CN104278193B

CN104278193B - 一种合金铸铁玻璃模具口模材料及其制备方法

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Publication number: CN104278193B
Application number: CN201410480802.7A
Authority: CN
Inventors: 唐剑锋; 钱健; 张全林
Original assignee: SUZHOU DONGHAI GLASS MOULD CO Ltd
Current assignee: SUZHOU DONGHAI GLASS MOULD CO Ltd
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2034-09-19
Also published as: CN104278193A

Abstract

本发明公开了一种合金铸铁玻璃模具口模材料及其制备方法，所述合金铸铁玻璃模具口模材料由下列质量百分比的组分组成：C 3.3~3.5%、Si 2.4~2.9%、Mn 0.3~0.5%、P<0.05%、S＜0.03%、Mo 1.5~2.0%、Al 0.6~0.9%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明玻璃模具口模材料及其制备方法，通过设计合理的化学成分及配比，以及采用合理的制备工艺，使制成的合金铸铁玻璃模具口模材料的线性膨胀系数与耐热合金焊粉的线性膨胀系数接近或略高，减小熔覆层开裂敏感性，从而有效解决现有的合金铸铁玻璃模具口模材料的后面机加工工序过程中经常出现开裂脱落的情况。

Description

一种合金铸铁玻璃模具口模材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及玻璃模具口模材料领域，特别是涉及一种合金铸铁玻璃模具口模材料及其制备方法。

背景技术

无论是吹吹法还是压吹法制瓶工艺，口模都是玻璃瓶成型过程中最为重要的模具之一。由于铜合金模具的高昂的生产成本和焊接性能的不良，目前技术无法完全克服。目前铸铁作为口模的核心材料地位还是不会改变的。铸铁材料的口模又有使用棒料型材和翻砂铸造毛坯的区分。由于棒料型材容易采购，可以备货原料，大多数的模具制造商用棒料制作口模，但是由于棒料生产的口模没有冷激层的存在因此寿命普遍短，质量没有保证。

口模的结构特点决定了口模与成初模具喷焊工艺有很大的差异性，成初模主要是在合缝线和接线部分局部喷焊，而大多数的铸铁材质口模要求内腔整体喷焊，因此与成初模相比，耐高温合金粉与口模基体的结合要求更加高。目前行业内使用的口模铸铁材料的主要问题出现在与喷焊层的结合性能差。原因是口模的基材合金铸铁组织的成分与耐高温合金粉末融合不良，基材合金铸铁与喷焊合金粉末存在不同的线胀系数所致，导致口模的寿命相对成模相差4~6倍。甚至在工厂未成成品之前喷焊工艺结束后，后面的机加工工序过程中就出现开裂脱落的情况。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种玻璃模具口模材料及其制备方法，能够解决制备口模的喷焊工艺结束后，后续机加工过程中出现的开裂脱落的情况。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种合金铸铁玻璃模具口模材料，由下列质量百分比的组分组成：C 3.3~3.5 %、Si 2.4~2.9%、Mn 0.3~0.5%、P<0.05%、S＜0.03%、Mo 1.5~2.0%、Al 0.6~0.9%，其余为Fe和不可避免的杂质。

在本发明一个较佳实施例中，0~800℃范围内，所述口模材料的线性膨胀系数为14~16×10^-6 K^-1 。

在本发明一个较佳实施例中，所述口模材料的工作表面有一层不小于3mm的致密冷激层。

在本发明一个较佳实施例中，所述口模材料的外表面布氏硬度为160±15HB。

在本发明一个较佳实施例中，所述口模材料的金像组织为：内腔工作表面为6~8级的D型石墨，外圆处允许有不超过30%的其他片状石墨存在；基体为85%以上铁素体，无游离合金碳化物。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种上述的合金铸铁玻璃模具口模材料的制备方法，具体步骤包括：

（100）造型：为获得3mm以上的冷激层，在常规砂型的基础上，口模内腔工作面，采用与内腔形状一致的冷铁进行激冷；

（200）配料：将Q12铸造生铁、废钢、回炉料、硅铁、锰铁，钼铁和纯铝进行化学分析；然后按所述组分质量百分比称取原材料，所述组分质量百分比为：C 3.3~3.5 %、Si 2.4~2.9%、Mn 0.3~0.5%、P<0.05%、S＜0.03%、Mo 1.5~2.0%、Al 0.6~1%，其余为Fe和不可避免的杂质；

（300）熔炼：将按比例称量好生铁、废钢和回炉料放入中频炉中，等上述炉料完全熔化后，再将硅铁、锰铁和钼铁结晶硅加入中频炉中，加热熔化并调节铁水温度至1500~1530℃，此时加入纯铝颗粒，撒覆盖剂保温3~5分钟左右，出铁水至浇包；

（400）孕育及浇注：将熔化好的铁水，倒入浇包中，同时随流加入75SiFe孕育剂，粒度为5~10mm，加入量为铁水总量的0.5%；倒包完后，再在铁液表面撒聚渣覆盖剂，然后经行扒渣，扒渣过后，再在铁液表面撒聚渣覆盖剂，等铁液温度降至1380℃左右，开始浇注；浇注时，专人挡渣；在浇杯口部和直浇道连接处加一层陶瓷过滤网，防止炉渣进入毛坯内部污染铁液；

