CN114990379A - 铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及玻璃模具材料领域，具体公开了一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，该铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺步骤如下：按照各组分质量百分比选取原料，所述质量百分比的组分组成为：钴5‑7%、铝12‑14%、钛1‑2%、硼0.5‑0.7%、镍1‑3%、锌0.2‑0.4%，其余为铜和不可避免的杂质；将电解铜熔融，在铜液中加入铝钛硼中间合金、钴块和镍片，升温至1500‑1520℃熔化后得到预合金液，回调温度为1250‑1300℃，加入锌块，熔化后调整各组分用量，得到铜基合金混合液，加入除渣剂，接着扒渣、浇注成型和退火处理，得到铜基合金玻璃模具材料。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃模具材料领域，尤其是涉及一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺。
背景技术
玻璃模具是制备玻璃制品的重要工艺装备，玻璃模具质量的好坏直接影响玻璃器皿的质量、玻璃制品的外观与生产成本。随着我国国民经济的快速发展，对于产品包装所需的玻璃制品质量要求越来越高。
铜合金具有散热效果好，强度较高的优点，能较好地适应服役过程中，在500-1000℃温度范围内频繁极速转换的残酷工况，但发明人认为，目前铜合金玻璃模具材料在抗热疲劳和抗氧化等方面性能仍存有明显缺陷，导致铜合金玻璃模具的使用寿命较低，因此还有改善空间。
发明内容
为了提供一种抗热疲劳和抗氧化方面均具有突出性能的玻璃模具材料，以提高铜合金玻璃模具的使用寿命，本申请提供一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺。
一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，步骤如下：按照各组分质量百分比选取原料，所述质量百分比的组分组成为：钴5-7％、铝12-14％、钛1-2％、硼0.5-0.7％、镍1-3％、锌0.2-0.4％，其余为铜和不可避免的杂质；将电解铜熔融，在铜液中加入铝钛硼中间合金、钴块和镍片，升温至1500-1520℃熔化后得到预合金液，回调温度为1250-1300℃，加入锌块，熔化后调整各组分用量，得到铜基合金混合液，加入除渣剂，接着扒渣、浇注成型和退火处理，得到铜基合金玻璃模具材料。
本申请在铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺中，在铜液中加入铝钛硼中间合金、钴块和镍片，带这些炉料完全熔化后，再加入锌块，通过这特殊的投料方式，各成分的熔化时间短，烧损小，实收率高，且各成分的混合均匀程度高，克服部分铝铜共存时容易偏析、出现夹渣现象的缺陷，并且上述铜基合金混合液制备的铜基合金玻璃模具材料中，晶粒细化程度也显著提高，且晶粒细化稳定性好，不易出现针孔和夹渣物，因此本申请制得的铜基合金玻璃模具材料在抗热疲劳和抗氧化性能均表现出优异效果，在服役过程中不易变形或者出现裂纹，而使得铜基合金玻璃模具的使用寿命大大提高。
优选的，所述各组分的质量百分比为：钴6-6.5％、铝12.5-13％、钛1.2-1.5％、硼0.6-0.65％、镍1.5-2.5％、锌0.25-0.35％。
通过调整制备铜基合金玻璃模具的各组分的用量关系，能进一步提高晶粒细化程度，且晶粒细化效果稳定，而不易出现夹渣物，铜基合金玻璃模具材料的抗热疲劳和抗氧化性能进一步提高。
优选的，所述预合金液中各组分熔化后，静置10-15min，再加入锌块。
通过回调温度为1250-1300℃，并且静置10-15min，再加入锌块，能进一步提高铜基合金玻璃模具材料的质量稳定性，进一步减少夹渣物存在的情况，提高铜基合金玻璃模具材料的抗热疲劳性。
优选的，所述电解铜加热熔融温度为1200-1220℃。
优选的，所述除渣剂加入后，所述铜基合金混合液保持在1250-1280℃，保温静置10-20min，再进行扒渣。
通过上述处理工艺，能有效降低铜基合金混合液中杂质含量，减少杂质对晶粒细化过程的影响，提高铜基合金模具材料的质量稳定性。
优选的，浇注成型具体为在浇杯口部增加陶瓷过滤网，扒开渣层，将上述铜基合金混合液浇筑至放置有铁芯的成型砂壁中。
通过上述陶瓷过滤网配合加入除渣剂，有利于铜基合金混合液的除渣操作，使铜基合金混合液除杂效果更佳。
优选的，所述退火处理具体为将浇筑好的铜基合金毛坯转移至退火炉中，将炉温升高至710-730℃，保温2-4h，接着降温，得到铜基合金玻璃模具材料。
通过将退火炉的炉温升高至710-730℃并保温2-4h，有利于降低铜基合金玻璃模具的脆性，提高铜基合金玻璃模具材料的抗疲劳性，而使铜基合金玻璃模具不易开裂。
优选的，所述退火处理过程中，在710-730℃保温2-4h后，以9-12℃/min的速度进行降温。
通过控制铜基合金玻璃模具的降温速度，铜基合金玻璃模具降低铜基合金玻璃模具的脆性效果较佳，且质量稳定性高。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请制得的铜基合金玻璃模具材料在抗热疲劳和抗氧化性能均表现出优异效果，在服役过程中不易变形或者出现裂纹，而使得铜基合金玻璃模具的使用寿命大大提高。
2、通过调整制备铜基合金玻璃模具的各组分的用量关系，能进一步提高晶粒细化程度，且晶粒细化效果稳定，而不易出现夹渣物，铜基合金玻璃模具材料的抗热疲劳和抗氧化性能进一步提高。
