專利名稱：用于玻璃瓶成型模具的鑄鐵材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及合金鑄鐵材料，具體地說是用于玻璃瓶成型模具的鑄鐵材料。
日常生活中所見到的飲料瓶、醫藥用瓶、罐頭瓶、化妝品瓶等，多數用玻璃制造，制造這些玻璃瓶子通常是將熔融的玻璃在制瓶機上吹制成型。制瓶機所用的玻璃瓶模具，國內外大部分采用灰口鑄鐵制造，其中部分加有鎳、鉻、鉬、銅等合金元素，這類模具的平均使用壽命為10-15萬次，例如廣州玻璃模具廠產的合金鑄鐵酒瓶模具成份(%)為C2.9-3.2，Si2.0-2.2，Mn0.6-0.9，Cr0.25-0.4，Cu1.0，使用壽命為10-12萬次(見山東機械設計院玻璃模具鑒定技術報告，1986)，蘇聯《鑄造生產》(Литейн.прои3-во，-1987，(5)，-31)雜志1987年第5期第31頁“利用蠕墨鑄鐵作玻璃模具的經驗”一文中，介紹了利用鐵素體基體的含鉬蠕墨鑄鐵生產高壓絕緣子的玻璃絕緣零件模具使用壽命為七天。造成這些模具使用壽命不高的原因主要是材料的抗氧化性能和抗變形能力差。提高模具的使用壽命對于提高產品質量和生產效率、降低生產成本是一個關鍵的問題。
本發明的目的是提供一種抗高溫氧化和抗變形能力強的合金鑄鐵材料用于玻璃瓶模具，并且能夠用一般的冶煉設備-沖天爐熔制。
本發明的鑄鐵材料其化學組成(%)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，其余為Fe。
為了實現上述化學組成，爐后配料采用L08、P08或Z14，牌號的生鐵與適量的廢鋼和鉻鐵組成。例如使用約85%的上述牌號的生鐵，加入約15%的廢鋼和0.65%的鉻鐵，就能夠保證C、Mn、P、SCr諸元素的含量在所需要的范圍內，同時也能保證在加入了孕育劑之后滿足Si的含量要求。當然精確的生鐵、廢鋼比例應按生鐵廢鋼的實際含碳量計算確定。P、S為雜質。
蠕化劑、孕育劑和鋁、鈦是在爐前加入的，蠕化劑由相等量的稀士鎂RMg7-9和一號稀士硅鐵組成，加入總量為處理鐵水量的1.0-1.4%，孕育劑為硅鐵，加入量為處理鐵水量的0.2%。將鋁破碎成約2cm見方的碎塊作為加鋁用，鈦鐵破碎成約3mm直徑的碎塊作為加鈦用。
本發明的鑄鐵材料其熔煉方法是將爐后配料置于沖天爐中，熔煉成鐵水，蠕化處理在處理包中進行，處理包包底有矮墻將包底一分為二，蠕化劑放入鐵水不直接沖到的一側，下放稀土鎂，上放稀土硅鐵、搗實、覆蓋稻草灰;在另一側放鋁塊，鈦鐵粒放在出鐵槽中沖入包中。出鐵時先出每包處理量的三分之二，這時因鎂的化學反映使鐵水沸騰同時加速稀土硅鐵的溶化，待反映平息后再沖入三分之一的鐵水，稍事攪拌，將渣扒凈。孕育劑硅鐵予先放入澆注包中，將處理包中的鐵水注入澆注包中(抬包或端包)進行澆注、澆注時注意擋好渣。
如果所用沖天爐的爐溫較低，還可采用另一種加鋁的方法，即在爐前地上用耐火磚壘一小焦碳坩堝爐，用小鼓風機吹風，將鋁放入石墨坩堝中加溫熔化、保溫，待處理包中放入三分之二鐵水蠕化反映平息后，扒渣，倒入純凈鋁水，再沖入三分之一鐵水，稍事攪拌，擋渣澆注。其他合金加入方法均與上述相同。