（500）退火工艺：将浇注好的铸铁毛坯装入退火炉内，以最快的速度升温至950℃，保温8~10小时，然后以25~30℃每小时，冷却300℃以下，打开炉门降温至室温。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（100）中，所述冷铁使用前抛丸除锈、除水和油，并且在其表面涂有醇基涂料。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（200）中，所述纯铝为粒度5mm~10mm。

本发明的有益效果是：本发明玻璃模具口模材料及其制备方法，通过设计合理的化学成分及配比，以及采用合理的制备工艺，使制成的合金铸铁玻璃模具口模材料的线性膨胀系数与耐热合金焊粉的线性膨胀系数接近或略高，因为焊层线性膨胀系数小于基材时焊接产生的热应力为压应力，将可以减小熔覆层开裂敏感性，从而有效解决现有的合金铸铁玻璃模具口模材料的后面机加工工序过程中经常出现开裂脱落的情况。同时采用铸造的方式，生产口模的毛坯材料，并使口模工作表面形成一个3~10mm冷激层，该冷激层相对棒料型材，材质更加致密。

具体实施方式

下面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：

1、造型：为获得3mm以上的冷激层，在常规砂型的基础上，口模内腔工作面，采用与内腔形状一致的冷铁进行激冷。所述冷铁使用前抛丸除锈、除水和油，并且在其表面涂有醇基涂料，保证与口模之间不产生粘连，及高温氧化等不良。

2、配料：将Q12铸造生铁，废钢，回炉料，硅铁，锰铁，钼铁，纯铝进行化学分析。然后按所述组分质量百分比称取原材料，所述组分质量百分比为：C 3.4 %、Si 2.5%、Mn 0.4%、P0.04%、S 0.02%、Mo 1.6%、Al 0.7%其余为Fe和不可避免的杂质。称取原材料放入中频炉中熔炼。所述原材料均为国标规定牌号。其中纯铝为粒度10mm左右，不小于5mm。

3、熔炼：讲按比例称量好生铁，废钢，回炉料放入中频炉中，等上述炉料完全熔化后，再将硅铁，锰铁和钼铁结晶硅加入中频炉中，加热熔化并调节铁水温度至1500~1530℃。此时加入纯铝颗粒，撒覆盖剂保温3~5分钟左右，出铁水至浇包。

4、孕育及浇注：将熔化好的铁水，倒入浇包中，同时随流加入75SiFe孕育剂，粒度为5~10mm，加入量为铁水总量的0.5%。倒包完后，再在铁液表面撒聚渣覆盖剂，然后经行扒渣，扒渣过后，再在铁液表面撒聚渣覆盖剂，等铁液温度降至1380℃左右，开始浇注。浇注时，专人挡渣。在浇杯口部和直浇道连接处加一层陶瓷过滤网，防止炉渣进入毛坯内部污染铁液。

5、退火工艺：为了得到85%以上的铁素体基体及消除铸件的内应力，需对铸件进行退火处理。将浇注好的铸铁毛坯装入退火炉内，以最快的速度升温至950℃，保温8~10小时，然后以25~30℃每小时，冷却至300℃以下，打开炉门降温至室温，形成口模坯体原材料。

实施例二

配料步骤中，各组分的质量百分比为C 3.4 %、Si 2.6%、Mn 0.5%、P 0.03%、S0.02%、Mo 1.7%、Al 0.8%，其余为Fe和不可避免的杂质，其余步骤与实施例一相同。

实施例三

配料步骤中，各组分的质量百分比为C 3.3 %、Si 2.7%、Mn 0.4%、P 0.04%、S0.01%、Mo 1.8%、Al 0.9%，其余为Fe和不可避免的杂质，其余步骤与实施例一相同。

实施例四

配料步骤中，各组分的质量百分比为C 3.5 %、Si 2.8%、Mn 0.5%、P 0.03%、S0.01%、Mo 1.9%、Al 1%，其余为Fe和不可避免的杂质，其余步骤与实施例一相同。

实施例五

配料步骤中，各组分的质量百分比为C 3.3 %、Si 2.9%、Mn 0.4%、P 0.02%、S0.02%、Mo 2.0%、Al 0.8%，其余为Fe和不可避免的杂质，其余步骤与实施例一相同。

本发明合金铸铁玻璃模具口模材料，具有以下性能：线性膨胀系数0~800℃范围内，线性膨胀系数14~16×10^-6 K^-1，外表面布氏硬度为160±15HB，金像组织为：内腔工作表面为6~8级的D型石墨，外圆处允许有不超过30%的其他片状石墨存在。基体为85%以上铁素体，无游离合金碳化物。所述口模材料的工作表面有一层不小于3mm的致密冷激层。

