專利名稱：雙層復合異形石墨鑄鐵模具材質的制作方法
技術領域：
本發明雙層復合異形石墨鑄鐵模具材質屬于鑄造范疇，涉及行列式制瓶機玻璃模具及其它模具類用鑄鐵材質及其生產工藝。
現有的玻璃器皿類及橡膠、塑料類模具的失效原因主要是模具材質的氧化疲勞和磨損，要提高該類模具使用壽命，對模具材料提出下列要求，要易于加工，具有龜裂傾向及變形小，抗氧化、抗生長能力強；具有高的導熱性，低的熱膨脹性，好的磨損抗力及耐腐蝕性能等。
目前國內普遍采用的模具材料是低合金鑄鐵，其主要缺點是強度低，不耐氧化，起麻點對玻璃模具合縫線易磨損變形，使用壽命短。如合金鑄鐵玻璃瓶模具使用壽命＜12萬只/模。因而造成換模頻繁與成型機的高速運轉不相適應。而Cr、Mo、Cu、V、Ti合金蠕鐵雖然使用壽命長，但成本高。
本發明的目的就是為了克服現有模具壽命低，成本高的不足。利用球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵各自特點而提供一種生產工藝簡便易行，成本低，抗熱性能良好，使用壽命高的復合異形石墨粒狀珠光體基鑄鐵模具材質。
本發明的鑄鐵模具材質化學成分(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殘0.025-0.030,P≤0.100,S≤0.025，余量為Fe。
本發明的鑄鐵模具材質的生產工藝其特征在于用沖天爐熔煉鐵水，爐后配料采用Z14生鐵，廢鋼，回爐鐵，廢鐵屑。批料配比(Wt％)為廢鋼10-15,P140生鐵3050，回爐鐵2030，廢鐵屑1530,Cr-Fe0.5-1.0,Mn-Fe0.3-0.8。待鐵水熔化后，在1380-1420℃出鐵進行蠕化處理。具體處理工藝是在出鐵之前，首先將占鐵水總量0.5％的Li、Ba、K、Na堿金屬鹽與B-Fe復合變質劑預先放入包底，把占鐵水總量0.2-0.6％的銅壓在變質劑之上，待鐵水包中已出有1/3鐵水后，將占鐵水總量1.2-1.6％，粒度為6-12mm的1#稀土在出鐵槽中隨流沖入鐵水包中，與此同時沖入占鐵水總量0.6-1.0％、粒度為4-8mm的75Si-Fe，在蠕化反應的同時，復合變質劑發揮效力對鐵水進行脫氧和變質，反應結束后靜置、拔渣、蓋草灰準備澆注。澆溫控制在1350-1380℃。將處理好的蠕墨鑄鐵鐵水澆入具有激冷芯的砂型中，待鐵水凝固成型后打箱，將鑄件毛坯進行高溫時效處理，具體工藝為以150℃/h的速度加熱至640-660℃，保溫4-6小時，隨爐冷至200℃以下空冷。
本發明雙層復合異形石墨鑄鐵模具材質是在模具鑄件毛坯生產時用潮模砂造型，當鑄件內腔工作尺寸＜150mm時用金屬芯，而鑄件內腔工作尺寸＞150mm時用砂芯表面噴涂碲粉涂料，以靠激冷芯的激冷作用，造成激冷表面與非激冷表面乃至心部金屬液冷卻速度的不同，從而使蠕墨鑄鐵鐵水凝固成型后形成靠近內工作表面深度達8-1.0mm厚石墨全部為細小球狀石墨，而外部全為蠕蟲狀石墨的雙層復合異形石墨粒狀珠光體基鑄態組織。
本發明是根據微量元素Li、Ba、K、Na增大局部過冷和促進球形石墨產生，改善材料的微觀結構和使用性能，具有強烈脫氧之功效。利用其復合鹽對液態鐵水施行變質處理，不僅使蠕鐵的蠕化范圍放寬，且使白口傾向減小，利于加工，促進模具激冷表面球形石墨的形成，使模具整體增加了抗氧化、抗生長的能力，且變形減小，使模具使用壽命成倍提高。
