專利名稱：合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于玻璃模具制造領域，具體涉及一種合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料，并且還涉及其制備方法。
背景技術：
玻璃模具是生產玻璃制品的主要裝備，其頻繁的與600°C -1100°C的高溫玻璃液接觸，承受著氧化、生長、熱交換、熱疲勞等作用，同時由于頻繁的開模合模，因此要求模具的接觸面具有優異的耐磨損性能。具體而言，要求玻璃模具內腔表面具有良好的耐高溫、耐磨性能、抗氧化性能和耐蝕性能而藉以延長使用壽命；要求玻璃模具的外圓具有優異的散熱性能，以理想地適應高速生產需求。目前玻璃模具的材料主要是以含Cr、Ni、Mo、V和Ti的D型石墨灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵或球鐵(小型模具)為主，這些材料在使用過程中普遍存在性能不穩定性例如隨著時間的延續(推移)而逐漸出現性能的衰退，影響模具使用壽命。所謂的性能衰退的表現形式主要有并不限于的以下四個方面其一，在高溫下，通常會發生氧化和生長。在700°C之前，發生基體鐵的氧化反應，而在700°C之后，石墨和基體鐵都發生急劇的氧化反應，且石墨片越粗大，氧化越嚴重。在模具的反復使用中，由于材料頻繁地通過鐵素體和奧氏體轉變區域，因此石墨頻繁地融入奧氏體，但是析出時卻不從原來融入奧氏體的區域析出，于是造成材料中存在孔洞，以及材料的生長；其二，由于石墨對鑄鐵基體組織起到非常明顯的割裂作用，并且頭部越尖銳，割裂作用越明顯，因此在交變溫度循環下，成為基體的裂紋源，影響玻璃模具的服役周期；其三，基體中殘余的初生碳化物在模具使用過程中發生石墨化轉變，分解成鐵素體和石墨，導致模具變形生長，同時在模具使用過程中，鐵素體基體容易磨損，導致鐵素體基體上殘余的硬質相的共晶碳化物容易產生剝落現象，于是在鐵素體磨損的情況下，剝落的初生大型共晶碳化物顆粒會成為磨粒磨損的顆粒，使打出(成形出)的瓶子表面出現橘皮現象，同時在晶界析出的大塊狀碳化物容易引起脆性，造成脫落，并且以雜質的形式成為材料中的顯微裂紋源，于是在較大的熱應力下會加速裂紋源的擴展，最終導致開裂；其四，高溫下晶界強度不足引起的沿晶開裂。在常溫下，晶界強度大于晶粒強度，對于比較細小的晶粒，由于晶粒細小晶界多就可以增強材料強度，從而抵抗裂紋源的產生，但是在高溫下，尤其是玻璃模具的工作溫度往往都超過材料的等強溫度，隨著溫度的提高，晶界和晶粒的強度都急劇下降，且晶界的強度下降幅度超過晶粒的強度下降幅度，當超過等強溫度時，晶界強度低于晶粒強度，意味著材料在高溫時粗大晶粒的材料強度比細小晶粒的強度高，位錯容易在晶界滑動，產生裂紋源，隨著應力的繼續擴大，裂紋源就會失穩擴展，最終導致材料的沿晶開裂。目前國內外鑄鐵玻璃模具材料主要研究方向主要在以下三個方面
根據玻璃模具的服役條件和失效分析以及實際生產的要求，對模具材料的主要要求是抗氧化、抗生長以及熱疲勞抗力等性能。A:抗氧化和抗生長性能I):鑄鐵的氧化分為基體鐵的氧化和石墨的氧化。在700°c之前，只發生基體鐵的氧化，不發生石墨的氧化，而在700°C之后，基體和石墨都要發生氧化，主要是石墨的氧化，石墨氧化后生成CO2和CO，它們將與鐵產生反應
3Fe+4C02=Fe304+4C0
3Fe+2C02=Fe304+2C
這兩個反應能夠共同促進鑄鐵的氧化，同時石墨氧化以后留下的空間，加速了氧化性氣體向鑄鐵內部的滲入，發生內部氧化。通常在玻璃模具材料中加入Cr、Si和Al來提高基體鐵的抗氧化性能。首先這些元素在鐵中有足夠的溶解度；其次Cr、Si、Al能夠先于基體鐵與氧反應產生一層足夠覆蓋表面的致密的氧化薄膜隔絕氧與鐵的接觸；再次這種合金元素的薄膜結構致密、電阻大、金屬離子和氧離子都不易通過它擴散。對于石墨的抗氧化主要是通過改變石墨形態和減少石墨數量來實現。灰鑄鐵中的石墨成片狀分布，在共晶團內連在一起、共晶團也基本連接，它成為氧進入金屬內部的通道，故氧化速速很快。由于球墨鑄鐵的石墨是孤立的，故沒有這樣的通道，氧化速度明顯下降。