专利名称：用于玻璃瓶成型模具的铸铁材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及合金铸铁材料，具体地说是用于玻璃瓶成型模具的铸铁材料。
日常生活中所见到的饮料瓶、医药用瓶、罐头瓶、化妆品瓶等，多数用玻璃制造，制造这些玻璃瓶子通常是将熔融的玻璃在制瓶机上吹制成型。制瓶机所用的玻璃瓶模具，国内外大部分采用灰口铸铁制造，其中部分加有镍、铬、钼、铜等合金元素，这类模具的平均使用寿命为10-15万次，例如广州玻璃模具厂产的合金铸铁酒瓶模具成份(%)为C2.9-3.2，Si2.0-2.2，Mn0.6-0.9，Cr0.25-0.4，Cu1.0，使用寿命为10-12万次(见山东机械设计院玻璃模具鉴定技术报告，1986)，苏联《铸造生产》(Литейн.прои3-во，-1987，(5)，-31)杂志1987年第5期第31页“利用蠕墨铸铁作玻璃模具的经验”一文中，介绍了利用铁素体基体的含钼蠕墨铸铁生产高压绝缘子的玻璃绝缘零件模具使用寿命为七天。造成这些模具使用寿命不高的原因主要是材料的抗氧化性能和抗变形能力差。提高模具的使用寿命对于提高产品质量和生产效率、降低生产成本是一个关键的问题。
本发明的目的是提供一种抗高温氧化和抗变形能力强的合金铸铁材料用于玻璃瓶模具，并且能够用一般的冶炼设备-冲天炉熔制。
本发明的铸铁材料其化学组成(%)是C3.1-3.7，Si1.5-2.3，Mn0.5-0.9，P＜0.1，S＜0.07，Mg0.02-0.05，Re0.02-0.05，Al0.4-2.0，Cr0.2-0.4，Ti0.15-0.35，其余为Fe。
为了实现上述化学组成，炉后配料采用L08、P08或Z14，牌号的生铁与适量的废钢和铬铁组成。例如使用约85%的上述牌号的生铁，加入约15%的废钢和0.65%的铬铁，就能够保证C、Mn、P、SCr诸元素的含量在所需要的范围内，同时也能保证在加入了孕育剂之后满足Si的含量要求。当然精确的生铁、废钢比例应按生铁废钢的实际含碳量计算确定。P、S为杂质。
蠕化剂、孕育剂和铝、钛是在炉前加入的，蠕化剂由相等量的稀士镁RMg7-9和一号稀士硅铁组成，加入总量为处理铁水量的1.0-1.4%，孕育剂为硅铁，加入量为处理铁水量的0.2%。将铝破碎成约2cm见方的碎块作为加铝用，钛铁破碎成约3mm直径的碎块作为加钛用。
本发明的铸铁材料其熔炼方法是将炉后配料置于冲天炉中，熔炼成铁水，蠕化处理在处理包中进行，处理包包底有矮墙将包底一分为二，蠕化剂放入铁水不直接冲到的一侧，下放稀土镁，上放稀土硅铁、捣实、覆盖稻草灰;在另一侧放铝块，钛铁粒放在出铁槽中冲入包中。出铁时先出每包处理量的三分之二，这时因镁的化学反映使铁水沸腾同时加速稀土硅铁的溶化，待反映平息后再冲入三分之一的铁水，稍事搅拌，将渣扒净。孕育剂硅铁予先放入浇注包中，将处理包中的铁水注入浇注包中(抬包或端包)进行浇注、浇注时注意挡好渣。
如果所用冲天炉的炉温较低，还可采用另一种加铝的方法，即在炉前地上用耐火砖垒一小焦碳坩埚炉，用小鼓风机吹风，将铝放入石墨坩埚中加温熔化、保温，待处理包中放入三分之二铁水蠕化反映平息后，扒渣，倒入纯净铝水，再冲入三分之一铁水，稍事搅拌，挡渣浇注。其他合金加入方法均与上述相同。
