微合金化铸铁玻璃模具及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种微合金化铸铁玻璃模具，包括以下质量百分比组分：C3.55～3.65％、Si1.85～1.95％、Mn0.50～0.55％、Cr0.05～0.10％、Ni0.05～0.10％、Mo0.50～0.55％、V0.06～0.07％、Ti0.10～0.20％、Cu0～0.10％，其余为Fe。该玻璃模具的制造方法为熔炼、孕育、浇注和退火处理，孕育剂采用75硅铁孕育剂和硅钡孕育剂作为共同孕育剂以随流孕育+包内孕育+型腔内孕育方式混合孕育。制得的微合金化铸铁玻璃模具近内腔～8mm处石墨形态为D型，石墨长度6～8级，珠光体数量<5％，无碳化物，力学性能优秀。
【专利说明】微合金化铸铁玻璃模具及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铸铁玻璃模具及其制造方法，特别是涉及一种微合金化铸铁玻璃模具及其制造方法。
【背景技术】
[0002]铸铁玻璃模具被广泛用于瓶罐类玻璃制品的生产制造中，以往普通铸铁材料金相组织具有高含量片状珠光体，如中国专利CN1101382A所公开的抗氧化铸铁玻璃模具材料，其基体为>90%的细片状珠光体，石墨形态为D型。该材料在长期冷热交替变化影响下，玻璃模具强度降低，并形成表面开裂，影响模具寿命。
[0003]随着对铸铁材料不断研究，对于灰铸铁玻璃模具的普遍要求是，模具内层需具备高抗氧化性能，模具外层则应具有优先的散热性能，基体组织以铁素体为主，珠光体含量要少基本无碳化物以防止表面开裂失效。如中国专利CN102828103B所公开的合金灰铸铁玻璃模具，涉及的灰铸铁材料中各组分质量百分比含量为3.35-3.55%的碳，1.8-2.1 %的硅，0.5-0.7% 的锰，0.4-0.8% 的钥，0.1-0.16% 的钒，0.15-0.25% 的钛，0.3-0.6% 的铬，
0.01-0.02%的硫，0.03-0.04%的磷，其余为铁。其直接去除了铜及镍元素，以此希望控制铜、镍元素对珠光体的促成作用进而减少珠光体的产生。中国专利CN103205624A中公开了铁素体基体的石墨铸铁玻璃模具，各组分质量百分比含量为3.3-3.7%的碳、2.3-2.7%的硅、0.12-0.14%的锰、< 0.1%的磷、< 0.04%的硫和< 0.05 %的镁，其余为铁，同样不含有铜及镍元素。中国专利CN102994863A公开的铸铁玻璃模具，不含铜元素，镍含量小于
0.02，采用稀土孕育剂孕育。然而镍元素有助于提升灰铸铁材料的抗氧化性，镍元素的去除虽然可减少珠光体的产生防止玻璃模具的细微开裂，但同样影响了其抗氧化性能。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种微合金化铸铁玻璃模具，并提供该玻璃模具的制造方法，使其具备优秀的抗氧化性能，防止模具表面开裂，提高使用寿命O
[0005]本发明的技术方案是这样的:一种微合金化铸铁玻璃模具，其包括以下质量百分比组分:C3.55 ~3.65%,Sil.85 ~1.95%,Mn0.50 ~0.55%,Cr0.05 ~0.10%,N1.05 ~
0.10%,Mo0.50 ~0.55%, V0.06 ~0.07%, T1.10 ~0.20%, CuO ~0.10%，其余为 Fe。
[0006]优选的，所述微合金化铸铁玻璃模具，其包括以下质量百分比组分:C3.58%、Sil.95%, Mn0.52%, Cr0.05%, N1.10%, Mo0.55%, V0.07%, T1.19%, Cu0.02%，其余为Fe。
[0007]在本发明的一个具体实施例中，所述微合金化铸铁玻璃模具近内腔O~8_处石墨形态为D型，石墨长度6~8级，珠光体数量〈5% ;近内腔8~25mm处石墨形态为A+D型，碳化物〈I%。
