CN105039837A

CN105039837A - 一种微合金化高抗氧化性灰铸铁及其制备方法

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Publication number: CN105039837A
Application number: CN201510404462.4A
Authority: CN
Inventors: 唐剑锋
Original assignee: SUZHOU DONGHAI GLASS MOULD CO Ltd
Current assignee: SUZHOU DONGHAI GLASS MOULD CO Ltd
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2035-07-13
Also published as: CN105039837B

Abstract

本发明公开了一种微合金化高抗氧化性灰铸铁及其制备方法，用于制备玻璃模具成模和初模，包含下列质量百分比的组份：C？3.55-3.75%，Si？2.0-2.4%，Mn？0.3-0.5%，P、S＜0.1%、Mo？0.4-0.6%，Ni？0.3-0.4%，Al？1.0-2.0%，Ti？0.2-0.3%，其余为Fe和不可避免的杂质。在生产过程中，对浇注过程的工艺进行控制，落砂温度低于250℃，保证铸件不因冷却速度的加快而形成大量珠光体。最终达到无需进行石墨化退火而得到80%铁素体基体的目的，提高材料的抗氧化性能及耐磨性，铸件内腔10mm内为5~8级的D型石墨，外圆及中间为D型/A型。

Description

一种微合金化高抗氧化性灰铸铁及其制备方法

技术领域

本发明涉及玻璃模具材料领域，特别是涉及一种微合金化高抗氧化性灰铸铁及其制备方法。

背景技术

我国玻璃模具行业在最近几年时间的高速发展，模具材料方面已经取得了长足的发展。各生产企业科研单位各自新开发了各种各样适合不同机型，不同机速，不同玻璃料产品的模具材料。其中铸铁作为玻璃模具最基本，使用范围最广，性价比最好的材料这一趋势依旧没有改变。作为玻璃瓶罐的成型装置，同时又是玻璃料与周围环境进行热交换的介质，模具内腔要经历1100℃左右的高温熔融玻璃，循环接触，经受循环热应力，高温氧化，与玻璃料的摩擦力，机械撞击等。对材质的各种高温性能要求非常严格。其中以高温抗氧化性最为重要。综合已有技术，主要是通过控制铸铁的石墨形态和基体组织形态来控制灰铸铁材质的高温抗氧化性能。大部分灰铸铁都是采用一定的合金技术控制石墨形态，通过退火工艺控制铸铁的基体形态。在实际生产中，进行退火需要花费大量的人工和时间进行装炉，保温，出炉等工序。首先跟不上玻璃模具小批量多规格的生产周期节拍，其次，退火炉将使用大量的电能，不利于节能减排的国家方针。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种微合金化高抗氧化性灰铸铁及其制备方法，该方法在无需经行退火工艺处理的铸件毛坯铸态情况下得到≥80%的铁素体基体，缩短生产周期，节约能源，节约成本，同时能够提高材料的抗氧化性能及耐磨性。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种微合金化高抗氧化性灰铸铁，用于制备玻璃模具成模和初模，包含下列质量百分比的组份：

C3.55-3.75%，Si2.0-2.4%，Mn0.3-0.5%，P、S＜0.1%、Mo0.4-0.6%，Ni0.3-0.4%，Al1.0-2.0%，Ti0.2-0.3%，其余为Fe和不可避免的杂质。

在本发明一个较佳实施例中，所述灰铸铁的抗拉强度≥200MPa，布氏硬度为150±15HBS，金像组织为：铸态铁素体≥80%，内腔为5~8级D型石墨，外圆为D/A型石墨；750℃时，氧化速率≤1.0g/（m2.h）。

在本发明一个较佳实施例中，包含下列质量百分比的组份：

C3.65%，Si2.2%，Mn0.4%，P、S＜0.1%、Mo0.5%，Ni0.35%，Al1.5%，Ti0.25%，其余为Fe和不可避免的杂质。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种微合金化高抗氧化性灰铸铁的制备方法，包括以下步骤：