蠕墨鑄鐵的石墨在共晶團內連在一起，但是共晶團互不相連，故它的氧化速度介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間，且接近于后者。D型石墨鑄鐵是最近發展起來的一種新型玻璃模具材料，且以成為主流玻璃模具材料。D型石墨屬于片狀石墨的一種，它是在奧氏體樹枝晶間結晶形成，并且奧氏體發達的枝晶阻礙了其長大，奧氏體的連續性割裂了石墨片的連續性，且D型石墨與基體間的間隙比其他片狀石墨與基體間的間隙小。D型石墨組織中的初生奧氏體具有骨架結構，而共晶奧氏體又像網絡一樣把初生奧氏體的各個枝干連接在一起，提高了骨架抵抗外力的能力。再加上D型石墨細小、彎曲、端部較鈍的形狀，決定了它對基體的割裂作用小，不易引起較大的應力集中，所以D型石墨鑄鐵具有較高的強度，最重要的是D型石墨由于石墨較細小，氧化速度也較常規的A型石墨大大降低，提高了材料的抗氧化性能。D型石墨鑄鐵由于具有比A型石墨鑄鐵更高的強度，更好的抗氧化和耐磨性能，正越來越受到玻璃模具行業的重視。蠕墨鑄鐵作為單獨的一種鑄鐵材料分類也是最近幾十年的事情，由于其兼具有球墨鑄鐵的強度、抗氧化性能、一定的延伸率，又具有灰鑄鐵優良的鑄造性能，目前正越來越受到人們的賞識，已成為發動機殼體，汽車排氣管的主要材料。在玻璃模具領域，蠕墨鑄鐵也是一種新型材料，太原理工大學的張金山、許春香利用K-Na變質劑發明的玻璃模具用球墨/蠕墨復合鑄鐵，已成為玻璃模具用材料的一個典型。其成功的利用了不同形狀石墨的主要特點，既發揮了球狀石墨的抗氧化性能，又利用了蠕蟲狀石墨的散熱性能，做到了物盡其用。2):鑄鐵的生長主要是指鑄鐵在高溫下發生的由于化學冶金變化產生的體積或尺寸長大，而在冷卻后仍然保留的不可逆膨脹，通常伴隨著化學(如氧化)和冶金變化(如相變)。鑄鐵的生長過程取決于溫度、組織和化學成分。通過添加合金元素Si、Cr、Mo、Ni、V和Sn等合金元素來防止鑄鐵氧化生長，合金Si、Cr、Mo、V元素的加入能夠能夠使A3點上移，使模具在使用溫度范圍內不發生相變，同時合金元素形成的氧化膜能夠阻止氧進一步對基體發生氧化。
B:導熱性能
熱導率是表征材料傳播溫度變化能力大小的物理量。在實際的生產過程中，玻璃液滴進玻璃模具內腔的溫度大約為1100°c，冷卻到780°C以下從模具中取出。為此模具應盡快地降低到所要求的溫度，以提高生產速度、適應成型機急速的要求，因為模具傳出的熱量的能力非常重要。鑄鐵中主要起導熱作用的是石墨，石墨的導熱能力是基體的幾十倍，且片狀石墨的導熱性能大于蠕蟲狀石墨大于球狀石墨，所以為了生產出內腔抗氧化性能好的外圓散熱性能好的玻璃模具材料，研制出了梯形石墨的玻璃模具材料，主要表現為a)由內腔的球狀石墨逐漸過渡到外圓的片狀石墨，發揮玻璃模具各部分的作用；b)由內腔細密的D型石墨逐漸向外圓過渡為粗大的片狀A型石墨。其次，基體的導熱能力的優劣也關系到整體材料的導熱能力。研究表明，鐵素體基體的導熱能力大于珠光體基體的導熱能力，同時單一鐵素體基體也能夠保證材料在使用過程中不發生相變產生的不可逆的生長。目前主要通過高溫石墨化退火來獲得全鐵素體基體。C :熱疲勞性能
鑄鐵的熱疲勞性能是表征材料在熱循環條件下抵抗裂紋產生的能力。其不僅與材料的熱傳導、比熱容等熱學性質有關，而且還與材料的彈性模量、屈服強度、蠕變強度等力學性能，以及密度、幾何因素有關。在循環熱應力條件服役的情況下，材料表面熱應變最大區域常常會萌生裂紋源。裂紋源一般有幾個，在熱循環過程中，有些裂紋成為主裂紋，并最終導致最后裂紋的失穩擴展。通常在材料中加入Cr、Mo、V、Ni等合金元素，使合金元素形成單相固溶體，產生固溶強化作用，同時合金元素使層錯能降低，易形成擴展位錯，使裂紋在此難于擴展移動，從而提高材料的高溫強度，抵抗熱疲勞裂紋的萌生以及擴展，最終達到提高材料熱疲勞抗力的目的。總之，如何延長玻璃模具的使用壽命、減少對貴金屬資源的過度依賴、避免因大型塊狀初生碳化物在高溫下不穩定而分解形成的裂紋源和改善鐵素體基體在高溫環境下的強度等是目前業界致力研究的方向，下面將要介紹的技術方案便是在這種背景下產生的。

發明內容