[0008]一种微合金化铸铁玻璃模具的制造方法，其包括如下步骤:
[0009]步骤1、按各组分质量百分比选取原料加入熔炼炉进行熔炼；
[0010]步骤2、选用75硅铁孕育剂和硅钡孕育剂作为共同孕育剂混合孕育，所述75硅铁孕育剂重量为铁水重量的0.2~0.3%,所述娃钡孕育剂重量为铁水重量的0.5~0.6% ；
[0011]步骤3、采用随流孕育+包内孕育、包内孕育+型腔内孕育或随流孕育+包内孕育+型腔内孕育三种方式中的一种进行孕育处理；
[0012]步骤4、将铁水浇注入砂型模内，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具进行退火处理。
[0013]优选的，所述步骤3中采用随流孕育+包内孕育进行孕育处理时，共同孕育剂使用的重量比为随流孕育4:包内孕育6。
[0014]优选的，所述步骤3中采用包内孕育+型腔内孕育进行孕育处理时，共同孕育剂使用的重量比为包内孕育6:型腔内孕育4。
[0015]优选的，所述步骤3中采用随流孕育+包内孕育+型腔内孕育进行孕育处理时，共同孕育剂使用的重量比为随流孕育4:包内孕育4:型腔内孕育2。
[0016]为了进一步控制碳化物数量，优选的，所述步骤I中熔炼温度为1530~1540°C，所述步骤4中浇注温度为1380~1385°C。
[0017]为了更进一步地去除材料基体组织中珠光体，使其达到几乎无碳化物，所述步骤4中退火处理为将玻璃模具加热至955°C保温8~10小时，随炉冷却至325°C后出炉空冷至常温。
[0018]本发明技术方案保留了铸铁玻璃模具材料中的镍元素以及铜元素，结合各元素占比的选择使铸铁玻璃模具在具备优秀的抗氧化性能同时与无镍、铜元素的铸铁玻璃模具同样可保证模具表面不开裂，稳定玻璃模具性能。
[0019]孕育处理时同时使用两种孕育剂以一定比例混合，并采用至少两种方式孕育处理，精确控制了熔炼温度、浇注温度及后续退火处理过程，比以往采用单一孕育剂单一方式孕育更利于基体组织细化，有效减少珠光体数量抑制碳化物生成，使玻璃模具近内腔~8mm处石墨形态为D型，石墨长度6~8级，珠光体数量〈5%，无碳化物；近内腔8~25mm处石墨形态为A+D型，碳化物〈I %。玻璃模具内腔布氏硬度达到179HBW，外圆布氏硬度为135HBW。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为微合金化铸铁玻璃模具近内腔4_处石墨形貌图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
[0022]实施例1
[0023]步骤1、按各组分质量百分比 C3.58 %、Si 1.95%, Mn0.52%, Cr0.05%,N1.10%,Mo0.55%,V0.07%, T1.19%、Cu0.02%，其余为Fe，选取原料加入熔炼炉搅拌进行熔炼得到铁水，熔炼温度为1535°C ；
[0024]步骤2、选用占铁水重量0.2%的75娃铁孕育剂和占铁水重量0.5%的娃锁孕育剂混合后作为共同孕育剂混合孕育；
[0025] 步骤3、采用随流孕育+包内孕育+型腔内孕育进行孕育处理，随流孕育时共同孕育剂投放比例为共同孕育剂总重量的40%，包内孕育时共同孕育剂投放比例为共同孕育剂总重量的40%，型腔内孕育时共同孕育剂投放比例为共同孕育剂总重量的20%。隋流孕育是指在铁水自熔炼炉引入铁水浇包时共同孕育剂随铁水流一起引入铁水浇包的孕育方式。包内孕育时指将共同孕育剂加入包内，然后冲入铁水，使其均匀熔化的孕育方式，而型腔内孕育是指浇注铁水随浇包引至浇注区域时由铁水将共同孕育剂从添加槽中带入浇注区域的孕育方式。
