CN103146988A

CN103146988A - 高耐热疲劳性合金球墨铸铁玻璃模具材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103146988A
Application number: CN2013100608544A
Authority: CN
Inventors: 唐剑锋; 钱健; 钱燕
Original assignee: SUZHOU DONGHAI GLASS MOULD CO Ltd
Current assignee: SUZHOU DONGHAI GLASS MOULD CO Ltd
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: CN103146988B

Abstract

本发明公开了一种高耐热疲劳性合金球墨铸铁玻璃模具材料，包括下列质量百分比的组合：C 3.5～3.7%、Si 2.6～2.8%、Mn 0.1～0.2%、Mo 0.1～0.3%、Ni 0.5～0.7%、Ti 0.01～0.03%、Mg 0.04～0.06%、Re 0.03～0.05%、P＜0.01%、S＜0.01%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明还公开一种高耐热疲劳性合金球墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，包括配料→熔炼→球化处理、孕育处理和浇注→退火工艺。本发明高耐热疲劳性合金球墨铸铁玻璃模具材料的热疲劳性能比普通球墨铸铁提高60～85%，耐热疲劳性能和导热性能均衡。

Description

高耐热疲劳性合金球墨铸铁玻璃模具材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及玻璃模具材料领域，特别是涉及一种高耐热疲劳性合金球墨铸铁玻璃模具材料及其制备方法。

背景技术

在玻璃制品成形过程中，玻璃模具频繁地接触1100℃以上的熔融玻璃，承受氧化、生长及热疲劳等作用。模腔热平衡温度一般在450~650℃，长期处于高温状态下工作而且反复的开模合模的过程中产生摩擦，因此需求玻璃模具组织致密均匀，应具有良好的耐热、耐磨、耐腐蚀、抗热疲劳、抗氧化、抗生长、导热性好、线性膨胀系数小、粘附温度高等特性。目前铸铁、铜合金、和高镍合金是玻璃模具主要的材料。铸铁因为其低廉的价格和良好的加工性能而获得广泛的应用.普通灰铸铁具有良好的导热性能，但抗耐热疲劳性能、抗氧化生长性能、耐磨性能较差，因抛光性能差和使用过程中石墨膨胀造成的表面龟裂等问题往往不能满足目前的要求。普通灰铸铁中石墨成片状，石墨片越粗大、连续，数量越多，氧化性气氛越易侵入模具内部，氧化也越严重，加之玻璃料的化学侵蚀、冷热交变应力和模具承受机械冲击在模具腔表面石墨相附近极易产生裂纹、龟裂等使模具报废。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种本发明高耐热疲劳性合金球墨铸铁玻璃模具材料及其制备方法，能够制成高热疲劳性能、耐热疲劳性能和导热性能均衡的玻璃模具材料。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种高耐热疲劳性合金球墨铸铁玻璃模具材料，包括下列质量百分比的组合：C 3.5~3.7%、Si 2.6~2.8%、Mn0.1~0.2%、Mo 0.1~0.3%、Ni0.5~0.7%、Ti0.01~0.03%、Mg0.04~0.06%、Re0.03~0.05%、P＜0.01%、S＜0.01%，其余为Fe和不可避免的杂质。

在本发明一个较佳实施例中，包括下列质量百分比的组合：C 3.6%、Si 2.7%、Mn0.1%、Mo 0.2%、Ni0.6%、Ti0.02%、Mg0.05%、Re0.04%、P＜0.01%、S＜0.01%，其余为Fe和不可避免的杂质。

在本发明一个较佳实施例中，所述玻璃模具材料的抗弯强度为530MPa，布氏硬度为150~170，金像组织为：80%铁素体和20%珠光体，石墨形态为球状石墨和少量蠕虫状石墨，石墨等级为6~8级。

本发明的另一个目的是提供一种高耐热疲劳性合金球墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，具体步骤包括：

（100）、配料：将废钢、铸造生铁、硅铁、锰铁、钼铁和电解镍组成的炉料进行化学分析，然后按下列质量百分比称取所述炉料配置：C 3.5~3.7%、Si 2.6~2.8%、Mn0.1~0.2%、Mo 0.1~0.3%、Ni0.5~0.7%，其余为Fe和不可避免的杂质。

