CN1316538A

CN1316538A - 双层复合异形石墨铸铁模具材质

Info

Publication number: CN1316538A
Application number: CN 01101421
Authority: CN
Inventors: 张金山; 许春香; 许并社
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2001-10-10
Anticipated expiration: 2021-01-12
Also published as: CN1203204C

Abstract

一种双层复合异形石墨铸铁模具材质，其特征在于最大限度地回用废铁屑，对含有Cu、Cr、低合金化的蠕墨铸铁铁水用少量Li、Ba、K、Na碱金属盐与B－Fe复合施行特殊变质处理，配合利用特种芯激冷工艺获得模具内表面层球状石墨，外部蠕虫状石墨的粒状珠光体基双层复合异形石墨自生复合铸铁材质。其力学性能：抗拉强度σ_b≥405－450N/mm²，硬度HB=180－230。本铸铁模具生产成本低，使用寿命长，生产工艺简便易行，适于推广应用。

Description

双层复合异形石墨铸铁模具材质

本发明双层复合异形石墨铸铁模具材质属于铸造范畴，涉及行列式制瓶机玻璃模具及其它模具类用铸铁材质及其生产工艺。

现有的玻璃器皿类及橡胶、塑料类模具的失效原因主要是模具材质的氧化疲劳和磨损，要提高该类模具使用寿命，对模具材料提出下列要求，要易于加工，具有龟裂倾向及变形小，抗氧化、抗生长能力强；具有高的导热性，低的热膨胀性，好的磨损抗力及耐腐蚀性能等。

目前国内普遍采用的模具材料是低合金铸铁，其主要缺点是强度低，不耐氧化，起麻点对玻璃模具合缝线易磨损变形，使用寿命短。如合金铸铁玻璃瓶模具使用寿命＜12万只/模。因而造成换模频繁与成型机的高速运转不相适应。而Cr、Mo、Cu、V、Ti合金蠕铁虽然使用寿命长，但成本高。

本发明的目的就是为了克服现有模具寿命低，成本高的不足。利用球墨铸铁和蠕墨铸铁各自特点而提供一种生产工艺简便易行，成本低，抗热性能良好，使用寿命高的复合异形石墨粒状珠光体基铸铁模具材质。

本发明的铸铁模具材质化学成分(Wt％)是C3.40-3.80,Si2.30-2.80,Mn0.40-0.70,Cu0.30-0.50,Cr2.20-0.40,Li0.0005-0.0010,Ba0.0005-0.0012,K0.0006-0.0040,Na0.002-0.010,B0.0006-0.0010,Re_残0.025-0.030,P≤0.100,S≤0.025，余量为Fe。

本发明的铸铁模具材质的生产工艺其特征在于用冲天炉熔炼铁水，炉后配料采用Z14生铁，废钢，回炉铁，废铁屑。批料配比(Wt％)为废钢10-15,P140生铁3050，回炉铁2030，废铁屑1530,Cr-Fe0.5-1.0,Mn-Fe0.3-0.8。待铁水熔化后，在1380-1420℃出铁进行蠕化处理。具体处理工艺是：在出铁之前，首先将占铁水总量0.5％的Li、Ba、K、Na碱金属盐与B-Fe复合变质剂预先放入包底，把占铁水总量0.2-0.6％的铜压在变质剂之上，待铁水包中已出有1/3铁水后，将占铁水总量1.2-1.6％，粒度为6-12mm的1#稀土在出铁槽中随流冲入铁水包中，与此同时冲入占铁水总量0.6-1.0％、粒度为4-8mm的75Si-Fe，在蠕化反应的同时，复合变质剂发挥效力对铁水进行脱氧和变质，反应结束后静置、拔渣、盖草灰准备浇注。浇温控制在1350-1380℃。将处理好的蠕墨铸铁铁水浇入具有激冷芯的砂型中，待铁水凝固成型后打箱，将铸件毛坯进行高温时效处理，具体工艺为以150℃/h的速度加热至640-660℃，保温4-6小时，随炉冷至200℃以下空冷。

