换出铁液中的氧，形成氧化渣撇除干净，从而达到净化铁水，脱氧的效果，本步骤中所述的待钛铁熔化后进行保温（1520℃，20min）实质上为过热处理，通过过热处理可以把生铁中粗大的初生石墨打碎重新生成（即重融成）细小的石墨，减少生铁以及回炉料中的组织遗传性，从而达到提高铁水质量的要求，即提高铁水的纯净度；

B）浇注成型，将由步骤A）得到的待浇注的合金蠕墨铸铁熔液浇注树脂砂单箱无冒口铸型中，在浇注之前，在铸型上加盖用于成型出玻璃模具的内腔的冷铁泥芯并且向浇道中加入旨在进行二次孕育的孕育剂，二次孕育的孕育剂为粉末状的硅钡孕育剂,该硅钡孕育剂由以下重量份数的原料构成：硅65份、钡4份、钙2份和铝1.5份，其加入量为合金蠕墨铸铁熔液重量的0.1%，在浇注完成后静置20min，再撤去冷铁泥芯即撤去冷铁泥芯盖板，得到合金蠕墨铸铁玻璃模具材料。

本实施例中所述的树脂砂单箱无冒口铸型可参见由本申请人提出的“由树脂砂单箱无冒口铸造玻璃模具的方法”（授权公告号：CN101823121B）的说明书内容。

实施例2：

A）熔炼，向熔炼炉（电炉）内加入牌号为Q12生铁，生铁熔化后加入生铁重量的20%的回炉料，回炉料如报废的合金蠕墨铸铁玻璃模具，待回炉料熔化后加入预先经过除油和除锈处理后的废钢，待废钢熔化后并且温度升至1450-1460℃时加入颗粒状的并且颗粒直径为3-5㎜的钒铁和钼铁，待钒铁和钼铁熔化后进行保温，保温温度为1510℃，保温时间为5min，保温结束后进行扒渣，在扒渣后依次加入锰铁、硅铁和铬铁进行造渣脱氧，即进行造渣脱氧处理，待铁水温度达到1550℃时加入钛铁和镍板，待钛铁和镍板熔化后进行保温，保温温度为1550℃，保温时间为15min，在保温的同时取样分析并且将铁水的化学元素的质量百分含量调整为： 3.5%的碳，3.0%的硅，0.45%的锰，0.4%的钼， 0.15%的钒，1%的钛，0.3%的铬，0.45%的镍，0.025%的磷，0.01%的硫，其余为铁，而后进行蠕化处理和随流孕育处理，蠕化处理是向铁水中加入铁水总质量（即铁水总重量）的0.55%的蠕化剂，蠕化剂由以下重量份数的原料构成：镁4份，RE9.5份，硅43份，钙1.5份和铝1.15份，随流孕育处理是指向熔液即向铁水中加入铁水总重量的0.35%的并且牌号为SiFe75以及颗粒直径为1-3㎜的孕育剂，得到待浇注的合金蠕墨铸铁熔液；

B）浇注成型，将由步骤A）得到的待浇注的合金蠕墨铸铁熔液浇注树脂砂单箱无冒口铸型中，在浇注之前，在铸型上加盖用于成型出玻璃模具的内腔的冷铁泥芯并且向浇道中加入旨在进行二次孕育的孕育剂，二次孕育的孕育剂为粉末状的硅钡孕育剂,该硅钡孕育剂由以下重量份数的原料构成：硅55份、钡6份、钙0.5份和铝2.5份，其加入量为待浇注的合金蠕墨铸铁熔液重量的0.08%，在浇注完成后静置30min，再撤去冷铁泥芯即撤去冷铁泥芯盖板，得到合金蠕墨铸铁玻璃模具材料。其余均同对实施例1的描述。

实施例3：

A）熔炼，向熔炼炉（电炉）内加入牌号为Q12生铁，生铁熔化后加入生铁重量的10%的回炉料，回炉料如报废的合金蠕墨铸铁玻璃模具，待回炉料熔化后加入预先经过除油和除锈处理后的废钢，待废钢熔化后并且温度升至1450-1460℃时加入颗粒状的并且颗粒直径为2-6㎜的钒铁和钼铁，待钒铁和钼铁熔化后进行保温，保温温度为1505℃，保温时间为5.5min，保温结束后进行扒渣，在扒渣后依次加入锰铁、硅铁和铬铁进行造渣脱氧，即进行造渣脱氧处理，待铁水温度达到1535℃时加入钛铁和镍板，待钛铁和镍板熔化后进行保温，保温温度为1535℃，保温时间为18min，在保温的同时取样分析并且将铁水的化学元素的质量百分含量调整为： 3.55%的碳，2.95%的硅，0.5%的锰，0.5%的钼， 0.13%的钒，0.09%的钛，0.35%的铬，0.4%的镍，0.04%的磷，0.015%的硫，其余为铁，而后进行蠕化处理和随流孕育处理，蠕化处理是向铁水中加入铁水总质量（即铁水总重量）的0.45%的蠕化剂，蠕化剂由以下重量份数的原料构成：镁4.3份，RE9份，硅45份，钙2.5份和铝1.2份，随流孕育处理是指向熔液即向铁水中加入铁水总重量的0.4%的并且牌号为SiFe75以及颗粒直径为1-3㎜的孕育剂，得到待浇注的合金蠕墨铸铁熔液；

