[发明专利]高碳当量高强度低应力玻璃模具材料及其制备方法

说明书

一种高碳当量高强度低应力玻璃模具材料及其制备方法，步骤：先向熔炼炉内加入废钢、碳化硅和增碳剂，再加入生铁，待生铁熔化后加入回炉料，待回炉料熔化后加入硅铁、锰铁、钼铁、铬铁、钒铁、电解铜、电解镍、钛铁，直至全部熔化后进行扒渣，保温过热处理，得到待浇注熔液；将待浇注熔液浇注到树脂砂单箱无冒口铸型中，浇注之前，在铸型上面加盖冷铁泥芯且向浇道中加入孕育剂，静置，撤去冷铁泥芯，得到待退火模坯；将待退火模坯投入热处理炉进行高温石墨化退火，得到毛坯；先对毛坯进行热喷涂及粗加工，而后引入退火炉进行去应力退火，得到高碳当量高强度低应力玻璃模具材料。保证了材料的强度、硬度，也使材料能够获得更低的铸造应力。

技术领域

本发明属于玻璃模具材料及其制备技术领域，涉及一种高碳当量高强度低应力玻璃模具材料，并且还涉及其制备方法。

背景技术

玻璃模具既是用于加工玻璃器皿的关键部件，同时也是易耗部件，其质量的优劣对制备玻璃器皿的品质会产生相应的影响。因D型石墨合金灰铸铁和蠕墨铸铁具有良好的抗氧化性及抗热疲劳性能而广泛用作玻璃模具材料。但是，随着玻璃器皿成型机机速的不断提高和玻璃成分的多样化，玻璃模具在使用过程中易出现开裂和氧化而对玻璃制品的生产效率产生影响，尤其是玻璃模具在早期的气眼（也称“气孔”）处的应力开裂始终是困扰玻璃模具用户的因素。因此，改善基体组织、提高基体组织抗氧化和抗热疲劳性能并且降低模具内应力分布对提高玻璃模具品质具有积极的现实意义。

目前对玻璃模具材料的探索方向大多围绕材料的强度、硬度、抗氧化等硬性物理指标，通过添加不同的合金元素来满足抗氧化、耐磨性能的要求以及通过喷涂镍基合金进一步强化模具合缝线的性能，虽然表面上提高了材料的各项物理性能，满足了模具合缝线耐磨的要求，但是不同基体材料之间不同的热膨胀系数导致了模具在使用工况下不同的热膨胀量，不同基材之间的相互挤压产生的应力又使模具在高温下发生变形从而导致变形失效。同时由于玻璃模具结构的特殊性，因而需要通过大量的机加工来实现，于是随之带来的不利因素是使模具材料内部应力的显著增加。

研究发现模具内腔即模腔气眼处横向裂纹的形成原因是由于基体组织中存在不可避免的碳化物，在反复的受热、冷却过程中碳化物的溶解和析出造成较大的相变应力，相变应力与模具自身内应力以及玻璃液的摩擦应力相叠加，在晶界萌生裂纹并在其应力总和超过其强度时沿枝晶晶界扩展导致最终开裂。因此研究如何降低模具材料的内应力、提高材料的强度、弹性模量对铸铁玻璃模具材料具有重要意义。鉴于前述的D型石墨合金灰铸铁在使用过程中由于各种应力的释放造成的开裂、变形现象十分普遍，成为造成玻璃模具有悖预期使用寿命而提前失效的主要原因。因而进一步激励了人们对如何提高玻璃模具材料强度和弹性模量并同时降低玻璃模具内应力的探索与研究。

在公开的中国专利文献中可见诸玻璃模具材料及其制备方法的技术信息，如CN102828103B推荐有“合金灰铸铁玻璃模具及其制备方法”（该专利由本申请人提出），该专利的化学元素组成及其质量%比为：碳3.35-3.55%、硅1.8-2.1%、锰0.5-0.8%、钼0.4-0.8%、钒0.1-0.16%、钛0.15-0.25%、铬0.3-0.6%、硫0.01-0.02%和磷0.03-0.04%，余为铁。由于该专利的材料为铁素体基体，因而存在材料强度低、硬度低、弹性模量低的缺点，导致材料热疲劳强度低，同时由于该专利采用低碳当量的亚共晶灰铸铁路线的技术方案，材料内在应力较大，因此该材料在目前小口压吹的大环境下，材料内在应力容易在上机后释放出来，导致开裂变形失效。