本发明双层复合异形石墨铸铁模具材质是在模具铸件毛坯生产时用潮模砂造型，当铸件内腔工作尺寸＜150mm时用金属芯，而铸件内腔工作尺寸＞150mm时用砂芯表面喷涂碲粉涂料，以靠激冷芯的激冷作用，造成激冷表面与非激冷表面乃至心部金属液冷却速度的不同，从而使蠕墨铸铁铁水凝固成型后形成靠近内工作表面深度达8-1.0mm厚石墨全部为细小球状石墨，而外部全为蠕虫状石墨的双层复合异形石墨粒状珠光体基铸态组织。

本发明是根据微量元素Li、Ba、K、Na增大局部过冷和促进球形石墨产生，改善材料的微观结构和使用性能，具有强烈脱氧之功效。利用其复合盐对液态铁水施行变质处理，不仅使蠕铁的蠕化范围放宽，且使白口倾向减小，利于加工，促进模具激冷表面球形石墨的形成，使模具整体增加了抗氧化、抗生长的能力，且变形减小，使模具使用寿命成倍提高。

用变质处理后的蠕墨铸铁铁水浇注试棒，所测定的常温力学性能：抗拉强度σ_b=405-450N/mm²，硬度HB=185-230。在750℃下经150小时高温氧化试验其平均氧化速度为0.12906g/m²h，长大率为0.42％，而相同条件下的铜铬合金铸铁材质氧化速度为2.495g/m²h，长大率为0.82％。由此可见性能之优越。

本发明是把蠕铁屑中混入重量比为10-20％的硅酸盐水泥，加入重量比为10-20％的水，搅拌均匀后压制固化成型。待固化后投炉熔化，加入量为批料量的15-30％，最大限度地回用了废蠕铁屑。

与现有技术相比，本发明选用低合金Cu、Cr、Mn和微量Li、Ba、K、Na、B合金元素，为使基体组织的致密化，热物性的优越化提供了物质条件。而激冷芯的利用，尤其碲涂料的使用，可为不同大小和形状及区域模具实现双石墨形态，发挥材料组织性能优势创造了有利条件。此外，废蠕铁屑的利用，变废为宝，为模具成本降低，综合经济效益的提高，使产品在竞争激烈的市场营销中立于不败之地。使本项发明具有广阔的应用前景。它不仅可用来生产玻璃模具，还可在制塑、橡胶、冶金用模具等领域推广应用。

实施例1

采用本发明双层复合异形石墨铸铁模具材质生产的一组汾酒玻璃瓶模具。在祁县玻璃器皿厂QD6型行列机上进行装机试验。(机速8次/模分)

模具铸造毛坯生产工艺如下：

采用冲天炉熔炼铁水，炉后批料配比(Wt％)为：废钢12.5；P14新生铁40；回炉铁30；废铁屑15；Cr-Fe0.8,Mn-Fe0.7，铁水熔化后在1400℃时出炉进行蠕化处理。

具体工艺是：在出铁之前，首先将占铁水重0.5％的复合变质剂置于处理包底部，其上面把占铁水重0.5％的Cu压在变质剂上，开始出铁到铁水包1/3高度时，将占铁水量1.3％，粒度为6-12mm的1^#稀土在出铁槽随流冲入铁水包中，随后将占铁水量0.8％，粒度6-8mm的75Si-Fe也由出铁槽冲入铁水包中。在蠕化反应的同时，变质剂发挥效力，对铁水产生脱氧、变质作用。反应结束稍静置片刻扒渣，盖草灰，得到C3.45、Si2.45、Mn0.65、Cr0.36、Cu0.68、Li0.0004、Ba0.00045、K0.001、Na0.004、B0.0006、Re_残0.025、P0.072、S0.021余量为Fe的符合化学成分要求的铁水。其力学性能σ_b=438N/mm²，布氏硬度HB=216。

将铁水浇入外壁采用砂型激冷，内壁用金属芯激冷的铸型中，凝固成型后打箱清理，按工艺要求进行高温时效应力退火处理。即以150℃/h的速度加热至650℃，保温5小时，随炉冷至200℃以下空冷。