整个浇注过程要迅速，以减少铁水降温，铸型中的冷芯铁要注意充分予热，浇铸前置于铸型中，以避免冷隔。
浇注成型的玻璃瓶模具铸件按如下工艺进行热处理铸件放入热处理炉中升温至900℃保温2小时，炉冷至740℃保温1小时，炉冷至600℃以下出炉。铸件经热处理后其金相组织为＞80%蠕虫状石墨+＜20%球状石墨+铁素体基体。
本发明的玻璃瓶成型模具铸铁材料在750℃下经150小时高温氧化试验其平均氧化速度为0.1906g/h·m2，而相同条件下国内现应用较多的铜铬灰铸铁玻璃模具材料氧化速度为2.51g/h·m2，二者氧化速度为1∶13，此外本发明的铸铁材料其机械性比灰铸铁高，σw＝60-80kg/mm2，σb＝30-40kg/mm2，硬度HB150-190。
本发明的玻璃瓶模具铸铁材料其特点是(一)、用铝、铬、钛为合金元素制成合金蠕墨铸铁做为玻璃模具材料。未使用镍、铜等稀缺昂贵的金属。(二)、在一般的含石墨铸铁包括蠕墨铸生产中，多采用普通铸造生铁为原料，其中含有相当数量的硅，再加上蠕化剂、孕育剂中均含有40%上下的硅，致使铸铁的终硅量较高，硅高会降低蠕铁的蠕化率，使蠕墨铸铁中产生较多的球状石墨，还会对韧性带来不利影响。本发明的铸铁材料，采用含硅很低的P08、L08或Z14等生铁作为主要原料，这些原料价格便宜，易于购得，同时使得铸铁的终硅含量可保持在1.5-2.3%这一较低的范围内;(三)本发明的铸铁材料经热处理后获得单相铁素体基体组织;(四)、由于采取了在炉前加入合金的措施和配方的合理化使得这一铸铁材料可以在多数工厂具备的冲天炉中熔炼。
本发明的玻璃瓶模具铸铁材料主要优点是(一)加入铝后有效地提高了铸铁的抗氧化性能和抗生长性能。能够明显地提高材料的抗氧化、抗生长性能的合金元素只有铝，铬、硅，但是铬强烈促进铸铁的白口化倾向，使材料硬、脆而难于加工，在玻璃模具材料中只可在有限的小数量范围中应用，对提高材料的机械性能有一定作用，而对提高抗氧化性能不起主要作用。硅抗氧化的作用比之铝、铬低，而且加多了会使铸铁的基体明显脆化。铝加入铸铁后能在铸铁表面形成致密牢固的氧化膜，提高材料的抗氧化性能，又不带来上述危害。钛使组织细化，也有助于提高材料的抗氧化性能。采用蠕墨铸铁这一形式也比普通灰铸铁明显提高了抗氧化性能。
(二)、铝、钛均为反球化元素，根据本发明的研究结果，制作蠕铁时铝钛的加入明显拓宽了原来狭窄的蠕化剂的用量范围。蠕铁生产目前国内外公认的困难是蠕化效果不稳定、难于掌握、成品率低。这是因为能够形成蠕墨铸铁的蠕化剂的加入量范围很窄，极易因铁水量稍多或稍少而使蠕化处理失败。加入铝、钛既有上述优良作用，又明显地拓宽了蠕化剂加入量的范围，使得蠕铁生产变得容易掌握，效果稳定，基本上炉炉成功。
(三)、铝加入铸铁后明显地扩大了α相区，促进铁素体的形成，配合适当的热处理工艺，能稳定地得到单相铁素体。这种单相组织在玻璃模具的使用温度范围内十分稳定，不再发生相变，这就有效地控制了模具的变形。而目前使用的玻璃瓶模具铸铁材料均为珠光体基体，使用过程中，由于较高温度下珠光体中的渗碳体部分地转变为铁素体和石墨，并有珠光体粒化现象发生，由于不同相间比容的变化将产生内应力，促使模具材料的变形，甚至形成微裂纹。
(四)、因为铝能促进铸铁中碳的石墨化和基体的铁素体化，因而使材料的硬度降低，更便于机械加工。
