CN103882287A - 小口压吹玻璃模具材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能的、适合于小口压吹的玻璃模具材料及其制备方法，该小口压吹玻璃模具材料的化学组成成分及质量百分比为：碳3.30～3.65％，硅1.90～2.10％，锰0.50～0.80％，钼0.60～0.80％，钒0.09～0.15％，钛0.19～0.25％，镍0.40～0.70％，铬≤0.60％，铜≤1.00％，磷<0.30％，硫<0.08％，稀土0.007～0.012％，其余为铁以及正常的微量杂质。该材料除了具备传统钒钛钼铸铁玻璃模具材料优点之外，还克服了制瓶机在高速运转下材料性能的不足，进一步改善了材料的硬度和韧性，使材料具备更佳的耐磨性、耐热性、抗高温氧化性；使用该材料制备的玻璃模具有更佳的稳定性，更符合小口压吹法工艺的要求，从而更有利于满足玻璃制品厂的轻量化需要。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃模具材料，具体涉及一种高性能、适合于小口压吹的铸铁玻璃模具材料，还涉及其制备方法。
背景技术
玻璃模具是用于制造玻璃容器的装备，玻璃制品的成型、以及玻璃制品的成型质量都取决于模具的质量。
由于模具在使用中频繁地与700℃～1100℃的熔融玻璃接触，承受氧化、生长及热疲劳等作用。同时，模具的接触面由于与玻璃制品的摩擦而被磨损。这就要求模具材料具有良好的耐热、耐磨、耐腐蚀、抗热冲击、抗氧化、抗生长、抗热疲劳性能，其中抗氧化性能是最主要的性能指标。还要求模具材质致密、易于加工、导热性好、热膨胀系数小。
由于铸铁具有优良导热性、耐磨、耐热性，以及良好的铸造性能和加工性能，且成本低，易于加工制作。正因为如此，玻璃模具的材料首选铸铁。
为了提高模具材料的性能，通常增加少量的Ni、Cr、Mo、Ti、V、Cr、Cu等合金元素组成低合金灰铁，以期通过改变基体以及石墨形态、大小、数量和分布，从而提高其特殊的使用性能。众所周知，D型石墨具有良好的抗氧化性，A型石墨具有良好的导热性，基体中的铁素体具有很好的塑性和韧性，因此，D型→D型+A型→A型的石墨形态梯度分布与铁素体基体的完美组合，是瓶罐类玻璃模具的最佳制作材料。
传统的钒钛钼铸铁玻璃模具材料的力学性能比较优秀，具有较好的抗氧化和抗生长能力，又有良好的铸造性能和机械加工性能，从而广泛地用于制造瓶罐类玻璃模具材料。
但是，随着玻璃制瓶机速的不断发展，轻量化瓶子的不断推出，小口压吹工艺对模具材料又有进一步的特殊要求，传统的钒钛钼铸铁玻璃模具就显得有所力不从心了，比如：耐磨性跟不上要求，硬度不够，有时往往在使用中容易出现“麻点”而导致模具提前达到寿命，以及高机速下必须具有良好的抗氧化性和高温疲劳强度。因此，需要有一种适合于小口压吹的铸铁玻璃模具材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能的、适合于小口压吹的玻璃模具材料及其制备方法，该材料除了具备传统钒钛钼铸铁玻璃模具材料优点之外，还克服了制瓶机在高速运转下材料性能的不足，进一步改善了材料的硬度和韧性，使材料具备更佳的耐磨性、耐热性、抗高温氧化性；使用该材料制备的玻璃模具有更佳的稳定性，更符合小口压吹法工艺的要求，从而更有利于满足玻璃制品厂的轻量化需要。
为实现上述目的，本发明提供一种小口压吹玻璃模具材料，其化学组成成分及质量百分比为：
碳(C)：3.30％～3.65％，
硅(Si)：1.90％～2.10％，
锰(Mn)：0.50％～0.80％，
钼(Mo)：0.60％～0.80％，
钒(V)：0.09％～0.15％，
钛(Ti)：0.19％～0.25％，
镍(Ni)：0.40％～0.70％，
铬(Cr)：≤0.60％，
铜(Cu)：≤1.00％，
磷(P)：<0.30％，
硫(S)：<0.08％，
稀土(Re)：0.007％～0.012％，
其余为铁以及正常的微量杂质。
优选的，上述小口压吹玻璃模具材料的金相组织为：内型为90％D型石墨，外型为90％A型石墨，中间为过渡型D+A型石墨。
优选的，上述小口压吹玻璃模具材料的基体为：大于85％铁素体+小于15％粒状珠光体，粒状碳化物<3％，磷共晶<2％。
本发明还提供上述小口压吹玻璃模具材料的制备方法，包括如下步骤：炉料熔炼，变质处理，出炉，浇注；其中，炉料熔炼温度为1530℃～1550℃，变质处理温度为1500℃～1530℃，出炉温度为1470℃～1500℃，浇注温度为1320℃～1380℃。
优选的，上述小口压吹玻璃模具材料的制备方法还包括毛坯成型步骤，其中，玻璃模具毛坯成型的内腔使用成型冷铁，造型为粘土砂造型工艺、树脂砂造型工艺或水玻璃砂造型工艺。