按图纸要求加工模具，将加工好的模具装机试验。实际生产玻璃瓶71.2万次/模。

实施例2

按例1同样工艺生产了一组六曲香酒瓶玻璃模具，在祁县玻璃器皿厂QD4型行列机(机速为8次/模.分)试用，寿命为72.8万次/模。

试验模具化学成分如下：C3.65,Si2.63,Mn0.70,Cr0.38,Cu0.42,Li0.00032,Ba0.00028,K0.0013,Na0.0038,B0.0089,Re_残0.021,P0.082,S0.020余量为Fe。

试验模具材质力学性能σ_b=428N/mm²,HB=206。

实施例3

按例1相仿工艺，利用两半对开式金属型铸造内结晶器外形，生产了一组200mm铸管内结晶器，在太原铸管厂双工位连续铸管机上装机试验，使用寿命1868次，为灰铸铁结晶器(410次)的4.5倍。

试验模具化学成分(Wt％)为C3.80,Si2.76,Mn0.65,Cu0.46,Cr0.40,Li0.0004,K0.0028,Na0.0020,B0.0080,Re_残0.030,P0.10,S0.025余量为Fe。

试验模具材质力学性能σ_b=405N/mm²,HB=195。

由以上实际实例充分证实本发明材质抗热疲劳性能良好，使用寿命高，是一种理想的优质模具材质，具有较好的综合经济效益。

Claims

1一种双层复合异形石墨铸铁模具材质是利用冲天炉熔炼铁水，其特征在于炉后配料采用Z14生铁、废钢、回炉铁、废铁屑，批料配比(Wt％)为废钢10-15,P14生铁30-50，回炉铁20-30，废铁屑15-30,Cr-Fe0.5-1.0,Mn-Fe0.3-0.8，待铁水熔化后，在1380-1420℃出铁进行蠕化处理，具体处理工艺是在出铁之前，首先将占铁水总量0.5％的Li、Ba、K、Na碱金属盐与B-Fe复合变质预先放入包底，把占铁水总量0.2-0.6％的铜压在变质剂之上，待铁水包中已出有1/3铁水后，将占铁水总量1.2-1.6％，粒度为6-12mm的1#稀土在出铁槽中随流冲入铁水包中，与此同时冲入占铁水总量0.6-1.0％、粒度为4-8mm的75Si-Fe，在蠕化反应的同时，复合变质剂发挥效力对铁水进行脱氧和变质，反应结束后静置、扒渣、盖草灰准备浇注，浇温控制在1330-1360℃，将处理好的蠕墨铸铁铁水浇入具有激冷芯的砂型中，待铁水凝固成型后打箱，将铸件毛坯进行高温时效处理，具体工艺为以150℃/h的速度加热至640-660℃，保温4-6小时，随炉冷至200℃以下空冷，其材质化学成分(Wt％)为：C3.40-3.80,Si2.30-2.80,Mn0.40-0.70,Cu0.30-0.50,Cr0.20-0.40,Li0.0005-0.0010,Ba0.0005-0.0012,K0.0006-0.004,Na0.0002-0.010,B0.0006-0.0010,Re_残0.020-0.030,P≤0.10l,S≤0.025，余量为Fe。

2上述一种双层复合异形石墨铸铁模具材质的制造工艺，在炉后配料所用的废蠕铁屑其特征在于废蠕铁屑是以压制块方式加入，是由配比(Wt％)为硅酸盐水泥10-20，废铁屑55-70，水10-20的三种物料搅拌均匀后压制固化成型。

3一种用上述双层复合异形石墨铸铁模具材质生产模具的工艺为，是在砂型中凝固成型其特征在于模具铸件毛坯生产时用潮模砂造型，当铸件内腔尺寸＜150mm时依靠金属芯，而铸件内腔尺寸＞150mm时依靠砂芯表面喷碲粉涂料的激冷作用，使蠕墨铸铁铁水凝固成型后形成靠近内工作表面深度达到8-10mm厚石墨全部为细小球状石墨，而外部全为蠕虫状石墨的双层复合异形石墨粒状球光体基铸铁组织。