本發明的首要任務在于提供一種有助于延長玻璃模具的使用壽命、有利于減少貴金屬元素使用、有益于減少由于大型塊狀初生碳化物因在高溫下不穩定而分解形成的裂紋源、有便于通過合金元素的固溶強化作用而藉以增強鐵素體基體在高溫環境下的強度的合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料。本發明的另一任務在于提供一種合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料的制備方法，該方法有利于通過第二相碳化物彌散分布晶界而使晶界強化并提高蠕變強度而藉以保障所述合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料的技術效果的全面體現。本發明的首要任務是這樣來完成的，一種合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料，其化學元素組成及其質量％為3. 5-3. 6%的碳，2. 9-3. 0%的硅，O. 4-0. 5%的錳，O. 4-0. 5%的鑰，〈O. 15% 的釩，〈O. 10% 的鈦，O. 3-0. 4% 的鉻，O. 4-0. 5% 的鎳，〈O. 05% 的磷，〈O. 03% 的硫，其余為鐵。本發明的另一任務是這樣來完成的，一種合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料的制備方法，包括以下步驟
A)熔煉，向熔煉爐內加入生鐵，待生鐵熔化后加入回爐料，并且控制回爐料在加入的生鐵中所占的重量百分比，待回爐料熔化后加入廢鋼，待廢鋼熔化后加入釩鐵和鑰鐵，待釩鐵和鑰鐵熔化后進行保溫，保溫結束后扒渣，扒渣后加入錳鐵、硅鐵和鉻鐵進行造渣脫氧，待鐵水溫度達到1520-1540°C時加入鈦鐵和鎳板，待鈦鐵和鎳板熔化后進行保溫，并且在保溫的同時對鐵水進行取樣分析并且調整化學元素質量％含量，而后進行蠕化處理和隨流孕育處理，得到待澆注的合金蠕墨鑄鐵熔液；
B)澆注成型，將待澆注的合金蠕墨鑄鐵熔液澆注到樹脂砂單箱無冒口鑄型中，澆注之前，在鑄型上面加蓋用于成型出玻璃模具的內腔的冷鐵泥芯并且向澆道中加入旨在進行二次孕育的孕育劑，澆注完成后靜置，靜置結束后撤去冷鐵泥芯，得到合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料。在本發明的一個具體的實施例中，步驟A)中所述的控制回爐料在加入的生鐵中所占的重量百分比是將回爐料的加入量控制為所述加入的生鐵重量的10-20%，所述的生鐵為Q12生鐵。在本發明的另一個具體的實施例中，步驟A)中所述的廢鋼為預先進行除油和除銹處理的廢鋼。在本發明的又一個具體的實施例中，步驟A)中所述的釩鐵和鑰鐵為直徑為2-6 mm的顆粒狀的釩鐵和鑰鐵；所述的鈦鐵的牌號為TiFe70。在本發明的再一個具體的實施例中，步驟A)中所述的待釩鐵和鑰鐵熔化后進行保溫的溫度為1500-1510°C，時間為5-6min ;所述的待鈦鐵熔化后進行保溫的溫度為1520-1550°C，保溫時間為 15-20min。在本發明的還有一個具體的實施例中，步驟A)中所述的調整化學元素質量％含量是將化學元素的質量％含量調整為3. 5-3. 6%的碳，2. 9-3. 0%的硅，O. 4-0. 5%的錳，
0.4-0. 5% 的鑰，〈O. 15% 的釩，〈O. 10% 的鈦，O. 3-0. 4% 的鉻，O. 4-0. 5% 的鎳，〈O. 05% 的磷，〈O. 03%的硫，其余為鐵。在本發明的更而一個具體的實施例中，步驟A)中所述的蠕化處理是指向鐵水熔液中加入蠕化劑，蠕化劑的加入量為鐵水總質量的O. 45-0. 55%，并且蠕化劑由以下重量份數的原料構成鎂3. 7-4. 3份，鑭系8. 5-9. 5份，硅43-47份，鈣I. 5-2. 5份和鋁< I. 2份；所述的隨流孕育處理是指向鐵水熔液中加入牌號為SiFe75孕育劑，該SiFe75孕育劑的顆粒直徑為1-3 mm，加入量為鐵水熔液總質量的O. 35-0. 45%。在本發明的進而一個具體的實施例中，步驟B)中所述的孕育劑為粉末狀孕育劑，加入量為所述待澆注的合金蠕墨鑄鐵熔液的總質量的O. 08-0. 12%。在本發明的又更而一個具體的實施例中，所述的粉末狀孕育劑為硅鋇孕育劑，該娃鋇孕育劑由以下按重量份數的原料構成娃55-65份、鋇4-6份、I丐O. 5-2. 5份和招
