CN113061780A

CN113061780A - 一种耐高温镍基合金玻璃模具口模材料及其制备方法

Info

Publication number: CN113061780A
Application number: CN202110279431.6A
Authority: CN
Inventors: 卢宝柱; 李强; 孙玉祥
Original assignee: Hebei Grande Precision Machinery Co ltd
Current assignee: Hebei Grande Precision Machinery Co ltd
Priority date: 2021-03-16
Filing date: 2021-03-16
Publication date: 2021-07-02

Abstract

本发明涉及玻璃模具口模的技术领域，特别是涉及一种耐高温镍基合金玻璃模具口模材料，由下列质量百分比的材质成分组成：C0.05～0.2％、Si 2.75～3.25％、B 1.75～2.25％、Cr<0.5％、Fe<0.5％，其余为Ni和不可避免的杂质；其制备方法，包括以下步骤：S1、制作模壳；S2、配料：将碳粉(C)、硅铁块(SiFe)、镍硼块(NiB)、镍板(Ni)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.0.05～0.2％、Si2.75～3.25％、B1.75～2.25％、Cr<0.5％、Fe<0.5％，其余为镍(Ni)和不可避免的杂质；S3、熔炼；S4、浇注；可以有效解决目前铸铁口模表面喷焊结束后，在机加工过程中出现开裂或者脱落的情况，提高耐高温性能和硬度，延长使用寿命。

Description

一种耐高温镍基合金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加工的技术领域，特别是涉及一种耐高温镍基合金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，口模材料的选择和制作工艺也就成为了重中之重，口模应具有优良的耐高温、耐热疲劳、高温强度和高温尺寸稳定性。行业内常用的口模材料有球墨铸铁、铜合金、硬质合金钢等，目前最常用的是铸铁材质，但是所需要的性能往往很难达到要求，尤其是高温稳定性，高温下使用寿命较短，优点是材料便宜易得，铸造工艺简单。铜合金和硬质合金钢的制备工艺较复杂，需要采用二次精炼的方法提高材料性能，一般只用于在铸铁件表面喷焊一层保护层，由于铜合金的焊接性能较差，铜的熔点低(1083.4℃)，不能长期耐高温，铜合金和铸铁基体的焊接结合处易脱落或开裂，故需要定期更换口模以保证玻璃制品的外观和尺寸稳定型。铜合金材料由于本身较高的生产成本和焊接性能不良，且目前尚没有技术解决，所以行业内还是以铸铁材料作为口模的基材。铸铁材质的口模通常通过采购成品的棒材使用机加工的办法或者采用砂型铸造的方法获得，机加工的办法获得的口模部件表面硬度较低，使用寿命非常短，同时加工成本也较高。铸铁材料通过铸造工艺制作的口模零件性能较机加工的口模零件要优良，可以通过添加少量的其他金属如钼(Mo)或铝(Al)以强化零件的表面性能，由于基材为铁(Fe)，仍不能解决口模零件表面硬度低、高温下易变形的问题，所以寻找更优良的基体材料和更好的制作工艺变得亟不可待。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供一种耐高温镍基合金玻璃模具口模材料及其制备方法，可以有效解决目前铸铁口模表面喷焊结束后，在机加工过程中出现开裂或者脱落的情况，提高耐高温性能和硬度，延长使用寿命。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耐高温镍基合金玻璃模具口模材料，由下列质量百分比的材质成分组成：C 0.05～0.2％、Si 2.75～3.25％、B 1.75～2.25％、Cr<0.5％、Fe<0.5％，其余为Ni和不可避免的杂质。

优选的，使用温度0～900℃范围内，所述口模材料的线性膨胀系数为5～15×10^- ⁶K^-1。

优选的，所述口模材料的外表面洛氏硬度为35±5HRC。

一种耐高温镍基合金玻璃模具口模材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、制作模壳：使用熔模铸造的方法首先制作出与口模外形一致的蜡模，口模透气孔采用耐高温的陶瓷芯进行填充，然后表面覆盖5-6层砂子进行加固，最终制得与口模外形一致的模壳

S2、配料：将碳粉(C)、硅铁块(SiFe)、镍硼块(NiB)、镍板(Ni)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.0.05～0.2％、Si2.75～3.25％、B1.75～2.25％、Cr<0.5％、Fe<0.5％，其余为镍(Ni)和不可避免的杂质；

S3、熔炼：先将按比例称量好镍板(Ni)放入中频炉中，等上述炉料完全熔化后，再将碳粉(C)、硅铁块(SiFe)、镍硼块(NiB)加入中频炉中，加热熔化并调节合金的温度至1390～1410℃，并使用氮气保护至浇注到模壳中；

