[发明专利]一种抗氧化铸铁玻璃模具材料

说明书

本发明涉及一种玻璃瓶模具材料，特别是啤酒瓶、饮料瓶、医用瓶等模具的铸铁材料。

玻璃模具是玻璃制品生产不可缺少的工艺备件，在玻璃制品成型过程中，模具频繁的与1100℃以上的溶融玻璃液接触，经受氧化、生长及热疲劳等作用。特别是在高速制瓶机上使用，更需要较高的抗氧化性、抗生长性及抗热疲劳等性能的铸铁材料。

目前国内普遍采用CrMoCu合金铸铁制作玻璃模具。该种铸铁金相组织中石墨形态成片状，片状石墨铸铁，普遍存在着在高温下易氧化，致使模具型腔表面光洁度差，且使用寿命短，一般为20-30万次/模。近几年来我国已引进了60多条双滴料行列机生产线，模具大多为进口，进口模具普遍采用NiMo和CrMo合金材料或中硅合金铸铁，价格高昂。

本发明的目的就是要解决国内模具寿命低，从而替代进口，而提供的一种适用于高温高速制瓶机的新模具材料。这种材料应具有良好的抗氧化性、抗生长性以及较好的耐磨性和导热性。且易修复，使用寿命长。

为了达到本发明的目的，设计一种铸铁成分，加入一定量的合金元素，使珠光体组织在700℃以上不分解，也不发生明显的氧化和生长。石墨形态选用D型，D型石墨呈枝晶点状，它是在奥氏体树枝晶间生长。奥氏体的连续性隔离了石墨片的连续性，且D型石墨与基体间的缝隙比片状石墨与基体间的缝隙小。石墨愈细小，铸铁的抗氧化性愈得到改善和提高。所以D型石墨铸铁具有良好的抗氧化性、抗生长性、抗热疲劳性和导热性。是一种制作玻璃模具的优良材料。通过大量的实验和试用，确定了D墨铸铁最佳成分（重量%）：

C  3.2-3.6,  Si  1.8-2.2,  Mn  0.4-0.8,

P  <0.1,S<0.1,  Cr  0.3-0.6,  Bi  0.006-0.009,

Sb  0.04-0.07,  B  0.008-0.011,  Sn  0.05-0.08,

R_E0.03-0.05,余量为铁。金相组织：基体为细片状珠光体（＞90%），石墨形态为D型石墨。

铬是本发明加入的主要合金元素。加入铬能促使珠光体基体形成及细化晶粒，提高耐磨性和改善耐热性，并增加蠕变抗力等。这是由于它在铸件表面产生一层致密的保护性氧化膜（Cr2O3），因而具有抗氧化能力，即使在较高温度下，组织也很稳定。组织的稳定性是高温铸铁的一个重要特性。但当Cr加入1.0%时，铁水的流动性降低，白口深度增大，不易加工，并出现游离碳化物，影响其性能。低于0.3%，珠光体量减少，且耐磨性降低。故选择Cr含量为0.3-0.6%。

铋是表面活性元素，可细化晶粒和石墨。加入铋，使过冷度增大，奥氏体生长速度加快，导致了细枝晶状石墨生长，即可获得细小的D型石墨。但当Bi含量＞0.009%，将出现白口组织，难以加工，含量低于0.006%，较难得到D墨组织。所以将Bi含量确定为0.006-0.009%。

锡是稳定珠光体组织的一种元素，并可增加珠光体，含量和提高耐磨性以及高温性能。它在石墨中不改变其形状，且不增加白口倾向。加入锡后，在中温范围内还具有较好的抗生长能力和良好的热稳定性。当锡含量超过0.1%时，对石墨形态影响较大，不但不能生成D墨，还会进一步使片墨长大。低于0.05%，影响珠光体的含量和稳定以及组织的细化。所以将Sn含量确定为0.05-0.08%。

锑是促成铸铁生成珠光体组织的合金元素，加入适量的锑可稳定和细化珠光体组织，并增强其耐磨性。微量的锑可获得细状珠光体组织，但加入稍过量，机械性能下降，脆性增大。含量过低，影响珠光体组织的稳定性，在高温下易产生铁素体。故确定Sb含量为0.04-0.07%。

微量的硼，对铸铁显微组织中的石墨和珠光体基体影响不大，但能使铸铁在凝固未期析出大量的共晶团，晶界呈断网状或连续网状分布的含硼碳化物相，这种含B碳化物相的显微硬度比一般Fe3C高，故能提高铸铁的耐磨性。并能使其石墨和碳化物变得非常细小，且分布均匀，截面敏感性小。当硼超过0.011%时，阻碍石墨细化，易形成白口，难以加工。低于0.008%时，其耐磨性大幅度降低。所以确定B含量为0.008-0.011%。

R_E合金的添加，可显著净化熔液和细化奥氏体晶粒，并改善其性能。R_E亦是表面活性元素，在石墨结晶过程中，会在一定程度上浓集于界面前沿的某些地区，并影响相间张力，形成过冷和界面稳定性。