[0026]步骤4、将铁水浇注入砂型模内，控制浇注温度为1385°C，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具进行退火处理，玻璃模具加热至955°C保温8小时，随炉冷却至325°C后出炉空冷至常温。
[0027]所制得的微合金化铸铁玻璃模具近内腔O~8mm处石墨形态为D型，石墨长度7级，珠光体数量〈5无可见碳化物,近内腔4mm处石墨形貌如图1所示；近内腔8~25mm处石墨形态为A+D型，石墨长度为4级，珠光体数量〈10 %，碳化物〈I %。玻璃模具内腔布氏硬度达到179HBW，外圆布氏硬度为135HBW。
[0028]实施例2
[0029]步骤1、按各组分质量百分比 C3.55 %、Si 1.89%, Mn0.55%, Cr0.07%,N1.08%,Mo0.52%, V0.07%, T1.10%，其余为Fe，选取原料加入熔炼炉搅拌进行熔炼得到铁水，熔炼温度为1530°C ；
[0030]步骤2、选用占铁水重量0.3 的75娃铁孕育剂和占铁水重量0.6 的娃锁孕育剂混合后作为共同孕育剂混合孕育；
[0031]步骤3、采用随流孕育+包内孕育进行孕育处理，随流孕育时共同孕育剂投放比例为共同孕育剂总重量的40%，包内孕育时共同孕育剂投放比例为共同孕育剂总重量的60%。
[0032]步骤4、将铁水浇注入砂型模内，控制浇注温度为1385°C，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具进行退火处理，玻璃模具加热至955°C保温9小时，随炉冷却至325°C后出炉空冷至常温。
[0033]所制得的微合金化铸铁玻璃模具近内腔O~8mm处石墨形态为D型，石墨长度7级，珠光体数量〈5%，无可见碳化物；近内腔8~25mm处石墨形态为A+D型，石墨长度为4级，珠光体数量〈10%，碳化物〈1%。玻璃模具内腔布氏硬度达到170HBW，外圆布氏硬度为13M1BW。
[0034]实施例3
[0035]步骤1、按各组分质量百分比 C3.65%, Sil.85%, Mn0.50%, Cr0.1%, N1.05%,Mo0.50%、V0.06%、T1.20%、Cu0.10%，其余为Fe，选取原料加入熔炼炉搅拌进行熔炼得到铁水，熔炼温度为1540°C ；
[0036]步骤2、选用占铁水重量0.2 的75娃铁孕育剂和占铁水重量0.6 的娃锁孕育剂混合后作为共同孕育剂混合孕育；
[0037]步骤3、采用包内孕育+型腔内孕育进行孕育处理，包内孕育时共同孕育剂投放比例为共同孕育剂总重量的60%，型腔内孕育时共同孕育剂投放比例为共同孕育剂总重量的40%。
[0038]步骤4、将铁水浇注入砂型模内，控制浇注温度为1380°C，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具进行退火处理，玻璃模具加热至955°C保温10小时，随炉冷却至325°C后出炉空冷至常温。
[0039]所制得的微合金化铸铁玻璃模具近内腔O~8mm处石墨形态为D型，石墨长度7级，珠光体数量〈5%，无可见碳化物；近内腔8~25mm处石墨形态为A+D型，石墨长度为4级，珠光体数量〈10%，碳化物〈1%。玻璃模具内腔布氏硬度达到163HBW，外圆布氏硬度为139HBW。
[0040]实施例4
[0041]步骤1、按各组分质量百分比 C3.60 %、Si 1.85%, Mn0.55%, Cr0.07%,N1.05%,Mo0.50%,V0.06%, T1.15%, Cu0.07%，其余为Fe，选取原料加入熔炼炉搅拌进行熔炼得到铁水，熔炼温度为1535°C ；
[0042]步骤2、选用占铁水重量0.3 的75娃铁孕育剂和占铁水重量0.6 的娃锁孕育剂混合后作为共同孕育剂混合孕育；
[0043]步骤3、采用包内孕育+型腔内孕育进行孕育处理，包内孕育时共同孕育剂投放比例为共同孕育剂总重量的60%，型腔内孕育时共同孕育剂投放比例为共同孕育剂总重量的40%。