整個澆注過程要迅速，以減少鐵水降溫，鑄型中的冷芯鐵要注意充分予熱，澆鑄前置于鑄型中，以避免冷隔。
澆注成型的玻璃瓶模具鑄件按如下工藝進行熱處理鑄件放入熱處理爐中升溫至900℃保溫2小時，爐冷至740℃保溫1小時，爐冷至600℃以下出爐。鑄件經熱處理后其金相組織為＞80%蠕蟲狀石墨+＜20%球狀石墨+鐵素體基體。
本發明的玻璃瓶成型模具鑄鐵材料在750℃下經150小時高溫氧化試驗其平均氧化速度為0.1906g/h·m2，而相同條件下國內現應用較多的銅鉻灰鑄鐵玻璃模具材料氧化速度為2.51g/h·m2，二者氧化速度為1∶13，此外本發明的鑄鐵材料其機械性比灰鑄鐵高，σw＝60-80kg/mm2，σb＝30-40kg/mm2，硬度HB150-190。
本發明的玻璃瓶模具鑄鐵材料其特點是(一)、用鋁、鉻、鈦為合金元素制成合金蠕墨鑄鐵做為玻璃模具材料。未使用鎳、銅等稀缺昂貴的金屬。(二)、在一般的含石墨鑄鐵包括蠕墨鑄生產中，多采用普通鑄造生鐵為原料，其中含有相當數量的硅，再加上蠕化劑、孕育劑中均含有40%上下的硅，致使鑄鐵的終硅量較高，硅高會降低蠕鐵的蠕化率，使蠕墨鑄鐵中產生較多的球狀石墨，還會對韌性帶來不利影響。本發明的鑄鐵材料，采用含硅很低的P08、L08或Z14等生鐵作為主要原料，這些原料價格便宜，易于購得，同時使得鑄鐵的終硅含量可保持在1.5-2.3%這一較低的范圍內;(三)本發明的鑄鐵材料經熱處理后獲得單相鐵素體基體組織;(四)、由于采取了在爐前加入合金的措施和配方的合理化使得這一鑄鐵材料可以在多數工廠具備的沖天爐中熔煉。
本發明的玻璃瓶模具鑄鐵材料主要優點是(一)加入鋁后有效地提高了鑄鐵的抗氧化性能和抗生長性能。能夠明顯地提高材料的抗氧化、抗生長性能的合金元素只有鋁，鉻、硅，但是鉻強烈促進鑄鐵的白口化傾向，使材料硬、脆而難于加工，在玻璃模具材料中只可在有限的小數量范圍中應用，對提高材料的機械性能有一定作用，而對提高抗氧化性能不起主要作用。硅抗氧化的作用比之鋁、鉻低，而且加多了會使鑄鐵的基體明顯脆化。鋁加入鑄鐵后能在鑄鐵表面形成致密牢固的氧化膜，提高材料的抗氧化性能，又不帶來上述危害。鈦使組織細化，也有助于提高材料的抗氧化性能。采用蠕墨鑄鐵這一形式也比普通灰鑄鐵明顯提高了抗氧化性能。
(二)、鋁、鈦均為反球化元素，根據本發明的研究結果，制作蠕鐵時鋁鈦的加入明顯拓寬了原來狹窄的蠕化劑的用量范圍。蠕鐵生產目前國內外公認的困難是蠕化效果不穩定、難于掌握、成品率低。這是因為能夠形成蠕墨鑄鐵的蠕化劑的加入量范圍很窄，極易因鐵水量稍多或稍少而使蠕化處理失敗。加入鋁、鈦既有上述優良作用，又明顯地拓寬了蠕化劑加入量的范圍，使得蠕鐵生產變得容易掌握，效果穩定，基本上爐爐成功。
(三)、鋁加入鑄鐵后明顯地擴大了α相區，促進鐵素體的形成，配合適當的熱處理工藝，能穩定地得到單相鐵素體。這種單相組織在玻璃模具的使用溫度范圍內十分穩定，不再發生相變，這就有效地控制了模具的變形。而目前使用的玻璃瓶模具鑄鐵材料均為珠光體基體，使用過程中，由于較高溫度下珠光體中的滲碳體部分地轉變為鐵素體和石墨，并有珠光體粒化現象發生，由于不同相間比容的變化將產生內應力，促使模具材料的變形，甚至形成微裂紋。