（100）、配料：生铁，废钢，回炉料，工业纯铝，电解镍，钼铁，硅铁，锰铁，钛铁；按化学成分质量百分比为：C3.55-3.75%，Si2.0-2.4%，Mn0.3-0.5%，P、S＜0.1%，Mo0.4-0.6%，Ni0.3-0.4%，Al1.0-2.0%，Ti0.2-0.3%，其余为Fe；使用占炉料总重量0.5%-0.75%的硅钡孕育剂，按照化学成分计算称量好各原材料和中间合金；

（200）、浇包准备：先将浇包烘烤干，在开炉前一两分钟，将孕育剂放入浇包底部的高台阶处，并用烘干的铁屑将孕育剂覆盖，避免铁水直接冲击孕育剂；

（300）、熔炼：将准备好的炉料按照废钢，生铁，回炉料的顺序先熔炼至半熔融状态，还有稍微一定回炉料没有完全熔化时，接着硅铁，锰铁，钼铁，电解镍，工业纯铝一起投放，最后在熔炼温度达到1520℃时，投放钛铁。调节铁液温度，出炉温度控制在1520℃-1550℃；

（400）、孕育处理：准备出炉时，将（200）步骤准备好的底部高台阶放有孕育剂的浇包准备好，铁水冲入包内，注意不能直接冲在铁屑覆盖的孕育剂上，孕育两到三分钟后，进行扒渣处理，扒渣后，再在铁液表面覆盖一层覆盖剂，防止高温铁液氧化；

（500）、浇注：等铁水温度下降至1400℃，时开始浇注。控制浇注速度在八分钟内浇注完成。浇注结束时，铁水温度不低于1300℃；

（600）、铸件落砂：浇注得到的毛坯在30分钟之内，不可以移动，控制铸件开箱落砂时的温度低于250℃，得到玻璃模具毛坯铸件。

在本发明一个较佳实施例中，所述生铁为Q12生铁，所用硅铁，锰铁，钼铁，钛铁均为国家规定牌号炉料。

在本发明一个较佳实施例中，所述硅钡孕育剂包括以下质量百分比的成份：Ca2-4%，Ba4-6%，Al1-2%，Si68-73%，余量为Fe，所述硅钡孕育剂粒度范围为3-8mm。

在本发明一个较佳实施例中，所述玻璃模具毛坯铸件铸态下为80%以上铁素体基体，铸件内腔10mm内为石墨成D型，外圆为A/D型的毛坯铸件。

在本发明一个较佳实施例中，所述玻璃模具毛坯铸件的抗拉强度≥200MPa，布氏硬度为150±15HBS，金像组织为：铸态铁素体≥80%，内腔为5~8级D型石墨，外圆为D/A型石墨；750℃时，氧化速率≤1.0g/（m².h）。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（100）中，化学成分质量百分比为C3.65%，Si2.2%，Mn0.4%，P、S＜0.1%、Mo0.5%，Ni0.35%，Al1.5%，Ti0.25%，其余为Fe。

本发明的有益效果是：本发明微合金化高抗氧化性灰铸铁及其制备方法有以下优点：

（1）、从铸铁化学成分上设计利用灰铸铁中合金元素Si，Ni，AL在共晶阶段提高了Fe-G系的共晶温度，同时Si，Ni还降低Fe-Fe3C共晶温度，拉开两者之间的温度差，使得铁液按照Fe-G稳定系进行共晶转变，从而避免产生共晶渗碳体，同时，Si，Al提高了共析阶段的转变温度，抵消了其他合金元素反石墨化的能力，又促进共析期间的石墨化。Ti元素的加入促进共晶反应前的先析奥氏体的成型，从而在共晶反应时，C元素在奥氏体枝晶间，形成D型石墨，由于D型石墨分支频繁，细小，又影响到共析反应期间，奥氏体中过饱和碳的析出，使之容易吸附到已经生产的枝晶间石墨上，而很难转变成珠光体，进一步促进体素体基体的形成。