1.5-2. 5份，所述的靜置的時間為20-30min。本發明提供的技術方案由于金屬元素的選擇及質量％選擇合理，因而有利于節約貴金屬材料并且減少使用貴金屬元素的種類；由于所選擇的合金元素具有良好的固溶強化作用，因此有益于增強鐵素在高溫環境下的強度而藉以延長玻璃模具的使用壽命。提供的制備方法有益于第二相碳化物彌散分布于晶界，使晶界強化并提高蠕變強度。
具體實施例方式本發明合金元素的比例，含C量為3. 5-3.6%，因為樹脂砂單箱無冒口澆注工藝能夠提供比一般工藝獲得更高的過冷度(整個毛坯平面都受冷鐵激冷，一般工藝只激冷內腔)，產生更多的球狀石墨，影響散熱，所以通過提高C含量來獲得更多的石墨從而獲得理想的散熱性能，同時石墨的增加可以使吸收以及緩沖熱應力的作用增大，減少材料中熱應力的堆積；已有技術中錳的含量比較高(遠高于本發明的O. 4-0. 5%)，主要考慮是為了獲得高的強度以及中和生鐵中的硫元素，但是錳是一種極易偏析的元素，且本方案采用的是含P、S比較少的Q12生鐵，Mn與S結合首先會生成MnS，作為石墨形核的異質形核點，但是隨著Mn和S比例的提高，σ b會逐漸降低,但是過多的Mn會形成珠光體,穩定碳化物，對獲得全
鐵素體基體不利；Mo和Mn、Cr都是鐵素體形成元素，其溶解于鐵素體基體中，以固溶強化的方式強化鐵素體基體，使材料在高溫中有足夠的抗蠕變強度，同時控制這些元素的含量使其不易過多的形成初生碳化物、Ti都是屬于強碳化物形成元素，其形成的碳化物很穩定，它們的加入能夠使Cr、Mo、Mn固溶強化元素難以發生向碳化物轉移的再分配現象，從而保持Cr、Mo、Mn的固溶強化特性，提高鐵素體的高溫強度，同時V、Ti的加入使鐵水起變質作用，改善了晶界的狀況；Ti、V元素一方面偏聚、吸附在碳化物擇優生長的方向上，使碳化物的生長受到抑制，從而使其變得均勻、孤立；同時形成的VC、TiC在高溫中化學特性穩定，不容易分解，能夠起到第二相強化的作用，另外少量的Cr、Mo、Mn元素也會進入到V、Ti的碳化物中，形成復合型碳化物(Fe、Mo、Cr、Ti、Mn、V)7C3型碳化物,這些高熔點的碳化物彌散分布在晶界上，阻礙高溫下晶界的滑移，提高晶界上的晶粒之間的滑移抗力，從而進一步穩定強化晶界，增加材料在高溫中蠕變強度，當鐵水中含Ti量過多時，形成的碳化物會明顯增多，碳化物的導熱性很差，雖然提高材料高溫性能，但是也大大降低了材料的導熱性能，對于提高模具的綜合熱疲勞性能不利；Ni元素的加入，能夠使C和其他強碳化物形成元素之間的結合力減弱，也就相應的減少了碳化物之間金屬鍵的強度，減少碳化物的生成，并且Ni元素的加入可以改善材料的強度、耐磨性、均勻性等；Cr元素是最有效的提高材料高溫抗氧化性能的合金元素，加入的Cr元素能使共析點上移，使模具在使用溫度下不發生相變，并且Cr和Mo、Ni同時加入所起到的提高材料高溫抗氧化、強化基體的性能比單獨加入所起到的作用的總和大的多，同時Cr、Mo、Ni —起加入還能夠最大程度的使石墨形態優化，減少以往材料頭部尖銳狀石墨的出現，減少由于石墨尖端部位導致的應力集中現象。本發明優化了合金熔煉工藝，減少了自身大塊狀初生碳化物的生成，有利于凈化出爐鐵水
熔煉是生產高品質鑄鐵材料的關鍵之一，高質量的鐵水不僅要求鐵水低的S、P含量，還要求有低的含氧量，不恰當的投料順序以及時間都會導致合金元素的大量燒損，合金元素燒損形成的氧化物進入鐵水，當扒渣不干凈的時候，這些合金元素的氧化物就會成為材料中的金屬夾雜物，嚴重影響材料的使用壽命。本發明材料熔煉采用的生鐵是Q12生鐵，其不僅含C、Si比較高，同時含有比較低的S、P含量，可以減少材料中磷共晶的生存，為生產高品質的鐵水從原材料上提供了有力的保障。新型玻璃模具蠕墨鑄鐵中含有的Mn、Si、Ti、Mo、V、Cr等合金元素本身就是很好的脫氧劑，所以如何運用好這些脫氧劑，使鐵水獲得較低的含氧量、金屬氧化夾雜物是本發明的關鍵所在。