CN108467987B - 低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料及其制备方法。所述低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料由以下质量百分比的元素组成：铁87.5～92.12％，硅2.8～2.89％，碳3.4～3.6％，锰0.4～0.5％，铬0.2～0.29％，钒0.1～0.15％，钛0.08～0.1％，孕育剂0.4～0.5％，蠕化剂0.5～0.6％；本发明通过优化配方，大大改善了模具的抗氧化性和耐磨性，同时添加的各种物质协同的相互作用，大大增加玻璃模模具的韧性、抗氧化性以及耐磨性，从而提高了模具的使用寿命。

Description

低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料及其制备方法
技术领域
本发明属于合金铸铁制造工艺技术领域，尤其涉及一种低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料及其制备方法。
背景技术
蠕墨铸铁是一种石墨形态介于片状和球状之间的一种新型工程材料，其常规力学性能、耐磨性和热疲劳性能比灰铸铁好得多，导热率、减震性又比球墨铸铁优良。因此，该材料既有灰铸铁良好的导热性、减震性，又有球墨铸铁良好的耐磨性和高强度，可以广泛地用于制造柴油发动机机体、缸盖、缸套、刹车片、制动鼓、进排气歧管及钢锭模，尤其玻璃模具中。
玻璃模具主要通过所成型玻璃溶液状态的改变来实现玻璃制品外形的加工，在吹-吹、压-吹、压制、离心、辊轧、成型加工中，用以在外力作用下使玻璃溶液成为头特定形状和尺寸的制件的工具。模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，对国民经济的发展起着无可质疑的关键作用。玻璃制品多用模具成型。模具的内表面质量与制品的表面质量有密切关系。模具的寿命及导热性能直接影响制品的生产成本及生产速度。
但是目前在国内用于玻璃制品的蠕墨铸铁模仍然存在高温下抗氧化和耐磨性性能不足的问题，导致其寿命较短，不能满足广大人们的需求。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述国内用于玻璃制品的蠕墨铸铁模仍然存在抗氧化和耐磨性能不足现象，导致的玻璃模具寿命较短的问题，本发明提供低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料。
本发明的另一个目的是在于提供一种低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法。
本发明采用的技术方案如下：
低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料，所述低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料由以下质量百分比的元素组成：铁87.5～92.12％，硅2.8～2.89％，碳3.4～3.6％，锰0.4～0.5％，铬0.2～0.29％，钒0.1～0.15％，钛0.08～0.1％，孕育剂0.4～0.5％，蠕化剂0.5～0.6％。
优选地，所述低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料由以下质量百分比的元素组成：铁93.4％，硅2.85％，碳3.5％，锰0.45％，铬0.25％，钒0.13％，钛0.09％，孕育剂0.44％，蠕化剂0.56％。
优选地，所述孕育剂为75硅铁孕育剂或硅钡孕育剂中的至少一种；所述蠕化剂由以下质量分数的原料组成：镁3.7～4.3％，镧系8.5～9.5％，硅43～47％，钙1.5～2.5％和铝≤1.2％。
低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)备料：按照铁87.5～92.12％，硅2.8～2.89％，碳3.4～3.6％，锰0.4～0.5％，铬0.2～0.29％，钒0.1～0.15％，钛0.08～0.1％，孕育剂0.4～0.5％，蠕化剂0.5～0.6％的比例称取原料，备用；
(2)熔炼：将铁、硅、碳、锰、铬、钒和钛加入电炉中进行熔炼制得铸液，所述熔炼温度为1530～1550℃；
(3)蠕化和孕育：先将孕育剂和蠕化剂加入转运包中，再将所述铸液倒入转运包中且放置80～120s，蠕化和孕育处理的温度为1480～1500℃，再去渣，最后将蠕化和孕育处理后的铸液的温度冷却至浇铸温度，所述浇铸温度为1380～1420℃；