用變質處理后的蠕墨鑄鐵鐵水澆注試棒，所測定的常溫力學性能抗拉強度σb=405-450N/mm2，硬度HB=185-230。在750℃下經150小時高溫氧化試驗其平均氧化速度為0.12906g/m2h，長大率為0.42％，而相同條件下的銅鉻合金鑄鐵材質氧化速度為2.495g/m2h，長大率為0.82％。由此可見性能之優越。
本發明是把蠕鐵屑中混入重量比為10-20％的硅酸鹽水泥，加入重量比為10-20％的水，攪拌均勻后壓制固化成型。待固化后投爐熔化，加入量為批料量的15-30％，最大限度地回用了廢蠕鐵屑。
與現有技術相比，本發明選用低合金Cu、Cr、Mn和微量Li、Ba、K、Na、B合金元素，為使基體組織的致密化，熱物性的優越化提供了物質條件。而激冷芯的利用，尤其碲涂料的使用，可為不同大小和形狀及區域模具實現雙石墨形態，發揮材料組織性能優勢創造了有利條件。此外，廢蠕鐵屑的利用，變廢為寶，為模具成本降低，綜合經濟效益的提高，使產品在競爭激烈的市場營銷中立于不敗之地。使本項發明具有廣闊的應用前景。它不僅可用來生產玻璃模具，還可在制塑、橡膠、冶金用模具等領域推廣應用。
實施例1采用本發明雙層復合異形石墨鑄鐵模具材質生產的一組汾酒玻璃瓶模具。在祁縣玻璃器皿廠QD6型行列機上進行裝機試驗。(機速8次/模分)模具鑄造毛坯生產工藝如下采用沖天爐熔煉鐵水，爐后批料配比(Wt％)為廢鋼12.5；P14新生鐵40；回爐鐵30；廢鐵屑15；Cr-Fe0.8,Mn-Fe0.7，鐵水熔化后在1400℃時出爐進行蠕化處理。
具體工藝是在出鐵之前，首先將占鐵水重0.5％的復合變質劑置于處理包底部，其上面把占鐵水重0.5％的Cu壓在變質劑上，開始出鐵到鐵水包1/3高度時，將占鐵水量1.3％，粒度為6-12mm的1#稀土在出鐵槽隨流沖入鐵水包中，隨后將占鐵水量0.8％，粒度6-8mm的75Si-Fe也由出鐵槽沖入鐵水包中。在蠕化反應的同時，變質劑發揮效力，對鐵水產生脫氧、變質作用。反應結束稍靜置片刻扒渣，蓋草灰，得到C3.45、Si2.45、Mn0.65、Cr0.36、Cu0.68、Li0.0004、Ba0.00045、K0.001、Na0.004、B0.0006、Re殘0.025、P0.072、S0.021余量為Fe的符合化學成分要求的鐵水。其力學性能σb=438N/mm2，布氏硬度HB=216。
將鐵水澆入外壁采用砂型激冷，內壁用金屬芯激冷的鑄型中，凝固成型后打箱清理，按工藝要求進行高溫時效應力退火處理。即以150℃/h的速度加熱至650℃，保溫5小時，隨爐冷至200℃以下空冷。
按圖紙要求加工模具，將加工好的模具裝機試驗。實際生產玻璃瓶71.2萬次/模。
實施例2按例1同樣工藝生產了一組六曲香酒瓶玻璃模具，在祁縣玻璃器皿廠QD4型行列機(機速為8次/模.分)試用，壽命為72.8萬次/模。
試驗模具化學成分如下C3.65,Si2.63,Mn0.70,Cr0.38,Cu0.42,Li0.00032,Ba0.00028,K0.0013,Na0.0038,B0.0089,Re殘0.021,P0.082,S0.020余量為Fe。
試驗模具材質力學性能σb=428N/mm2,HB=206。