當所有合金元素在同一時刻加入的時候，由于鐵水中的固溶度有限，超過其固溶極限的時候就會形成初生碳化物，隨著合金元素在鐵水中熔煉時間的增長，其形成的碳化物會由MC3形式轉化到難以分解的M7C6合金碳化物形式，并逐漸長大成大塊狀的碳化物，析出的過飽和的大塊狀碳化物在退火中很難分解，并且會引起脆性，在模具使用過程中，這種類型的碳化物極易從基體中脫落，在柔軟的鐵素體基體上進行磨粒磨損，最終導致生產出的玻璃瓶出現橘皮狀缺陷；某些碳化物脫落以后會成為材料中的夾雜物，影響材料的整體連續性，成為材料中比較薄弱的一點，在綜合應力的作用下成為裂紋的發源地。熔煉開始的時候，先在空爐中加入生鐵，然后滿功率運行，待生鐵即將全部融化的時候加入回爐料，在回爐料全部融化以后加入廢鋼(廢鋼加入之前進行除油除銹處理)，當廢鋼融化以后加入小顆粒的V鐵和Mo鐵(2-6_)，接著滿功率運行，直至全部融化，保溫一段時間，扒渣干凈，此時進行脫氧處理，依次加入Cr鐵、Mn鐵和Si鐵進行造渣脫氧處理，由于硅、錳原子與氧的親和力大于鐵原子，硅、錳原子將生鐵原子從氧化七亞鐵中還原出來，
自身被氧化形成硅、錳氧化夾雜物，形成渣被扒渣干凈，從而達到去除氧的目的；當鐵水溫度到達1520-1540°C的時候，再次扒渣干凈以后加入稱量好的70Ti鐵、鎳板，待Ti鐵、鎳板全部融化以后進行保溫過熱處理，在高溫區保溫5-6min不僅能夠把鐵水中的雜質去除干凈，同時生鐵中粗大的過共晶石墨在高溫下可以融化到結晶臨界半徑以下，消除石墨的遺傳性，只有在這樣的高溫條件下，生產的高質量的鐵水才能得到保證，所以說高溫靜置保溫是一項十分關鍵的步驟，可以減少由于粗大過共晶初生石墨導致的模具中存在的顯微縮松、蒼蠅腳等缺陷，保證了鐵水的高質量，過度的長時間保溫不僅浪費能源，同時隨著時間的延長，保溫鐵水會重新吸氧等，反而不利于鐵水質量的提高。在保溫的同時進行C/Si元素的分析以及合金元素的分析，當分析結束，成分合格以后進行蠕化處理以及隨流孕育處理。本發明對蠕化劑的品種、加入量以及進行二次孕育處理的效果如下
本發明所使用的蠕化劑是采用中國江蘇省南京寧阪特殊合金有限公司生產的牌號為CVALL0Y2# 號蠕化劑，按重量份數，Mg :3. 7-4. 3 份，RE (鑭系):8. 5-9. 5 份，Si :43-47 份，Ca :1. 5-2. 5份，Al ( I. 2%份。與已有技術相比，增加了蠕化劑中的稀土含量，并且含有的稀土元素主要從以往的低稀土低鑭蠕化劑改成了高稀土高鑭蠕化劑，經過這樣細微的調整以后，蠕化效果明顯改善。在相同的視野情況下，石墨數量增多，并且石墨尺寸呈較傾斜分布。同時稀土元素的加入，能夠使鐵水獲得較大的純凈度，稀土元素與氧的結合能力很強，其加入鐵水以后能夠獲得含氧量、以及其他雜志元素極低的高品質鐵水，從而凈化了晶界，減少了減弱晶界強度的雜質元素的偏析等缺陷，使晶界有足夠的抵抗高溫蠕變，同時稀土氧化物還能夠改善氧化物在基體的粘附能力，減少氧進入基體的通道。在澆注過程中，伴隨著O. 1%的粉末狀孕育劑進行二次孕育，經過孕育的鐵水澆注出來的毛坯，在內腔激冷層處單位面積內球狀石墨數量顯著提高，提高了毛坯內腔抗氧化能力，為玻璃模具用毛坯生產提供了高質量的鐵水；同時使用的含有鋇的孕育劑作為二次孕育使用，鋇容易偏析于晶界，改善晶界第二相(如碳化物)的分布形態和分布，以及晶界附近的區域組織，從而改善晶界的強度和塑性，提高材料的高溫強度。
實施例I :
A)熔煉，向熔煉爐(電爐)內加入牌號為Q12生鐵，生鐵熔化后加入生鐵重量的15%的回爐料，回爐料如報廢的合金蠕墨鑄鐵玻璃模具，待回爐料熔化后加入預先經過除油和除銹處理后的廢鋼，待廢鋼熔化后并且溫度升至1450-1460°C時加入顆粒狀的并且顆粒直徑為2-6 mm的釩鐵和鑰鐵，待釩鐵和鑰鐵熔化后進行保溫，保溫溫度為1500°C，保溫時間為6min，保溫結束后進行扒渣，在扒渣后依次加入錳鐵、硅鐵和鉻鐵進行造渣脫氧，即進行造渣脫氧處理，待鐵水溫度達到1520°C時加入鈦鐵和鎳板，待鈦鐵和鎳板熔化后進行保溫，保溫溫度為1520°C，保溫時間為20min，在保溫的同時取樣分析并且將鐵水的化學元素的質量百分含量調整為3. 6%的碳，2. 9%的硅，O. 4%的錳，O. 45%的鑰，O. 12%的釩，O. 08%的鈦，O. 4%的鉻，O. 5%的鎳，O. 03%的磷，O. 02%的硫，其余為鐵，而后進行蠕化處理和隨流孕育處理，蠕化處理是向鐵水中加入鐵水總質量(即鐵水總重量)的O. 5%的蠕化劑，蠕化劑由以下重量份數的原料構成鎂3. 7份，鑭系(RE) 8. 8份，硅47份，鈣2份和鋁I份，隨流孕育處理是指向熔液即向鐵水中加入鐵水總重量的O. 45%的并且牌號為SiFe75以及顆粒直徑