[0044]步骤4、将铁水浇注入砂型模内，控制浇注温度为1385°C，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具进行退火处理，玻璃模具加热至955°C保温9小时，随炉冷却至325°C后出炉空冷至常温。
[0045]所制得的微合金化铸铁玻璃模具近内腔O~8mm处石墨形态为D型，石墨长度7级，珠光体数量〈5%，无可见碳化物；近内腔8~25mm处石墨形态为A+D型，石墨长度为4级，珠光体数量〈10%，碳化物〈1%。玻璃模具内腔布氏硬度达到165HBW，外圆布氏硬度为142HBW。
【权利要求】
1.一种微合金化铸铁玻璃模具，其特征在于，包括以下质量百分比组分:C3.55~3.65%,Sil.85 ~1.95%,Mn0.50 ~0.55%,Cr0.05 ~0.10%,N1.05 ~0.10%,Mo0.50 ~0.55%, V0.06 ~0.07%, T1.10 ~0.20%, CuO ~0.10%，其余为 Fe。
2.根据权利要求1所述的微合金化铸铁玻璃模具，其特征在于，包括以下质量百分比组分:C3.55 ~3.65%,Sil.85 ~1.95%,Mn0.50 ~0.55%,Cr0.05 ~0.10%,N1.05 ~0.10%,Mo0.50 ~0.55%, V0.06 ~0.07%, T1.10 ~0.20%, CuO ~0.10%，其余为 Fe。
3.根据权利要求1或2所述的微合金化铸铁玻璃模具，其特征在于，所述微合金化铸铁玻璃模具近内腔O~8mm处石墨形态为D型，石墨长度6~8级，珠光体数量〈5% ;近内腔8~25_处石墨形态为A+D型,碳化物〈I %。
4.一种制造如权利要求1或2所述的微合金化铸铁玻璃模具的方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1、按各组分质量百分比选取原料加入熔炼炉进行熔炼； 步骤2、选用75硅铁孕育剂和硅钡孕育剂作为共同孕育剂混合孕育，所述75硅铁孕育剂重量为铁水重量的0.2~0.3%,所述娃钡孕育剂重量为铁水重量的0.5~0.6% ； 步骤3、采用随流孕育+包内孕育、包内孕育+型腔内孕育或随流孕育+包内孕育+型腔内孕育三种方式中的一种进行孕育处理； 步骤4、将铁水浇注入砂型模内，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具进行退火处理。
5.根据权利要求4所述的制造微合金化铸铁玻璃模具的方法，其特征在于，所述步骤3中采用随流孕育+包内孕育进行孕育处理时，共同孕育剂使用的重量比为随流孕育4:包内孕育6。
6.根据权利要求4所述的制造微合金化铸铁玻璃模具的方法，其特征在于，所述步骤3中采用包内孕育+型腔内孕育进行孕育处理时，共同孕育剂使用的重量比为包内孕育6:型腔内孕育4。
7.根据权利要求4所述的制造微合金化铸铁玻璃模具的方法，其特征在于，所述步骤3中采用随流孕育+包内孕育+型腔内孕育进行孕育处理时，共同孕育剂使用的重量比为随流孕育4:包内孕育4:型腔内孕育2。
8.根据权利要求4所述的制造微合金化铸铁玻璃模具的方法，其特征在于，所述步骤I中熔炼温度为1530~1540°C，所述步骤4中浇注温度为1380~1385°C。
9.根据权利要求4所述的制造微合金化铸铁玻璃模具的方法，其特征在于，所述步骤4中退火处理为将玻璃模具加热至955°C保温8~10小时，随炉冷却至325°C后出炉空冷至常温。
【文档编号】C21C1/08GK104131215SQ201410332286
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】滕元国, 赵兰英 申请人:常熟市精工模具制造有限公司