(五)、铸铁中加入钛后，形成Ti(CN)硬质点弥散分布，提高了材料的耐磨性。
(六)、本发明的玻璃模具铸铁材料，用于酒瓶模具寿命为70-100万次，用于医药用盐水瓶模具使用寿命为50-70万次，为市售灰铸铁模具平均寿命的5-10倍。
实施例一化学组成(%)为C3.3，Si2.1，Mn0.7，P0.07，S0.05，Mg0.03，Re0.03，Al1.3，Cr0.3Ti0.25的蠕墨铸铁，用于药用玻璃瓶模具，使用寿命为50万次。
实施例二化学组成为(%)C3.6，Si2.2，Mn0.6，P0.08，S0.05，Mg0.05，Re0.04，Al1.6，Cr0.4Ti0.3的蠕墨铸铁制作的啤酒瓶模具使用寿命为70万次。
权利要求
1.基体为铁素体的合金蠕墨铸铁材料用于玻璃瓶成型模具，其特征在于铸铁材料的化学组成(%)是C3.1-3.7，Si1.5-2.3，Mn0.5-0.9，P＜0.1，S＜0.07，Mg0.02-0.05Re0.02-0.05，Al0.4-2.0，Cr0.2-0.04，Ti0.15-0.35其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的铸铁材料其特征是所述的C、Mn、P、S、Cr诸元素的含量由炉后配料L08、P08或Z14生铁废钢和铬铁的配比予以保证。
3.根据权利要求1所述的铸铁材料其特征是所述的Al和Ti是在炉前加入的。
4.用于玻璃瓶成型模具的铸铁材料的熔炼方法其特征在于用冲天炉进行熔炼，在处理包中进行蠕化处理同时加入铝和钛，铸件进行热处理。
5.根据权利要求4所述的铸铁材料的熔炼方法所述的蠕化处理方法其特征在于处理包包底有矮墙将包底一分为二，蠕化剂放入铁水冲不到的一侧，下放稀土镁，上放稀土硅铁，捣实，覆盖稻草灰，在另一侧放铝块，出铁时先出每包处理量的三分之二，待反应平息后再冲入三分之一的铁水。铁水直接冲到铝块上使其迅速熔化。
6.根据权利要求4所述的铸铁材料的熔炼方法，所述的加铝方法其特征是在专门的坩埚炉中将铝熔化保温，待处理包中放入三分之二铁水蠕化反应平息后加入纯净铝水，再冲入三分之一铁水。
7.根据权利要求4所述的铸铁材料的熔炼方法所述热处理工艺其特征是铸铁放入热处理炉中升温至900℃保温2小时，炉冷至740℃保温小时，炉冷至600℃以下出炉。
8.根据权利要求1、4所述的铸铁材料其特征在于铸件经热处理后金相组织为蠕虫状石墨+少量球状石墨+铁素体基体。
全文摘要
本发明提供了一种用于玻璃瓶成型模具的铸铁材料，其化学组成(％)是C3.1-3.7，Si1.5-2.3，Mn0.5-0.9，P＜0.1，S＜0.07，Mg0.02-0.05，Re0.02-0.05，Al0.4-2.0，Cr0.2-0.4，Ti0.15-0.35，其余为Fe。在冲天炉中进行熔炼，经蠕化和孕育处理并经热处理后获得单相铁素体基体的蠕墨铸铁，用于酒瓶模具寿命为70-100万次，用于医药用盐水瓶模具使用寿命为50-70万次，为市售灰铸铁模具平均寿命的5-10倍。
文档编号C03B33/10GK1035325SQ8810967
公开日1989年9月6日 申请日期1988年10月20日 优先权日1988年10月20日
发明者李国安 申请人:山东省新材料研究所