S4、浇注：将熔化好的钢液，倒入预制模壳中，等待钢液冷却到室温；浇注时，保持氮气环境防止钢液避免被氧化；预制模壳的浇杯口部和直浇道连接处有一层陶瓷过滤网，用于防止炉渣进入毛坯内部污染铁液。

优选的，所述步骤S2中，所述碳粉(C)纯度>99.9％,硅铁(SiFe)中Si含量为99％,其余为铁(Fe),镍硼(NiB)中B含量为20％,其余为镍(Ni)，硅铁(SiFe)和镍硼(NiB)材料在使用前需要使用200℃烘干>1小时。

优选的，所述步骤S3中，所述碳粉粒度>100目，除碳粉外的其余材料为板状或块状均可，避免使用细小颗粒状合金。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种耐高温镍基合金玻璃模具口模材料及其制备方法，具备以下有益效果：

1、该耐高温镍基合金玻璃模具口模材料及其制备方法，采用熔模铸造的方式制作口模的毛坯材料，使口模整体材质均匀，力学性能和耐热性能及膨胀系数保持稳定，具备了相对于其他材质的口模零件3-5倍的使用寿命；

2、该耐高温镍基合金玻璃模具口模材料及其制备方法，降低破坏性：市场上常用材质制作的口模零件有易开裂或者分层、起皮，高温下尺寸变化大等问题，这是由于零件在高温下膨胀与模具的其他部位产生挤压应力造成的；使用本发明材料制作的零件高温下膨胀小，且材料耐高温性能比普通常用材料提高了100-200℃,同时表面硬度比其他常用材料要高5-15HRC,不易产生表面损毁，从而大大提高了使用寿命，同时也保持了成品玻璃部件的尺寸精度；

3、该耐高温镍基合金玻璃模具口模材料及其制备方法，材质易调配：所需成分的材质类别较少，所需的各种合金为市面上可以容易买到的材质，配制比较简单，且由于烧损率少，可以避免二次材质化验，免了材质不合格的风险；

4、该耐高温镍基合金玻璃模具口模材料及其制备方法，材质纯净：由于采用了氮气保护的办法隔绝氧气，主要的合金成分氧化和烧损可以控制在非常低的范围内，制得的毛坯表面光亮，没有各种氧化物等杂质，对于毛坯本身性能和后续的机加工工序都是非常有利的；

5、该耐高温镍基合金玻璃模具口模材料及其制备方法，制备工艺简单：本发明采用的熔炼工艺简单，可以通过较少的步骤制得高性能的坯料，如需更高性能的坯料，还可以增加二次精炼和高真空熔炼等工序进一步提高坯料性能，考虑到成本和工艺复杂性，采用了较简单的工艺，可以通过普通的熔炼方法制备出需要的坯料。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

S1、制作模壳：为了得到组织均匀外表光滑的模壳，采用熔模铸造的方法制作模壳，首先使用模具制作出外表光滑的蜡模，如口模有细孔结构则需要定制相应的陶瓷芯，待蜡模取出模具后将陶瓷芯轻轻插入蜡模的细孔中；

S2、配料：将碳粉(C)纯度>99.9％,硅铁(SiFe)中Si含量为99％,其余为铁(Fe),镍硼(NiB)中B含量为20％,其余为镍(Ni)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.0.05～0.2％、Si2.75～3.25％、B1.75～2.25％、Cr<0.5％、Fe<0.5％，其余为Ni和不可避免的杂质；其中碳粉(C)的粒度要大于100目；

S3、熔炼：将按比例称量镍板(Ni)放入中频炉中，等上述炉料完全熔化后，再将碳粉(C)、硅铁块(SiFe)、镍硼块(NiB)加入中频炉中，调节中频炉功率开始加热至熔化并调节合金温度至1490～1510℃；

S4、浇注：将熔化好的钢液，倒入预制模壳中，等待钢液冷却到室温；浇注时，氮气必须持续进行保护钢液避免被氧化；预制模壳的浇杯口部和直浇道连接处有一层陶瓷过滤网，用于防止材质中不良杂质进入毛坯内部污染钢液；

实施例2：

配料步骤中，各组分的质量百分比为C.0.1～0.2％、Si3.0～3.5％、B1.5～2.0％、Cr<0.5％、Fe<0.5％，其余为Ni和不可避免的杂质，其余步骤与实施例1相同。

实施例3：

配料步骤中，各组分的质量百分比为C.0.05～0.15％、Si2.5～3.2％、B1.9～2.7％、Cr<0.5％、Fe<0.5％，其余为Ni和不可避免的杂质，其余步骤与实施例一相同。

实施例4：

配料步骤中，各组分的质量百分比为C.0.1～0.25％、Si2.7～3.5％、B2.0～3.2％、Cr<0.5％、Fe<0.5％，其余为Ni和不可避免的杂质，其余步骤与实施例一相同。