實施例3按例1相仿工藝，利用兩半對開式金屬型鑄造內結晶器外形，生產了一組200mm鑄管內結晶器，在太原鑄管廠雙工位連續鑄管機上裝機試驗，使用壽命1868次，為灰鑄鐵結晶器(410次)的4.5倍。
試驗模具化學成分(Wt％)為C3.80,Si2.76,Mn0.65,Cu0.46,Cr0.40,Li0.0004,K0.0028,Na0.0020,B0.0080,Re殘0.030,P0.10,S0.025余量為Fe。
試驗模具材質力學性能σb=405N/mm2,HB=195。
由以上實際實例充分證實本發明材質抗熱疲勞性能良好，使用壽命高，是一種理想的優質模具材質，具有較好的綜合經濟效益。
權利要求
1一種雙層復合異形石墨鑄鐵模具材質是利用沖天爐熔煉鐵水，其特征在于爐后配料采用Z14生鐵、廢鋼、回爐鐵、廢鐵屑，批料配比(Wt％)為廢鋼10-15,P14生鐵30-50，回爐鐵20-30，廢鐵屑15-30,Cr-Fe0.5-1.0,Mn-Fe0.3-0.8，待鐵水熔化后，在1380-1420℃出鐵進行蠕化處理，具體處理工藝是在出鐵之前，首先將占鐵水總量0.5％的Li、Ba、K、Na堿金屬鹽與B-Fe復合變質預先放入包底，把占鐵水總量0.2-0.6％的銅壓在變質劑之上，待鐵水包中已出有1/3鐵水后，將占鐵水總量1.2-1.6％，粒度為6-12mm的1#稀土在出鐵槽中隨流沖入鐵水包中，與此同時沖入占鐵水總量0.6-1.0％、粒度為4-8mm的75Si-Fe，在蠕化反應的同時，復合變質劑發揮效力對鐵水進行脫氧和變質，反應結束后靜置、扒渣、蓋草灰準備澆注，澆溫控制在1330-1360℃，將處理好的蠕墨鑄鐵鐵水澆入具有激冷芯的砂型中，待鐵水凝固成型后打箱，將鑄件毛坯進行高溫時效處理，具體工藝為以150℃/h的速度加熱至640-660℃，保溫4-6小時，隨爐冷至200℃以下空冷，其材質化學成分(Wt％)為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殘0.020-0.030,P≤0.10l,S≤0.025，余量為Fe。
2上述一種雙層復合異形石墨鑄鐵模具材質的制造工藝，在爐后配料所用的廢蠕鐵屑其特征在于廢蠕鐵屑是以壓制塊方式加入，是由配比(Wt％)為硅酸鹽水泥10-20，廢鐵屑55-70，水10-20的三種物料攪拌均勻后壓制固化成型。
3一種用上述雙層復合異形石墨鑄鐵模具材質生產模具的工藝為，是在砂型中凝固成型其特征在于模具鑄件毛坯生產時用潮模砂造型，當鑄件內腔尺寸＜150mm時依靠金屬芯，而鑄件內腔尺寸＞150mm時依靠砂芯表面噴碲粉涂料的激冷作用，使蠕墨鑄鐵鐵水凝固成型后形成靠近內工作表面深度達到8-10mm厚石墨全部為細小球狀石墨，而外部全為蠕蟲狀石墨的雙層復合異形石墨粒狀球光體基鑄鐵組織。
全文摘要
一種雙層復合異形石墨鑄鐵模具材質，其特征在于最大限度地回用廢鐵屑，對含有Cu、Cr、低合金化的蠕墨鑄鐵鐵水用少量Li、Ba、K、Na堿金屬鹽與B－Fe復合施行特殊變質處理，配合利用特種芯激冷工藝獲得模具內表面層球狀石墨，外部蠕蟲狀石墨的粒狀珠光體基雙層復合異形石墨自生復合鑄鐵材質。其力學性能抗拉強度σ
文檔編號C22C37/00GK1316538SQ0110142
公開日2001年10月10日 申請日期2001年1月12日 優先權日2001年1月12日
發明者張金山, 許春香, 許并社 申請人:太原理工大學