(4)浇铸：将步骤(3)蠕化和孕育处理后的铸液注入模具内并冷却成型；
(5)退火：将步骤(4)成型的成品放入加热炉中进行退火，退火的温度为900～920℃，退火6h，即制得低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的模具毛坯。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明通过优化配方，大大改善了模具的抗氧化性和耐磨性，同时添加的各种物质协同的相互作用，大大增加玻璃模模具的韧性、抗氧化性以及耐磨性，从而提高了模具的使用寿命；
2.本发明的碳、硅以及锰在铁基体中均有较高的溶解度；碳和硅元素在一定范围内，能够增加铁素体，通过减小蠕墨铸铁玻璃模具材料强度，提高整个蠕墨铸铁玻璃模具材料的机械加工的性能；但是硅元素添加将使蠕墨铸铁玻璃模具材料向着球磨化铸铁状态转变，从而使蠕墨铸铁玻璃模具材料抗氧化性能和抗磨性能降低；为了提高蠕墨铸铁玻璃模具材料的抗氧化性能和抗磨性能，添加适量的锰元素，锰元素和硅元素一同在蠕墨铸铁玻璃模具材料的表面形成一层高致密的氧化膜，这一方面避免了空气中的氧气与铁基体直接接触和扩散，避免铁基体被氧化，从而提高了蠕墨铸铁玻璃模具材料的抗氧化性，另一方面形成的致密的氧化膜具有较高的硬度，从而提高了蠕墨铸铁玻璃模具材料表面的硬度，进而提高了由于添加硅元素导致的抗磨性底的弊端；
3.本发明中的铬元素在铸造过程中有较好的强韧化效果,铬元素使蠕墨铸铁玻璃模具材料的强度高、延伸率高、冲击值高和硬度低的特点，且铬数量级为小于0.5％时，能稍细化石墨，阻止铁素体的形成，增加一定珠光体的数量，细化晶粒；
4.本发明中钛主要作用改善铸铁组织，提高断面均匀性，提高铸件强度；
5.本发明的低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法具有操作简单、制备方便、成本低，适用于工业化大规模生产。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合实施例对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所描述。
实施例1
低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料，所述低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料由以下质量百分比的元素组成：铁87.5％，硅2.8％，碳3.4％，锰0.4％，铬0.2％，钒0.1％，钛0.08％，孕育剂0.4％，蠕化剂0.5％。
所述孕育剂为75硅铁孕育剂或硅钡孕育剂中的至少一种；所述蠕化剂由以下质量分数的原料组成：镁3.7～4.3％，镧系8.5～9.5％，硅43～47％，钙1.5～2.5％和铝≤1.2％。
低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)备料：按照铁87.5％，硅2.8％，碳3.4％，锰0.4％，铬0.2％，钒0.1％，钛0.08％，孕育剂0.4％，蠕化剂0.5％的比例称取原料，备用；
(2)熔炼：将铁、硅、碳、锰、铬、钒和钛加入电炉中进行熔炼制得铸液，所述熔炼温度为1530℃；
(3)蠕化和孕育：先将孕育剂和蠕化剂加入转运包中，再将所述铸液倒入转运包中且放置80s，蠕化和孕育处理的温度为1480℃，再去渣，最后将蠕化和孕育处理后的铸液的温度冷却至浇铸温度，所述浇铸温度为1380℃；
(4)浇铸：将步骤(3)蠕化和孕育处理后的铸液注入模具内并冷却成型；
(5)退火：将步骤(4)成型的成品放入加热炉中进行退火，退火的温度为900℃，退火6h，即制得低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的模具毛坯。
检测：通过布氏硬度仪检测硬度为160HB，通过晶像显微仪检测分析铁素体86％、珠光体12％；获得的低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的模具装机后以每分钟10次/模生产玻璃器皿，该模具的寿命为90万次。
实施例2
所述低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料由以下质量百分比的元素组成：铁93.4％，硅2.85％，碳3.5％，锰0.45％，铬0.25％，钒0.13％，钛0.09％，孕育剂0.44％，蠕化剂0.56％。
所述孕育剂为75硅铁孕育剂或硅钡孕育剂中的至少一种；所述蠕化剂由以下质量分数的原料组成：镁3.7～4.3％，镧系8.5～9.5％，硅43～47％，钙1.5～2.5％和铝≤1.2％。