实施例5：

配料步骤中，各组分的质量百分比为C.0.02～0.12％、Si2.3～3.0％、B1.5～2.5％、Cr<0.5％、Fe<0.5％，其余为Ni和不可避免的杂质，其余步骤与实施例一相同。

本发明的耐高温镍基合金玻璃模具口模材料，具有以下性能：稳定使用温度0～900℃范围内，线性膨胀系数5～15×10^-6K^-1，外表面洛氏硬度为35±5HRC。

本发明的耐高温镍基合金玻璃模具口模为整体铸造成型，所述口模的出气孔采用陶瓷芯作为型芯。

表1为本发明各实施例配方对比表：

	碳(C)	硅(Si)	硼(B)	铬(Cr)	铁(Fe)
						实施例1	0.05～0.2％	2.75～3.25％	1.75～2.25％	<0.5％	<0.5％
实施例2	0.1～0.2％	3.0～3.5％	1.5～2.0％	<0.5％	<0.5％
						实施例3	0.05～0.15％	2.5～3.2％	1.9～2.7％	<0.5％	<0.5％
实施例4	0.1～0.25％	2.7～3.5％	2.0～3.2％	<0.5％	<0.5％
						实施例5	0.02～0.12％	2.3～3.0％	1.5～2.5％	<0.5％	<0.5％

表1

表2为本发明各实施例的性能对比表：

	硬度(HRC)	线膨胀系数(800℃10<sub>-6</sub>K<sub>-1</sub>)	抗拉强度(Mpa)
				实施例一	26～30	9～14	360～420
实施例二	28～32	8～13	360～420
				实施例三	24～28	10～15	390～450
实施例四	30～35	6～10	320～380
				实施例五	25～29	8～12	380～430

表2

通过改变部分材质的成分含量分析铸件毛坯的性能差别，可以通过统计数据发现材质成分含量会对铸件毛坯产生性能上的影响,同时也可以根据所需要的性能区间调配材质调制出需要的铸件毛坯。

本发明的耐高温镍基合金玻璃模具口模材料及其制备方法，具有以下有益效果：

采用熔模铸造的方式制作口模的毛坯材料，使口模整体材质均匀，力学性能和耐热性能及膨胀系数保持稳定，具备了相对于其他材质的口模零件3-5倍的使用寿命；

降低破坏性：市场上常用材质制作的口模零件有易开裂或者分层、起皮，高温下尺寸变化大等问题，这是由于零件在高温下膨胀与模具的其他部位产生挤压应力造成的；使用本发明材料制作的零件高温下膨胀小，且材料耐高温性能比普通常用材料提高了100-200℃,同时表面硬度比其他常用材料要高5-15HRC,不易产生表面损毁，从而大大提高了使用寿命，同时也保持了成品玻璃部件的尺寸精度；

材质易调配：所需成分的材质类别较少，所需的各种合金为市面上可以容易买到的材质，配制比较简单，且由于烧损率少，可以避免二次材质化验，免了材质不合格的风险；

材质纯净：由于采用了氮气保护的办法隔绝氧气，主要的合金成分氧化和烧损可以控制在非常低的范围内，制得的毛坯表面光亮，没有各种氧化物等杂质，对于毛坯本身性能和后续的机加工工序都是非常有利的；

制备工艺简单：本发明采用的熔炼工艺简单，可以通过较少的步骤制得高性能的坯料，如需更高性能的坯料，还可以增加二次精炼和高真空熔炼等工序进一步提高坯料性能，考虑到成本和工艺复杂性，采用了较简单的工艺，可以通过普通的熔炼方法制备出需要的坯料。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种耐高温镍基合金玻璃模具口模材料，其特征在于，由下列质量百分比的材质成分组成：C 0.05～0.2％、Si 2.75～3.25％、B 1.75～2.25％、Cr<0.5％、Fe<0.5％，其余为Ni和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温镍基合金玻璃模具口模材料，其特征在于，使用温度0～900℃范围内，所述口模材料的线性膨胀系数为5～15×10^-6K^-1。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温镍基合金玻璃模具口模材料，其特征在于，所述口模材料的外表面洛氏硬度为35±5HRC。

4.一种耐高温镍基合金玻璃模具口模材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种耐高温镍基合金玻璃模具口模材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述碳粉(C)纯度>99.9％,硅铁(SiFe)中Si含量为99％,其余为铁(Fe),镍硼(NiB)中B含量为20％,其余为镍(Ni)，硅铁(SiFe)和镍硼(NiB)材料在使用前需要使用200℃烘干>1小时。

6.根据权利要求4所述的一种耐高温镍基合金玻璃模具口模材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述碳粉粒度>100目，除碳粉外的其余材料为板状或块状均可，避免使用细小颗粒状合金。