（2）、在生产过程中，对浇注过程的工艺进行控制，落砂温度低于250℃，保证铸件不因冷却速度的加快而形成大量珠光体。

最终达到无需进行石墨化退火而得到80%铁素体基体的目的，提高材料的抗氧化性能及耐磨性，铸件内腔10mm内为5~8级的D型石墨，外圆及中间为D型/A型。

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

（100）、配料：生铁，废钢，回炉料，工业纯铝，电解镍，钼铁，硅铁，锰铁，钛铁；按化学成分质量百分比为：C3.65%，Si2.2%，Mn0.4%，P、S＜0.1%、Mo0.5%，Ni0.35%，Al1.5%，Ti0.25%，其余为Fe；使用占炉料总重量0.5%-0.75%的硅钡孕育剂，按照化学成分计算称量好各原材料和中间合金；所述生铁为Q12生铁，所用硅铁，锰铁，钼铁，钛铁均为国家规定牌号炉料。所述硅钡孕育剂包括以下质量百分比的成份：Ca2-4%，Ba4-6%，Al1-2%，Si68-73%，余量为Fe，所述硅钡孕育剂粒度范围为3-8mm。

（500）、浇注：等铁水温度下降至1400℃，时开始浇注。控制浇注速度在八分钟内浇注完成，浇注结束时，铁水温度不低于1300℃；

（600）、铸件落砂：浇注得到的毛坯在30分钟之内，不可以移动，控制铸件开箱落砂时的温度低于250℃，得到90%铁素体基体，铸件内腔石墨成D型，外圆为A/D型的玻璃模具毛坯铸件。

实施例二

步骤（100）中，化学成分质量百分比为：C3.60%，Si2.3%，Mn0.4%，P、S＜0.1%，Mo0.55%，Ni0.3%，Al1.0%，Ti0.3%，，其余为Fe。步骤（600）中得到85%铁素体基体，内腔10mm内为5~8级的D型石墨，外圆为A/D型的玻璃模具毛坯铸件。

实施例三

步骤（100）中，化学成分质量百分比为：C3.70%，Si2.4%，Mn0.5%，P、S＜0.1%，Mo0.50%，Ni0.4%，Al2.0%，Ti0.2%，，其余为Fe。步骤（600）中得到87%铁素体基体，内腔10mm内为5~8级的D型石墨，外圆为A/D型的玻璃模具毛坯铸件。

所述玻璃模具毛坯铸件的抗拉强度≥200MPa，布氏硬度为150±15HBS，金像组织为：铸态下铁素体≥80%，内腔为5~8级D型石墨，外圆为D/A型石墨；750℃时，氧化速率≤1.0g/（m².h）。

本发明微合金化高抗氧化性灰铸铁及其制备方法具有以下优点：

从铸铁的根本，化学成分的组成作为出发点。Mn元素可以溶于基体中，形成固溶体增加铸件的强度，同时Mn与S相结合形成MnS，可作为铸铁石墨自发形核的核心。但是锰同时降低Fe-G系的共晶温度和共析反应的温度，对石墨化具有不利影响，而且锰是一种偏析程度比较高的元素，过量的锰容易形成晶间碳化物。因此，本发明中锰的含量在0.3-0.5%。

钛元素的加入可以促进先析奥氏体的生长，促使D型石墨的形成，同时，钛可以与氮与碳结合生成，碳化物和氮化物，钛的碳化物和氮化物的有很高的高温稳定性和硬度，可以提高铸铁的耐磨性。但是过量的钛元素会导致铸件在后续的喷焊加工和机械加工产生困难。因此，钛元素使用量为0.2-0.3%。

钼元素是抗高温蠕变性，提高高温强度，防止模具在高温使用时开裂的最有益的元素。同时可以细化石墨，增强基体硬度。同时钼元素也是弱碳化物稳定元素，考虑到价格较贵，因此使用量也不可以过度。本发明中为0.4-0.6%。