低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)备料：按照铁93.4％，硅2.85％，碳3.5％，锰0.45％，铬0.25％，钒0.13％，钛0.09％，孕育剂0.44％，蠕化剂0.56％的比例称取原料，备用；
(2)熔炼：将铁、硅、碳、锰、铬、钒和钛加入电炉中进行熔炼制得铸液，所述熔炼温度为1540℃；
(3)蠕化和孕育：先将孕育剂和蠕化剂加入转运包中，再将所述铸液倒入转运包中且放置100s，蠕化和孕育处理的温度为1490℃，再去渣，最后将蠕化和孕育处理后的铸液的温度冷却至浇铸温度，所述浇铸温度为1410℃；
(4)浇铸：将步骤(3)蠕化和孕育处理后的铸液注入模具内并冷却成型；
(5)退火：将步骤(4)成型的成品放入加热炉中进行退火，退火的温度为910℃，退火6h，即制得低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的模具毛坯。
检测：通过布氏硬度仪检测硬度为165HB，通过晶像显微仪检测分析铁素体88％、珠光体11％；获得的低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的模具装机后以每分钟10次/模生产玻璃器皿，该模具的寿命为100万次。
实施例3
低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料，所述低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料由以下质量百分比的元素组成：铁92.12％，硅2.89％，碳3.6％，锰0.5％，铬0.29％，钒0.15％，钛0.1％，孕育剂0.5％，蠕化剂0.6％。
所述孕育剂为75硅铁孕育剂或硅钡孕育剂中的至少一种；所述蠕化剂由以下质量分数的原料组成：镁3.7～4.3％，镧系8.5～9.5％，硅43～47％，钙1.5～2.5％和铝≤1.2％。
低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)备料：按照铁92.12％，硅2.89％，碳3.6％，锰0.5％，铬0.29％，钒0.15％，钛0.1％，孕育剂0.5％，蠕化剂0.6％的比例称取原料，备用；
(2)熔炼：将铁、硅、碳、锰、铬、钒和钛加入电炉中进行熔炼制得铸液，所述熔炼温度为1550℃；
(3)蠕化和孕育：先将孕育剂和蠕化剂加入转运包中，再将所述铸液倒入转运包中且放置120s，蠕化和孕育处理的温度为1500℃，再去渣，最后将蠕化和孕育处理后的铸液的温度冷却至浇铸温度，所述浇铸温度为1420℃；
(4)浇铸：将步骤(3)蠕化和孕育处理后的铸液注入模具内并冷却成型；
(5)退火：将步骤(4)成型的成品放入加热炉中进行退火，退火的温度920℃，退火6h，即制得低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的模具毛坯。
检测：通过布氏硬度仪检测硬度为168HB，通过晶像显微仪检测分析铁素体87％、珠光体11％；获得的低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的模具装机后以每分钟10次/模生产玻璃器皿，该模具的寿命为95万次。
对照实验
对照实验1
低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料，所述低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料由以下质量百分比的元素组成：铁87.5％，硅1.0％，碳3.4％，锰0.05％，铬0.2％，钒0.1％，钛0.08％，孕育剂0.4％，蠕化剂0.5％。
所述孕育剂为75硅铁孕育剂或硅钡孕育剂中的至少一种；所述蠕化剂由以下质量分数的原料组成：镁3.7～4.3％，镧系8.5～9.5％，硅43～47％，钙1.5～2.5％和铝≤1.2％。
低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)备料：按照铁铁87.5％，硅1.0％，碳3.4％，锰0.05％，铬0.2％，钒0.1％，钛0.08％，孕育剂0.4％，蠕化剂0.5％的比例称取原料，备用；
(2)熔炼：将铁、硅、碳、锰、铬、钒和钛加入电炉中进行熔炼制得铸液，所述熔炼温度为1530℃；
(3)蠕化和孕育：先将孕育剂和蠕化剂加入转运包中，再将所述铸液倒入转运包中且放置80s，蠕化和孕育处理的温度为1480℃，再去渣，最后将蠕化和孕育处理后的铸液的温度冷却至浇铸温度，所述浇铸温度为1380℃；