在使用本发明合金铸铁玻璃模具口模材料进行口模的喷焊加工时，选定的高温耐热合金粉末为NiCrBSi自熔性合金焊粉，采用氧乙炔喷焊，在0~600℃范围内，焊粉的线性膨胀系数为14.5~15×10^-6 K^-1，本发明合金铸铁材料的在0~600℃范围内，线性膨胀系数14~16×10^-6 K^-1。焊层与材料结合处的硬度为33HRC以上，口模的正常使用寿命达20万次以上，寿命是目前使用的铸铁原材料口模的2倍左右，并且所用原材料成本不高，工艺简单，后续机械加工也比较方便。

本发明合金铸铁玻璃模具口模材料及其制备方法有以下优点：

1、采用铸造的方式，生产口模的毛坯材料，使口模工作表面形成一个3~10mm冷激层，该冷激层相对棒料型材，材质更加致密。

2、减少开裂：对市场上行业内常用的高温耐热合金粉末做详细的调查统计，记录其各种物理性能使用性能，优选出1~2种，性价比好的焊粉，用于新开发出的口模材料的使用。在结合优选的焊粉的各项物理性能，特别是线性膨胀系数，设计出口模用合金铸铁的化学成分。使铸铁的线性膨胀系数与耐热合金焊粉的线性膨胀系数接近，并且要求设计出的合金铸铁材料比焊粉的线性膨胀系数略高。因为焊层线性膨胀系数小于基材时焊接产生的热应力为压应力, 将可以减小熔覆层开裂敏感性。这是目前口模材料焊层开裂的一个主要原因之一。但是材料的线性膨胀系数也不能过高，因为过高的线性膨胀系数，本身对口模的工作环境不利，影响工作的尺寸稳定性和精度，影响玻璃瓶的生产。

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

1.一种合金铸铁玻璃模具口模材料，其特征在于，由下列质量百分比的组分组成：C3.3~3.5 %、Si 2.4~2.9%、Mn 0.3~0.5%、P<0.05%、S＜0.03%、Mo 1.5~2.0%、Al 0.6~0.9%，其余为Fe和不可避免的杂质；所述口模材料的工作表面有一层不小于3mm的致密冷激层。

2.根据权利要求1所述的合金铸铁玻璃模具口模材料，其特征在于， 0~800℃范围内，所述口模材料的线性膨胀系数为14~16×10^-6 K ^-1 。

3.根据权利要求1所述的合金铸铁玻璃模具口模材料，其特征在于，所述口模材料的外表面布氏硬度为160±15HB。

4.根据权利要求1至3之一所述的合金铸铁玻璃模具口模材料，其特征在于，所述口模材料的金像组织为：内腔工作表面为6~8级的D型石墨，外圆处允许有不超过30%的其他片状石墨存在；基体为85%以上铁素体，无游离合金碳化物。

5.一种合金铸铁玻璃模具口模材料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：

（100）造型：在常规砂型的基础上，口模内腔工作面，采用与内腔形状一致的冷铁进行激冷；

（200）配料：将Q12铸造生铁、废钢、回炉料、硅铁、锰铁，钼铁和纯铝进行化学分析；然后按所述组分质量百分比称取原材料，所述组分质量百分比为：C 3.3~3.5 %、Si 2.4~2.9%、Mn 0.3~0.5%、P<0.05%、S＜0.03%，Mo 1.5~2.0%、Al 0.6~1%，其余为Fe和不可避免的杂质；

（300）熔炼：将按比例称量好Q12铸造生铁、废钢和回炉料放入中频炉中，等上述炉料完全熔化后，再将硅铁、锰铁和钼铁结晶硅加入中频炉中，加热熔化并调节铁水温度至1500~1530℃，此时加入纯铝颗粒，撒覆盖剂保温3~5分钟，出铁水至浇包；

（400）孕育及浇注：将熔化好的铁水，倒入浇包中，同时随流加入75SiFe孕育剂，粒度为5~10mm，加入量为铁水总量的0.5%；倒包完后，再在铁液表面撒聚渣覆盖剂，然后经行扒渣，扒渣过后，再在铁液表面撒聚渣覆盖剂，等铁液温度降至1380℃，开始浇注；浇注时，专人挡渣；在浇杯口部和直浇道连接处加一层陶瓷过滤网，防止炉渣进入毛坯内部污染铁液；

（500）退火工艺：将浇注好的铸铁毛坯装入退火炉内，以最快的速度升温至950℃，保温8~10小时，然后以25~30℃每小时，冷却至300℃以下，打开炉门降温至室温。

6.根据权利要求5所述的合金铸铁玻璃模具口模材料的制备方法，其特征在于，步骤（100）中，所述冷铁使用前抛丸除锈、除水和油，并且在其表面涂有醇基涂料。

7.根据权利要求6所述的合金铸铁玻璃模具口模材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（200）中，所述纯铝为粒度5mm~10mm。

8.根据权利要求5所述的合金铸铁玻璃模具口模材料的制备方法，其特征在于， 0~800℃范围内，所述口模材料的线性膨胀系数为14~16×10^-6 K ^-1 。

9.根据权利要求5所述的合金铸铁玻璃模具口模材料的制备方法，其特征在于，所述口模材料的工作表面有一层不小于3mm的致密冷激层。