為1-3 mm的孕育劑，得到待澆注的合金蠕墨鑄鐵熔液，本步驟中所述的造渣脫氧處理是通過合金元素與氧的親和能力的高低來進行脫氧處理，合金元素大部分固溶到基體中，少數則進行脫氧處理形成氧化渣排出爐外，Mn、Cr和Si等合金元素與氧的親和能力都比Fe強，與氧的親和能力越強，還原能力也就越強，其中合金中與氧親和能力的大小為Ti > V> Cr> Si > Mn > Mo > Ni。由于釩鐵比較難熔，所以先行加入，鎳板價格昂貴，易于氧化最后加入。所以整個脫氧過程是首先在廢鋼融化扒渣干凈以后加入釩鐵和鑰鐵，待溫度上升至IJ 1450-1460°C左右，釩鐵和鑰鐵加入以后就會造渣脫氧，形成Mo和V的氧化渣漂浮于液面(鐵水表面)，扒渣干凈，接著再依次加入錳鐵、硅鐵和鉻鐵，同樣的方法，待其融化以后同樣會置換出原有氧化物中的氧，通過扒渣去除干凈，最后在合金完全融化以后扒渣干凈以后再加入鈦鐵和鎳板，這樣可以通過與氧的親和能力層層置換出鐵液中的氧，形成氧化渣撇除干凈，從而達到凈化鐵水，脫氧的效果，本步驟中所述的待鈦鐵熔化后進行保溫(1520°C，20min)實質上為過熱處理，通過過熱處理可以把生鐵中粗大的初生石墨打碎重新生成(SP重融成)細小的石墨，減少生鐵以及回爐料中的組織遺傳性，從而達到提高鐵水質量的要求，即提高鐵水的純凈度；
B )澆注成型，將由步驟A)得到的待澆注的合金蠕墨鑄鐵熔液澆注樹脂砂單箱無冒口鑄型中，在澆注之前，在鑄型上加蓋用于成型出玻璃模具的內腔的冷鐵泥芯并且向澆道中加入旨在進行二次孕育的孕育劑，二次孕育的孕育劑為粉末狀的硅鋇孕育劑，該硅鋇孕育劑由以下重量份數的原料構成硅65份、鋇4份、鈣2份和鋁I. 5份，其加入量為合金蠕墨鑄鐵熔液重量的O. 1%，在澆注完成后靜置20min，再撤去冷鐵泥芯即撤去冷鐵泥芯蓋板，得到合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料。本實施例中所述的樹脂砂單箱無冒口鑄型可參見由本申請人提出的“由樹脂砂單箱無冒口鑄造玻璃模具的方法”(授權公告號CN101823121B)的說明書內容。實施例2
A)熔煉，向熔煉爐(電爐)內加入牌號為Q12生鐵，生鐵熔化后加入生鐵重量的20%的回爐料，回爐料如報廢的合金蠕墨鑄鐵玻璃模具，待回爐料熔化后加入預先經過除油和除銹處理后的廢鋼，待廢鋼熔化后并且溫度升至1450-1460°C時加入顆粒狀的并且顆粒直徑為3-5 mm的釩鐵和鑰鐵，待釩鐵和鑰鐵熔化后進行保溫，保溫溫度為1510°C，保溫時間為5min,保溫結束后進行扒渣，在扒渣后依次加入錳鐵、硅鐵和鉻鐵進行造渣脫氧，即進行造渣脫氧處理，待鐵水溫度達到1550°C時加入鈦鐵和鎳板，待鈦鐵和鎳板熔化后進行保溫，保溫溫度為1550°C，保溫時間為15min，在保溫的同時取樣分析并且將鐵水的化學元素的質量百分含量調整為3. 5%的碳，3. 0%的硅，O. 45%的錳，O. 4%的鑰，O. 15%的釩，1%的鈦，
O.3%的鉻，O. 45%的鎳，O. 025%的磷，O. 01%的硫，其余為鐵，而后進行蠕化處理和隨流孕育處理，蠕化處理是向鐵水中加入鐵水總質量(即鐵水總重量)的O. 55%的蠕化劑，蠕化劑由以下重量份數的原料構成鎂4份，RE9. 5份，硅43份，鈣I. 5份和鋁I. 15份，隨流孕育處理是指向熔液即向鐵水中加入鐵水總重量的O. 35%的并且牌號為SiFe75以及顆粒直徑為1_3mm的孕育劑，得到待澆注的合金蠕墨鑄鐵熔液；
B )澆注成型，將由步驟A)得到的待澆注的合金蠕墨鑄鐵熔液澆注樹脂砂單箱無冒口鑄型中，在澆注之前，在鑄型上加蓋用于成型出玻璃模具的內腔的冷鐵泥芯并且向澆道中加