（200）、熔炼：将按比例称量好的废钢、铸造生铁放入中频感应熔炼炉中加热完全融化后，再将硅铁、锰铁、钼铁炉料和电解镍加入熔化并调整铁水温度为1450℃~1550℃；

（300）、球化处理、孕育处理和浇注：将占铁水总重量0.5%~0.8%的球化剂Re-Mg-Ti-Ca随流球化处理，然后对浇包内的铁水进行扒渣、浇注，同时采用型内孕育法将孕育块置于浇注系统内采用浇口盘内孕育；

（400）、退火工艺：采用低温石墨化退火，将浇注好的铸铁毛坯装入退火炉内，快速将温度升高到750℃保温5小时，然后随炉冷却至600℃，出炉空冷。

在本发明一个较佳实施例中，所述玻璃模具材料包括下列质量百分比的组合：C 3.6%、Si 2.7%、Mn0.1%、Mo 0.2%、Ni0.6%、Ti0.02%、Mg0.05%、Re0.04%、P＜0.01、S＜0.01%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明的有益效果是：本发明高耐热疲劳性合金球墨铸铁玻璃模具材料及其制备方法有以下优点：

（1）、Ni、Mo微合金化技术：Ni、Mo是提高玻璃模具耐热疲劳性能的最有效元素，铸铁中镍会使珠光体变细，还能使冷硬层减薄，从而削弱铸铁对骤冷的敏感性。若用镍取代铸铁中的硅，则珠光体分解就会减缓，经成分优化，在球墨铸铁中添加0.5~0.7%Ni、0.1~0.3%Mo，球墨铸铁合金的热疲劳性能比普通球墨铸铁提高60~85%。

（2）、Re-Mg-Ti-Ca随流球化处理和型内孕育处理技术：在浇注过程中，为减少球化剂的烧损和球化衰退，采用Re-Mg-Ti-Ca随流球化处理和75号硅铁型内孕育处理不仅能细化晶粒提高综合力学性能，还可以有效降低球化剂和孕育剂的加入量。不同于传统的稀土镁铁球化处理剂，本产品的球化处理剂中Ti可以限制铁水的球化，使铁水的含Mg量放宽到0.05~0.06%，保证了球化的效果，同时使部分石墨呈蠕虫状形态，石墨级别为6~8级，获得耐热疲劳性能和导热性能均衡的玻璃模具。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例一：

将废钢、铸造生铁、硅铁、锰铁、钼铁和电解镍组成的炉料进行化学分析，然后按下列质量百分比称取所述炉料配置：C 3.5%、Si 2.6%、Mn0.1%、Mo 0.1%、Ni0.5%，其余为Fe和不可避免的杂质。将按比例称量好的废钢、铸造生铁放入中频感应熔炼炉中加热完全融化后，再将硅铁、锰铁、钼铁炉料和电解镍加入熔化并调整铁水温度为1450℃~1550℃。接着，将占铁水总重量0.5%~0.8%的球化剂Re-Mg-Ti-Ca随流球化处理，然后对浇包内的铁水进行扒渣、浇注，同时采用型内孕育法将孕育块置于浇注系统内采用浇口盘内孕育。最后采用低温石墨化退火，将浇注好的铸铁毛坯装入退火炉内，快速将温度升高到750℃保温5小时，然后随炉冷却至600℃，出炉空冷。

实施例二：

将废钢、铸造生铁、硅铁、锰铁、钼铁和电解镍组成的炉料进行化学分析，然后按下列质量百分比称取所述炉料配置：C 3.7%、Si 2.8%、Mn0.2%、Mo 0.3%、Ni0.7%，其余为Fe和不可避免的杂质。将按比例称量好的废钢、铸造生铁放入中频感应熔炼炉中加热完全融化后，再将硅铁、锰铁、钼铁炉料和电解镍加入熔化并调整铁水温度为1450℃~1550℃。接着，将占铁水总重量0.5%~0.8%的球化剂Re-Mg-Ti-Ca随流球化处理，然后对浇包内的铁水进行扒渣、浇注，同时采用型内孕育法将孕育块置于浇注系统内采用浇口盘内孕育。最后采用低温石墨化退火，将浇注好的铸铁毛坯装入退火炉内，快速将温度升高到750℃保温5小时，然后随炉冷却至600℃，出炉空冷。