3、通过回调温度为1250-1300℃，并且静置10-15min，再加入锌块，能进一步提高铜基合金玻璃模具材料的质量稳定性，进一步减少夹渣物存在的情况，提高铜基合金玻璃模具材料的抗热疲劳性。
4、通过控制铜基合金玻璃模具的降温速度，铜基合金玻璃模具降低铜基合金玻璃模具的脆性效果较佳，且质量稳定性高。
具体实施方式
以下实施例以及对比例中各原料均可通过市售得到。
实施例1
一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，步骤如下：按照各组分质量百分比选取原料，质量百分比的组分组成为：钴5％、铝12％、钛1％、硼0.5％、镍1％、锌0.2％，其余为铜和不可避免的杂质；将电解铜加入中频感应炉中，加热至1200℃，电解铜熔融后形成铜液，在铜液中加入铝钛硼中间合金、钴块和镍片，升温至1510℃熔化后得到预合金液，回调温度为1270℃，加入锌块，熔化后调整各组分用量，得到铜基合金混合液，加入除渣剂，铜基合金混合液保持在1270℃，保温静置15min，接着在浇杯口部增加陶瓷过滤网，扒开渣层，将上述铜基合金混合液浇筑至放置有铁芯的成型砂壁中，将浇筑好的铜基合金毛坯转移至退火炉中，将炉温升高至720℃，保温3h，以10℃/min的速度进行降温至室温，得到铜基合金玻璃模具材料。
实施例2
一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，与实施例1的区别仅在于：各组分的质量百分比不同，具体地，钴6％、铝12.5％、钛1.2％、硼0.6％、镍1.5％、锌0.35％，其余为铜和不可避免的杂质。
实施例3
一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，与实施例1的区别仅在于：各组分的质量百分比不同，具体地，钴6.5％、铝13％、钛1.5％、硼0.7％、镍3％、锌0.5％，其余为铜和不可避免的杂质。
实施例4
一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，与实施例1的区别仅在于：各组分的质量百分比不同，具体地，钴7％、铝14％、钛2％、硼0.8％、镍4％、锌0.6％，其余为铜和不可避免的杂质。
实施例5
一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，与实施例3的区别仅在于：热处理工艺不同，具体地：将电解铜加入中频感应炉中，加热至1220℃，电解铜熔融后形成铜液，在铜液中加入铝钛硼中间合金、钴块和镍片，升温至1500℃熔化后得到预合金液，回调温度为1250℃，加入锌块，熔化后调整各组分用量，得到铜基合金混合液，加入除渣剂，铜基合金混合液保持在1250℃，保温静置20min，接着在浇杯口部增加陶瓷过滤网，扒开渣层，将上述铜基合金混合液浇筑至放置有铁芯的成型砂壁中，将浇筑好的铜基合金毛坯转移至退火炉中，将炉温升高至710℃，保温4h，以9℃/min的速度进行降温至室温，得到铜基合金玻璃模具材料。
实施例6
一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，与实施例3的区别仅在于：热处理工艺不同，具体地：将电解铜加入中频感应炉中，加热至1210℃，电解铜熔融后形成铜液，在铜液中加入铝钛硼中间合金、钴块和镍片，升温至1520℃熔化后得到预合金液，回调温度为1300℃，加入锌块，熔化后调整各组分用量，得到铜基合金混合液，加入除渣剂，铜基合金混合液保持在1300℃，保温静置20min，接着在浇杯口部增加陶瓷过滤网，扒开渣层，将上述铜基合金混合液浇筑至放置有铁芯的成型砂壁中，将浇筑好的铜基合金毛坯转移至退火炉中，将炉温升高至730℃，保温2h，以12℃/min的速度进行降温至室温，得到铜基合金玻璃模具材料。
实施例7
一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，与实施例3的区别仅在于：预合金液中各组分熔化后，静置10min，再加入锌块。
实施例8
一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，与实施例3的区别仅在于：预合金液中各组分熔化后，静置15min，再加入锌块。
对比例1
一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，与实施例3的区别仅在于：采用电解铜替换等量铝钛硼中间合金。
对比例2
一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，与实施例3的区别仅在于：采用电解铜部分替换铝钛硼中间合金，替换后，铝的占比为6.5％，钛的占比为0.75％，硼的占比为0.35％。
实验1
热疲劳测试
分别将上述实施例以及对比例得到的铜基合金玻璃模具材料切割为40mm×20mm×2mm的热疲劳试样，在热疲劳试验机上进行热疲劳性能试验：试样在炉膛内用电阻丝加热，加热温度为800℃，加热时间为120s，冷却采用水冷，冷却时间为7s，冷却后的温度为100±20℃，依照此条件热循环，合金出现肉眼可见的裂纹时，记录其次数，并停止热循环，并测量合金主裂纹的垂直长度。
实验2
抗氧化性能测试
分别将上述实施例以及对比例得到的铜基合金玻璃模具材料加工成规格为40mm×200mm×12mm的矩形标准试样，经丙酮清洗后，用十万分之一的光电天平称量，并在800℃的SX-2-10-12箱式炉中保温10h，然后随炉冷却至200℃取出，冷到室温后立刻称量，计算出氧化增重速度。氧化速度的计算公式为：V＝G1-G2/ST，其中G1-加热前试样的重量(g)，G2-加热后试样的重量(g)，S-试样表面积(m2)，T-氧化时间(h)。