硅，镍，铝，在共晶阶段都是石墨化元素，都可以与基体固溶增加基体强度，并且硅和铝在共析阶段也是石墨化元素，可以抵消钛元素，钼元素的反石墨化能力。促使铸铁的最终基体以体素体为主。其中镍元素还可以细化石墨。

在1520℃-1550℃的高温开炉，有利于消除生铁，回炉料的组织遗传性，使得生成的石墨细小。浇注温度在1400℃，因此必须使用长效硅钡孕育剂，与普通75FeSi相比，可以延长两倍以上的孕育时间。同时孕育技术消除共晶碳化物的同时，可使得铸铁晶粒细化。进一步提高抗氧化性。

相对与传统的开箱落砂温度在600℃以上，本发明调整开箱温度为250℃以下，使石墨化充分进行，可以避免基体中珠光体，贝氏体等产生。

铁液中的上述金属元素的存在和孕育技术的使用，配合造型内腔冷铁的使用，控制开箱落砂温度，最终可以得到内腔5~8级D型石墨，无需进行退火处理，铁素体达到80%以上。

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

1.一种微合金化高抗氧化性灰铸铁，用于制备玻璃模具成模和初模，其特征在于，包含下列质量百分比的组份：

2.根据权利要求1所述的微合金化高抗氧化性灰铸铁，其特征在于，所述灰铸铁的抗拉强度≥200MPa，布氏硬度为150±15HBS，金像组织为：铸态铁素体≥80%，内腔为5~8级D型石墨，外圆为D/A型石墨；750℃时，氧化速率≤1.0g/（m².h）。

3.根据权利要求1所述的微合金化高抗氧化性灰铸铁，其特征在于，包含下列质量百分比的组份：

4.一种微合金化高抗氧化性灰铸铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（300）、熔炼：将准备好的炉料按照废钢，生铁，回炉料的顺序先熔炼至半熔融状态，还有稍微一定回炉料没有完全熔化时，接着硅铁，锰铁，钼铁，电解镍，工业纯铝一起投放，最后在熔炼温度达到1520℃时，投放钛铁，调节铁液温度，出炉温度控制在1520℃-1550℃；

（500）、浇注：等铁水温度下降至1400℃时开始浇注，控制浇注速度在八分钟内浇注完成，浇注结束时，铁水温度不低于1300℃；

5.根据权利要求4所述的微合金化高抗氧化性灰铸铁的制备方法，其特征在于，所述生铁为Q12生铁，所用硅铁，锰铁，钼铁，钛铁均为国家规定牌号炉料。

6.根据权利要求4所述的微合金化高抗氧化性灰铸铁的制备方法，其特征在于，所述硅钡孕育剂包括以下质量百分比的成份：Ca2-4%，Ba4-6%，Al1-2%，Si68-73%，余量为Fe，所述硅钡孕育剂粒度范围为3-8mm。

7.根据权利要求4所述的微合金化高抗氧化性灰铸铁的制备方法，其特征在于，所述玻璃模具毛坯铸件铸态下为80%以上铁素体基体，铸件内腔10mm以内为石墨成D型，中间及外圆为A/D型的毛坯铸件。

8.根据权利要求4所述的微合金化高抗氧化性灰铸铁的制备方法，其特征在于，所述玻璃模具毛坯铸件的抗拉强度≥200MPa，布氏硬度为150±15HBS，金像组织为：铸态铁素体≥80%，内腔为5~8级D型石墨，外圆为D/A型石墨；750℃时，氧化速率≤1.0g/（m².h）。

9.根据权利要求4所述的微合金化高抗氧化性灰铸铁的制备方法，其特征在于，所述步骤（100）中，化学成分质量百分比为C3.65%，Si2.2%，Mn0.4%，P、S＜0.1%、Mo0.5%，Ni0.35%，Al1.5%，Ti0.25%，其余为Fe。