入旨在進行二次孕育的孕育劑，二次孕育的孕育劑為粉末狀的硅鋇孕育劑，該硅鋇孕育劑由以下重量份數的原料構成硅55份、鋇6份、鈣O. 5份和鋁2. 5份，其加入量為待澆注的合金蠕墨鑄鐵熔液重量的O. 08%,在澆注完成后靜置30min，再撤去冷鐵泥芯即撤去冷鐵泥芯蓋板，得到合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料。其余均同對實施例I的描述。實施例3
A)熔煉，向熔煉爐(電爐)內加入牌號為Q12生鐵，生鐵熔化后加入生鐵重量的10%的回爐料，回爐料如報廢的合金蠕墨鑄鐵玻璃模具，待回爐料熔化后加入預先經過除油和除銹處理后的廢鋼，待廢鋼熔化后并且溫度升至1450-1460°C時加入顆粒狀的并且顆粒直徑為2-6 mm的釩鐵和鑰鐵，待釩鐵和鑰鐵熔化后進行保溫，保溫溫度為1505°C，保溫時間為5. 5min,保溫結束后進行扒渣，在扒渣后依次加入錳鐵、硅鐵和鉻鐵進行造渣脫氧，即進行造渣脫氧處理，待鐵水溫度達到1535°C時加入鈦鐵和鎳板，待鈦鐵和鎳板熔化后進行保溫，保溫溫度為1535°C，保溫時間為18min，在保溫的同時取樣分析并且將鐵水的化學元素的質量百分含量調整為3. 55%的碳，2. 95%的硅，O. 5%的錳，O. 5%的鑰，O. 13%的釩，O. 09%的鈦，O. 35%的鉻，O. 4%的鎳，O. 04%的磷，O. 015%的硫，其余為鐵，而后進行蠕化處理和隨流孕育處理，蠕化處理是向鐵水中加入鐵水總質量(即鐵水總重量)的O. 45%的蠕化劑，蠕化劑由以下重量份數的原料構成鎂4. 3份，RE9份，硅45份，鈣2. 5份和鋁I. 2份，隨流孕育處理是指向熔液即向鐵水中加入鐵水總重量的O. 4%的并且牌號為SiFe75以及顆粒直徑為1-3 mm的孕育劑，得到待澆注的合金蠕墨鑄鐵熔液；
B )澆注成型，將由步驟A)得到的待澆注的合金蠕墨鑄鐵熔液澆注樹脂砂單箱無冒口鑄型中，在澆注之前，在鑄型上加蓋用于成型出玻璃模具的內腔的冷鐵泥芯并且向澆道中加入旨在進行二次孕育的孕育劑，二次孕育的孕育劑為粉末狀的硅鋇孕育劑，該硅鋇孕育劑由以下重量份數的原料構成硅60份、鋇5份、鈣2. 5份和鋁2份，其加入量為待澆注的合金蠕墨鑄鐵熔液重量的O. 12%，在澆注完成后靜置25min，再撤去冷鐵泥芯即撤去冷鐵泥芯蓋板，得到合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料。其余均同對實施例I的描述。
權利要求
1.一種合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料，其特征在于其化學元素組成及其質量％為3.5-3. 6% 的碳，2. 9-3. 0% 的硅，O. 4-0. 5% 的錳，O. 4-0. 5% 的鑰，〈O. 15% 的釩，〈O. 10% 的鈦，O.3-0. 4%的鉻，O. 4-0. 5%的鎳，〈O. 05%的磷，〈O. 03%的硫，其余為鐵。
2.一種如權利要求I所述的合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟 A)熔煉，向熔煉爐內加入生鐵，待生鐵熔化后加入回爐料，并且控制回爐料在加入的生鐵中所占的重量百分比，待回爐料熔化后加入廢鋼，待廢鋼熔化后加入釩鐵和鑰鐵，待釩鐵和鑰鐵熔化后進行保溫，保溫結束后扒渣，扒渣后加入錳鐵、硅鐵和鉻鐵進行造渣脫氧，待鐵水溫度達到1520-1540°C時加入鈦鐵和鎳板，待鈦鐵和鎳板熔化后進行保溫，并且在保溫的同時對鐵水進行取樣分析并且調整化學元素質量％含量，而后進行蠕化處理和隨流孕育處理，得到待澆注的合金蠕墨鑄鐵熔液； B)澆注成型，將待澆注的合金蠕墨鑄鐵熔液澆注到樹脂砂單箱無冒口鑄型中，澆注之前，在鑄型上面加蓋用于成型出玻璃模具的內腔的冷鐵泥芯并且向澆道中加入旨在進行二次孕育的孕育劑，澆注完成后靜置，靜置結束后撤去冷鐵泥芯，得到合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料。