实施例三：

将废钢、铸造生铁、硅铁、锰铁、钼铁和电解镍组成的炉料进行化学分析，然后按下列质量百分比称取所述炉料配置：C 3.6%、Si 2.7%、Mn0.1%、Mo 0.2%、Ni0.6%、Ti0.02%、Mg0.05%、Re0.04%、P、S＜0.01%，其余为Fe和不可避免的杂质。将按比例称量好的废钢、铸造生铁放入中频感应熔炼炉中加热完全融化后，再将硅铁、锰铁、钼铁炉料和电解镍加入熔化并调整铁水温度为1450℃~1550℃。接着，将占铁水总重量0.5%~0.8%的球化剂Re-Mg-Ti-Ca随流球化处理，然后对浇包内的铁水进行扒渣、浇注，同时采用型内孕育法将孕育块置于浇注系统内采用浇口盘内孕育。最后采用低温石墨化退火，将浇注好的铸铁毛坯装入退火炉内，快速将温度升高到750℃保温5小时，然后随炉冷却至600℃，出炉空冷。

本发明高耐热疲劳性合金球墨铸铁玻璃模具材料的抗弯强度为530MPa，布氏硬度为150~170，金像组织为：80%铁素体和20%珠光体，石墨形态为球状石墨和少量蠕虫状石墨，石墨等级为6~8级。

铸铁中石墨形态对铸铁的强度、耐热疲劳性能、抗氧化性能等具有直接影响。当石墨为球状、点状时，由于石墨互不连续，气体不易沿石墨侵入，模具的抗氧化性能显著提高，此外还提高了材料的致密性，减小了石墨对基体的切割作用，孕育作用使晶粒度比灰铸铁小，使球墨铸铁的综合性能大大提高。所制成的整个玻璃模具使用寿命经济效益随之提高。本发明高耐热疲劳性合金球墨铸铁玻璃模具材料中使用的球化剂Re-Mg-Ti-Ca不同于传统的稀土镁铁球化剂，其中的Ti可以限制铁水的球化，使铁水的含Mg量放宽到0.05~0.06%，保证了球化处理的效果，同时使部分石墨呈蠕虫状形态。

本发明高耐热疲劳性合金球墨铸铁玻璃模具材料的热疲劳性能比普通球墨铸铁提高60~85%，耐热疲劳性能和导热性能均衡。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种高耐热疲劳性合金球墨铸铁玻璃模具材料，其特征在于，包括下列质量百分比的组合：C 3.5~3.7%、Si 2.6~2.8%、Mn 0.1~0.2%、Mo 0.1~0.3%、Ni 0.5~0.7%、Ti 0.01~0.03%、Mg 0.04~0.06%、Re 0.03~0.05%、P＜0.01%、S＜0.01%，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高耐热疲劳性合金球墨铸铁玻璃模具材料，其特征在于，包括下列质量百分比的组合：C 3.6%、Si 2.7%、Mn0.1%、Mo 0.2%、Ni0.6%、Ti0.02%、Mg0.05%、Re 0.04%、P＜0.01%、S＜0.01%，其余为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的高耐热疲劳性合金球墨铸铁玻璃模具材料，其特征在于，所述玻璃模具材料的抗弯强度为530MPa，布氏硬度为150~170，金像组织为：80%铁素体和20%珠光体，石墨形态为球状石墨和少量蠕虫状石墨，石墨等级为6~8级。

4.一种高耐热疲劳性合金球墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：

5.（200）、熔炼：将按比例称量好的废钢、铸造生铁放入中频感应熔炼炉中加热完全融化后，再将硅铁、锰铁、钼铁炉料和电解镍加入熔化并调整铁水温度为1450℃~1550℃；

6.根据权利要求1所述的高耐热疲劳性合金球墨铸铁玻璃模具材料，其特征在于，所述玻璃模具材料包括下列质量百分比的组合：C 3.6%、Si 2.7%、Mn0.1%、Mo 0.2%、Ni0.6%、Ti0.02%、Mg0.05%、Re0.04%、P＜0.01%、S＜0.01%，其余为Fe和不可避免的杂质。