上述抗热疲劳实验和抗氧化试验的检测结果详见表1。
表1
由表1的结果可以看出，实施例3相对于对比例1仅增加铝钛硼中间合金，根据表2中两者的耐热疲劳实验结果对比可得，实施例3制备的玻璃模具材料试样的出现裂缝的热循环次数明显较高，且主裂纹的长度大幅度降低，且表2中两者的抗氧化实验结果对比可得，氧化增重值明显降低，证明铝钛硼中间合金的加入使实施例3制备的玻璃模具材料试样的耐热疲劳性能和抗氧化效果明显优异与对比例1，说明铝钛硼中间合金的加入对于提高玻璃模具材料试样的耐热疲劳性和抗氧化性具有突出贡献。
而对比例2与实施例3区别仅在于，玻璃模具材料试样中铝钛硼的占比不同，结合表1的结果可以看出，实施例3出现裂缝的热循环次数明显高于对比例2，且主裂缝长度明显较对比例2短，氧化增重值明显低于对比例2，可见，铝钛硼在玻璃模具材料试样的占比对于提高玻璃模具的耐热疲劳性和抗氧化性同样具有关键性作用，改变铝钛硼在玻璃模具材料试样中的占比，将导致玻璃模具材料试样的性能明显下降。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，其特征在于：步骤如下：按照各组分质量百分比选取原料，所述质量百分比的组分组成为：钴5-7%、铝12-14%、钛1-2%、硼0.5-0.7%、镍1-3%、锌0.2-0.4%，其余为铜和不可避免的杂质；将电解铜熔融，在铜液中加入铝钛硼中间合金、钴块和镍片，升温至1500-1520℃熔化后得到预合金液，回调温度为1250-1300℃，加入锌块，熔化后调整各组分用量，得到铜基合金混合液，加入除渣剂，接着扒渣、浇注成型和退火处理，得到铜基合金玻璃模具材料。
2.根据权利要求1所述的一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，其特征在于：所述各组分的质量百分比为：钴6-6.5%、铝12.5-13%、钛1.2-1.5%、硼0.6-0.65%、镍1.5-2.5%、锌0.25-0.35%。
3.根据权利要求1所述的一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，其特征在于：所述预合金液中各组分熔化后，静置10-15min，再加入锌块。
4.根据权利要求1所述的一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，其特征在于：所述电解铜加热熔融温度为1200-1220℃。
5.根据权利要求1所述的一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，其特征在于：所述除渣剂加入后，所述铜基合金混合液保持在1250-1280℃，保温静置10-20min，再进行扒渣。
6.根据权利要求1所述的一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，其特征在于：浇注成型具体为在浇杯口部增加陶瓷过滤网，扒开渣层，将上述铜基合金混合液浇筑至放置有铁芯的成型砂壁中。
7.根据权利要求1所述的一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，其特征在于：所述退火处理具体为将浇筑好的铜基合金毛坯转移至退火炉中，将炉温升高至710-730℃，保温2-4h，接着降温，得到铜基合金玻璃模具材料。
8.根据权利要求7所述的一种铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺，其特征在于：所述退火处理过程中，在710-730℃保温2-4h后，以9-12℃/min的速度进行降温。
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| CN202210510667.0A Pending CN114990379A (zh) | 2022-05-11 | 2022-05-11 | 铜基合金玻璃模具材料的热处理工艺 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040079456A1 (en) * | 2002-07-02 | 2004-04-29 | Onlin Corporation | Copper alloy containing cobalt, nickel and silicon |
| CN104745861A (zh) * | 2015-04-07 | 2015-07-01 | 江苏科技大学 | 一种铝镍青铜塑料模具材料及其制备方法 |
| CN106244848A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-12-21 | 常熟市精工模具制造有限公司 | 微合金化有色金属铜基玻璃模具材料及其制造方法 |
-
2022
- 2022-05-11 CN CN202210510667.0A patent/CN114990379A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| US20040079456A1 (en) * | 2002-07-02 | 2004-04-29 | Onlin Corporation | Copper alloy containing cobalt, nickel and silicon |
| CN104745861A (zh) * | 2015-04-07 | 2015-07-01 | 江苏科技大学 | 一种铝镍青铜塑料模具材料及其制备方法 |
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