3.根據權利要求2所述的合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料的制備方法，其特征在于步驟A)中所述的控制回爐料在加入的生鐵中所占的重量百分比是將回爐料的加入量控制為所述加入的生鐵重量的10-20%，所述的生鐵為Q12生鐵。
4.根據權利要求2所述的合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料的制備方法，其特征在于步驟A)中所述的廢鋼為預先進行除油和除銹處理的廢鋼。
5.根據權利要求2所述的合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料的制備方法，其特征在于步驟A)中所述的釩鐵和鑰鐵為直徑為2-6 mm的顆粒狀的釩鐵和鑰鐵；所述的鈦鐵的牌號為TiFe70。
6.根據權利要求2所述的合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料的制備方法，其特征在于步驟A)中所述的待釩鐵和鑰鐵熔化后進行保溫的溫度為1500-1510°C，時間為5-6min ;所述的待鈦鐵熔化后進行保溫的溫度為1520-1550°C，保溫時間為15-20min。
7.根據權利要求2所述的合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料的制備方法，其特征在于步驟A)中所述的調整化學元素質量％含量是將化學元素的質量％含量調整為3.5-3. 6%的碳，2.9-3. 0% 的硅，O. 4-0. 5% 的錳，O. 4-0. 5% 的鑰，〈O. 15% 的釩，〈O. 10% 的鈦，O. 3-0. 4% 的鉻，O.4-0. 5%的鎳，〈O. 05%的磷，〈O. 03%的硫，其余為鐵。
8.根據權利要求2所述的合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料的制備方法，其特征在于步驟A)中所述的蠕化處理是指向鐵水熔液中加入蠕化劑，蠕化劑的加入量為鐵水總質量的O.45-0. 55%，并且蠕化劑由以下重量份數的原料構成鎂3. 7-4. 3份，鑭系8. 5-9. 5份，硅43-47份，鈣I. 5-2. 5份和鋁< I. 2份；所述的隨流孕育處理是指向鐵水熔液中加入牌號為SiFe75孕育劑，該SiFe75孕育劑的顆粒直徑為1_3 mm，加入量為鐵水熔液總質量的O.35-0. 45%ο
9.根據權利要求2所述的合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料的制備方法，其特征在于步驟B)中所述的孕育劑為粉末狀孕育劑，加入量為所述待澆注的合金蠕墨鑄鐵熔液的總質量的O.08-0. 12%。
10.根據權利要求2所述的合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料的制備方法，其特征在于所述的粉末狀孕育劑為硅鋇孕育劑，該硅鋇孕育劑由以下按重量份數的原料構成硅55-65份、鋇4-6份、鈣O. 5-2. 5份和鋁I. 5-2. 5份，所述的靜置的時間為20_30min。
全文摘要
一種合金蠕墨鑄鐵玻璃模具材料及其制備方法，屬于玻璃模具制造領域。其化學元素組成及其質量百分數為3.5-3.6%的碳，2.9-3.0%的硅，0.4-0.5%的錳，0.4-0.5%的鉬，<0.15%的釩，<0.10%的鈦，0.3-0.4%的鉻，0.4-0.5%的鎳，<0.05%的磷，<0.03%的硫，其余為鐵。優點由于金屬元素的選擇及質量百分數選擇合理，因而有利于節約貴金屬材料并且減少使用貴金屬元素的種類；由于所選擇的合金元素具有良好的固溶強化作用，因此有益于增強鐵素在高溫環境下的強度而藉以延長玻璃模具的使用壽命；提供的制備方法有益于第二相碳化物彌散分布于晶界，使晶界強化并提高蠕變強度。
文檔編號C22C37/08GK102851568SQ20121029184
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月16日 優先權日2012年8月16日
發明者戈劍鳴 申請人:蘇州東方模具科技股份有限公司