优选的，上述小口压吹玻璃模具材料的制备方法还包括毛坯高温石墨化退火步骤，玻璃模具毛坯经过高温石墨化退火后，完成材料制作。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种高性能的、适合于小口压吹的玻璃模具材料，该材料除了具备传统钒钛钼铸铁玻璃模具材料优点之外，还克服了制瓶机在高速运转下材料性能的不足，进一步改善了材料的硬度和韧性，使材料具备更佳的耐磨性、耐热性、抗高温氧化性；使用该材料制备的玻璃模具有更佳的稳定性，更符合小口压吹法工艺的要求，从而更有利于满足玻璃制品厂的轻量化需要。本发明极大地发挥了玻璃模具的综合性能，尤其适用于要求较高的小口压吹法制作轻量化瓶罐制品。
本发明利用传统的钒钛钼铸铁材料，充分利用合金化处理，制成高性能的小口压吹玻璃模具材料，经投入使用，得到了很好的效果，使用寿命超过了80万次。并且通过深入和广泛的文献检索，在已公开和中外专利和非专利文献中均未见有相应资料报到和技术启示。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如表1所示，为本发明小口压吹玻璃模具材料的化学组成成分及质量百分比的示例。
表1小口压吹玻璃模具材料的化学组成成分及质量百分比
本发明小口压吹玻璃模具材料的金相组织为：内型为90％D型石墨，外型为90％A型石墨，中间为过渡型D+A型石墨。
本发明小口压吹玻璃模具材料的基体为：大于85％铁素体+小于15％粒状珠光体，粒状碳化物<3％，磷共晶<2％。
本发明小口压吹玻璃模具材料的制备方法，包括如下步骤：炉料熔炼，变质处理，出炉，浇注；其中，炉料熔炼温度为1530℃～1550℃，变质处理温度为1500℃～1530℃，出炉温度为1470℃～1500℃，浇注温度为1320℃～1380℃。
本发明小口压吹玻璃模具材料的制备方法还包括毛坯成型步骤，其中，玻璃模具毛坯成型的内腔使用成型冷铁，造型为粘土砂造型工艺、树脂砂造型工艺或水玻璃砂造型工艺。
本发明小口压吹玻璃模具材料的制备方法还包括毛坯高温石墨化退火步骤，玻璃模具毛坯经过高温石墨化退火后，完成材料制作。
更具体的制备实施例如下：
造型工艺为粘土砂实模造型，型腔借助于成型冷铁，粘土砂潮模浇注。
炉前操作炉料熔炼温度：1530℃～1550℃，变质处理温度：1500℃～1530℃，出炉温度：1470℃～1500℃，浇注温度：1320℃～1380℃。
合金化处理工艺按合金的组份分两次进行，充分利用固溶强化工艺，防止过多的碳化物出现。
孕育处理工艺分三次进行，分别为：出炉时的冲入法、倒包时的随流法、浇注时接力法。
浇注结束后铸件在型内自然冷却落砂，清理，去除飞边毛刺。
高温石墨化阶梯退火将铸件随炉升温至950℃，保温4小时，缓慢降温至750℃，保温3小时，再缓慢降温至300℃，然后出炉自然降温。
玻璃模具毛坯通过机械加工，最终制成的高性能小口压吹玻璃模具材料。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.小口压吹玻璃模具材料，其特征在于，其化学组成成分及质量百分比为：
碳(C)：3.30％～3.65％，
硅(Si)：1.90％～2.10％，
锰(Mn)：0.50％～0.80％，
钼(Mo)：0.60％～0.80％，
钒(V)：0.09％～0.15％，
钛(Ti)：0.19％～0.25％，
镍(Ni)：0.40％～0.70％，
铬(Cr)：≤0.60％，
铜(Cu)：≤1.00％，
磷(P)：<0.30％，
硫(S)：<0.08％，
稀土(Re)：0.007％～0.012％，
其余为铁以及微量杂质。
2.根据权利要求1所述的小口压吹玻璃模具材料，其特征在于，其金相组织为：内型为90％D型石墨，外型为90％A型石墨，中间为过渡型D+A型石墨。
3.根据权利要求1或2所述的小口压吹玻璃模具材料，其特征在于，其基体为：大于85％铁素体+小于15％粒状珠光体，粒状碳化物<3％，磷共晶<2％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的小口压吹玻璃模具材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：炉料熔炼，变质处理，出炉，浇注；其中，炉料熔炼温度为1530℃～1550℃，变质处理温度为1500℃～1530℃，出炉温度为1470℃～1500℃，浇注温度为1320℃～1380℃。
5.根据权利要求4所述的小口压吹玻璃模具材料的制备方法，其特征在于，还包括毛坯成型步骤，其中，玻璃模具毛坯成型的内腔使用成型冷铁，造型为粘土砂造型工艺、树脂砂造型工艺或水玻璃砂造型工艺。
6.根据权利要求5所述的小口压吹玻璃模具材料的制备方法，其特征在于，还包括毛坯高温石墨化退火步骤。
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