B）浇注成型，将由步骤A）得到的待浇注的合金蠕墨铸铁熔液浇注树脂砂单箱无冒口铸型中，在浇注之前，在铸型上加盖用于成型出玻璃模具的内腔的冷铁泥芯并且向浇道中加入旨在进行二次孕育的孕育剂，二次孕育的孕育剂为粉末状的硅钡孕育剂,该硅钡孕育剂由以下重量份数的原料构成：硅60份、钡5份、钙2.5份和铝2份，其加入量为待浇注的合金蠕墨铸铁熔液重量的0.12%，在浇注完成后静置25min，再撤去冷铁泥芯即撤去冷铁泥芯盖板，得到合金蠕墨铸铁玻璃模具材料。其余均同对实施例1的描述。

Claims (10)

1.一种合金蠕墨铸铁玻璃模具材料，其特征在于其化学元素组成及其质量%为：3.5-3.6%的碳，2.9-3.0%的硅，0.4-0.5%的锰，0.4-0.5%的钼，<0.15%的钒，<0.10%的钛，0.3-0.4%的铬，0.4-0.5%的镍，<0.05%的磷，<0.03%的硫，其余为铁。

2.一种如权利要求1所述的合金蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

A）熔炼，向熔炼炉内加入生铁，待生铁熔化后加入回炉料，并且控制回炉料在加入的生铁中所占的重量百分比，待回炉料熔化后加入废钢，待废钢熔化后加入钒铁和钼铁，待钒铁和钼铁熔化后进行保温，保温结束后扒渣，扒渣后加入锰铁、硅铁和铬铁进行造渣脱氧，待铁水温度达到1520-1540℃时加入钛铁和镍板，待钛铁和镍板熔化后进行保温，并且在保温的同时对铁水进行取样分析并且调整化学元素质量%含量，而后进行蠕化处理和随流孕育处理，得到待浇注的合金蠕墨铸铁熔液；

B）浇注成型，将待浇注的合金蠕墨铸铁熔液浇注到树脂砂单箱无冒口铸型中，浇注之前，在铸型上面加盖用于成型出玻璃模具的内腔的冷铁泥芯并且向浇道中加入旨在进行二次孕育的孕育剂，浇注完成后静置，静置结束后撤去冷铁泥芯，得到合金蠕墨铸铁玻璃模具材料。

3.根据权利要求2所述的合金蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，其特征在于步骤A）中所述的控制回炉料在加入的生铁中所占的重量百分比是将回炉料的加入量控制为所述加入的生铁重量的10-20%，所述的生铁为Q12生铁。

4.根据权利要求2所述的合金蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，其特征在于步骤A）中所述的废钢为预先进行除油和除锈处理的废钢。

5.根据权利要求2所述的合金蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，其特征在于步骤A）中所述的钒铁和钼铁为直径为2-6㎜的颗粒状的钒铁和钼铁；所述的钛铁的牌号为TiFe70。

6.根据权利要求2所述的合金蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，其特征在于步骤A）中所述的待钒铁和钼铁熔化后进行保温的温度为1500-1510℃，时间为5-6min；所述的待钛铁熔化后进行保温的温度为1520-1550℃，保温时间为15-20min。

7.根据权利要求2所述的合金蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，其特征在于步骤A）中所述的调整化学元素质量%含量是将化学元素的质量%含量调整为：3.5-3.6%的碳，2.9-3.0%的硅，0.4-0.5%的锰，0.4-0.5%的钼，<0.15%的钒，<0.10%的钛，0.3-0.4%的铬，0.4-0.5%的镍，<0.05%的磷，<0.03%的硫，其余为铁。

8.根据权利要求2所述的合金蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，其特征在于步骤A）中所述的蠕化处理是指向铁水熔液中加入蠕化剂，蠕化剂的加入量为铁水总质量的0.45-0.55%，并且蠕化剂由以下重量份数的原料构成：镁3.7-4.3份，镧系8.5-9.5份，硅 43-47份，钙1.5-2.5份和铝≤1.2份；所述的随流孕育处理是指向铁水熔液中加入牌号为SiFe75孕育剂，该SiFe75孕育剂的颗粒直径为1-3㎜，加入量为铁水熔液总质量的0.35-0.45%。

9.根据权利要求2所述的合金蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，其特征在于步骤B）中所述的孕育剂为粉末状孕育剂，加入量为所述待浇注的合金蠕墨铸铁熔液的总质量的0.08-0.12%。

10.根据权利要求2所述的合金蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，其特征在于所述的粉末状孕育剂为硅钡孕育剂，该硅钡孕育剂由以下按重量份数的原料构成：硅55-65份、钡4-6份、钙0.5-2.5份和铝1.5-2.5份，所述的静置的时间为20-30min。