(四)、因為鋁能促進鑄鐵中碳的石墨化和基體的鐵素體化，因而使材料的硬度降低，更便于機械加工。
(五)、鑄鐵中加入鈦后，形成Ti(CN)硬質點彌散分布，提高了材料的耐磨性。
(六)、本發明的玻璃模具鑄鐵材料，用于酒瓶模具壽命為70-100萬次，用于醫藥用鹽水瓶模具使用壽命為50-70萬次，為市售灰鑄鐵模具平均壽命的5-10倍。
實施例一化學組成(%)為C3.3，Si2.1，Mn0.7，P0.07，S0.05，Mg0.03，Re0.03，Al1.3，Cr0.3Ti0.25的蠕墨鑄鐵，用于藥用玻璃瓶模具，使用壽命為50萬次。
實施例二化學組成為(%)C3.6，Si2.2，Mn0.6，P0.08，S0.05，Mg0.05，Re0.04，Al1.6，Cr0.4Ti0.3的蠕墨鑄鐵制作的啤酒瓶模具使用壽命為70萬次。
權利要求
1.基體為鐵素體的合金蠕墨鑄鐵材料用于玻璃瓶成型模具，其特征在于鑄鐵材料的化學組成(%)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其余為Fe。
2.根據權利要求1所述的鑄鐵材料其特征是所述的C、Mn、P、S、Cr諸元素的含量由爐后配料L08、P08或Z14生鐵廢鋼和鉻鐵的配比予以保證。
3.根據權利要求1所述的鑄鐵材料其特征是所述的Al和Ti是在爐前加入的。
4.用于玻璃瓶成型模具的鑄鐵材料的熔煉方法其特征在于用沖天爐進行熔煉，在處理包中進行蠕化處理同時加入鋁和鈦，鑄件進行熱處理。
5.根據權利要求4所述的鑄鐵材料的熔煉方法所述的蠕化處理方法其特征在于處理包包底有矮墻將包底一分為二，蠕化劑放入鐵水沖不到的一側，下放稀土鎂，上放稀土硅鐵，搗實，覆蓋稻草灰，在另一側放鋁塊，出鐵時先出每包處理量的三分之二，待反應平息后再沖入三分之一的鐵水。鐵水直接沖到鋁塊上使其迅速熔化。
6.根據權利要求4所述的鑄鐵材料的熔煉方法，所述的加鋁方法其特征是在專門的坩堝爐中將鋁熔化保溫，待處理包中放入三分之二鐵水蠕化反應平息后加入純凈鋁水，再沖入三分之一鐵水。
7.根據權利要求4所述的鑄鐵材料的熔煉方法所述熱處理工藝其特征是鑄鐵放入熱處理爐中升溫至900℃保溫2小時，爐冷至740℃保溫小時，爐冷至600℃以下出爐。
8.根據權利要求1、4所述的鑄鐵材料其特征在于鑄件經熱處理后金相組織為蠕蟲狀石墨+少量球狀石墨+鐵素體基體。
全文摘要
本發明提供了一種用于玻璃瓶成型模具的鑄鐵材料，其化學組成(％)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，其余為Fe。在沖天爐中進行熔煉，經蠕化和孕育處理并經熱處理后獲得單相鐵素體基體的蠕墨鑄鐵，用于酒瓶模具壽命為70-100萬次，用于醫藥用鹽水瓶模具使用壽命為50-70萬次，為市售灰鑄鐵模具平均壽命的5-10倍。
文檔編號C03B33/10GK1035325SQ8810967
公開日1989年9月6日 申請日期1988年10月20日 優先權日1988年10月20日
發明者李國安 申請人:山東省新材料研究所