(4)浇铸：将步骤(3)蠕化和孕育处理后的铸液注入模具内并冷却成型；
(5)退火：将步骤(4)成型的成品放入加热炉中进行退火，退火的温度为900℃，退火6h，即制得低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的模具毛坯。
检测：通过布氏硬度仪检测硬度为140HB，通过晶像显微仪检测分析铁素体78％、珠光体20％；获得的低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的模具装机后以每分钟10次/模生产玻璃器皿，该模具的寿命为50万次。
对照实验2
低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料，所述低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料由以下质量百分比的元素组成：铁87.5％，硅5.0％，碳3.4％，锰0.05％，铬0.2％，钒0.1％，钛0.08％，孕育剂0.4％，蠕化剂0.5％。
所述孕育剂为75硅铁孕育剂或硅钡孕育剂中的至少一种；所述蠕化剂由以下质量分数的原料组成：镁3.7～4.3％，镧系8.5～9.5％，硅43～47％，钙1.5～2.5％和铝≤1.2％。
低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)备料：按照铁87.5％，硅5.0％，碳3.4％，锰0.05％，铬0.2％，钒0.1％，钛0.08％，孕育剂0.4％，蠕化剂0.5％的比例称取原料，备用；
(2)熔炼：将铁、硅、碳、锰、铬、钒和钛加入电炉中进行熔炼制得铸液，所述熔炼温度为1530℃；
(3)蠕化和孕育：先将孕育剂和蠕化剂加入转运包中，再将所述铸液倒入转运包中且放置80s，蠕化和孕育处理的温度为1480℃，再去渣，最后将蠕化和孕育处理后的铸液的温度冷却至浇铸温度，所述浇铸温度为1380℃；
(4)浇铸：将步骤(3)蠕化和孕育处理后的铸液注入模具内并冷却成型；
(5)退火：将步骤(4)成型的成品放入加热炉中进行退火，退火的温度为900℃，退火6h，即制得低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的模具毛坯。
检测：通过布氏硬度仪检测硬度为135HB，通过晶像显微仪检测分析铁素体89％、珠光体6％；获得的低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的模具装机后以每分钟10次/模生产玻璃器皿，该模具的寿命为45万次。

Claims (2)

1.低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料，其特征在于，所述低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料由以下质量百分比的元素组成：铁87.5～92.12％，硅2.89％，碳3.6％，锰0.4～0.5％，铬0.2～0.29％，钒0.1～0.15％，钛0.08～0.1％，孕育剂0.4～0.5％，蠕化剂0.5～0.6％，所述孕育剂为75硅铁孕育剂或硅钡孕育剂中的至少一种；所述蠕化剂由以下质量分数的原料组成：镁3.7～4.3％，镧系8.5～9.5％，硅43～47％，钙1.5～2.5％和铝≤1.2％。
2.基于权利要求1所述的低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)备料：按照铁87.5～92.12％，硅2.89％，碳3.6％，锰0.4～0.5％，铬0.2～0.29％，钒0.1～0.15％，钛0.08～0.1％，孕育剂0.4～0.5％，蠕化剂0.5～0.6％的比例称取原料，备用；
(2)熔炼：将铁、硅、碳、锰、铬、钒和钛加入电炉中进行熔炼制得铸液，所述熔炼温度为1530～1550℃；
(3)蠕化和孕育：先将孕育剂和蠕化剂加入转运包中，再将所述铸液倒入转运包中且放置80～120s，蠕化和孕育处理的温度为1480～1500℃，再去渣，最后将蠕化和孕育处理后的铸液的温度冷却至浇铸温度，所述浇铸温度为1380～1420℃；
(4)浇铸：将步骤(3)蠕化和孕育处理后的铸液注入模具内并冷却成型；
(5)退火：将步骤(4)成型的成品放入加热炉中进行退火，退火的温度为900～920℃，退火6h，即制得低合金中硅蠕墨铸铁玻璃模具材料的模具毛坯。
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