金相组织对蠕墨铸铁玻璃模具使用寿命的影响.pdf
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1、现代铸铁圆园23/4收稿日期:2023-02-15修订日期:2023-07-17作者简介:徐进(1988.10),男,汉族,江苏常熟人,毕业于常州轻工职业技术学院精细化学品技术专业,助理工程师,主要从事玻璃模具铸造技术工作。金相组织对蠕墨铸铁玻璃模具使用寿命的影响徐进(苏州东方模具科技股份有限公司,江苏苏州215500)摘要:玻璃模具材料是决定玻璃模具制瓶寿命的至关重要的因素,常用的蠕墨铸铁模具上机后,在冷热交替的作用下,蠕虫状石墨受热易产生氧化剥落,产生基体间的空洞直至产生麻点氧化问题。通过改进蠕墨铸铁玻璃模具材料的内腔和外圆的石墨形态,将距离玻璃模具内腔10 mm处的石墨调整为球状石墨,石
2、墨等级达到7级,离内腔稍远的模具外圆呈粗大的蠕虫状石墨,可以使玻璃模具有良好的抗高温氧化性以及导热性能。经验证,模具内部组织改进后,模具上机后能达到5 200万以上的使用寿命,符合客户制瓶要求。关键词:蠕墨铸铁;玻璃模具;使用寿命中图分类号:TG143.49文献标志码:B文章编号:员园园猿原愿猿源缘(圆园23)园4原园园20原05Influence of Metallurgical Structure on Service Life of Vermicular Graphite Iron Glass MoldsXU Jin(Suzhou Oriental Mould Technology Co
3、.,Ltd.,Suzhou215500,China)Abstract:Glass mold material was a crucial factor in determining the life of glass mold used for glass bottle making,afterthe commonly used vermicular graphite iron molds was on the machine,under the action of alternating cold and heat,thevermicular graphite iron was easy t
4、o produce oxidation peeling,producing inter-matrix cavities until producing the pitting dotsoxidation.By changing the graphite shape in the glass mold inner cavity 10 mm depth into spherical graphite with graphitesize grade of level 7,and changing the graphite at the outer surface of the glass mold
5、into large vermicular graphite,couldmake the glass mold to have good resistance to high temperature oxidation and good thermal conductivity.It had been provedthat after the improvement of the internal structure of the mold,the mold could reach more than 52 million life after puttingthe glass mold on
6、 the machine,that met the bottle making requirements of customer.Key words:vermicular graphite iron;glass mold;working life玻璃模具是玻璃制品成型的重要装备,优异的模具材料和精良的制造工艺可以生产经久耐用的玻璃模具,因此,玻璃模具的材料在玻璃制品的生产中起到极其重要的作用。1模具性能与材料关系在模具制瓶的生产过程中,玻璃料经过冲头压入模具,经过反转装置,进入成模内腔吹制成型。在此过程中,模具与 1 100 益以上的熔融玻璃频繁地接触1,需要玻璃模具材料具有良好的抗氧化性能、
7、耐腐蚀性能、抗生长性能和抗热疲劳性能。材料性能的主要影响因素为:(1)抗氧化性能。铸铁模具在高温工作状态下,会发生氧化生长现象,当模具被氧化性气氛侵入内部,石墨被燃烧产生空洞,气体就会沿着空洞逐渐发生膨胀生长,导致材料开裂失效。(2)导热性能。熔融的玻璃滴入模具内腔的温度约为 1 000 益,冷却到 700 益左右时从模具中取出,因此需要模具具有高导热性能来满足生产要求。(3)抗热疲劳性能。模具在冷热的交替过程中,材料的强度和塑性、模具的加热(冷却)速度、金相组织的分布和石墨的形态等因素直接影响蠕墨铸铁Vermicular Graphite Iron20圆园23/4现代铸铁表1CVALLOY2
8、#蠕化剂的化学成分Tab.1Chemical composition of vermicularizingalloy CVALLOY2#wB/%元素含量Mg3.54.5Ca2.03.0RE8.39.7Si4347Al臆1.2wB/%材料的抗变形和抗裂纹能力。目前,灰铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁是玻璃模具的 3 大主流材料,其成本低、较高的导热性、铸造性能而被广泛用于玻璃模具的制造。蠕墨铸铁的石墨呈蠕虫状,介于片状石墨和球状石墨的一种中间形态石墨,蠕墨的立体形貌,与片状石墨相似,从石墨核心出发,向四面八方生长成一簇珊瑚状石墨,但比片状石墨分枝多、弯曲、厚钝2。蠕虫状石墨并不是孤立存在的,与周围的石墨
9、相互连接,彼此交叉分枝,形成类似珊瑚状的结构极其复杂的分枝聚合体,正是这种相互连接石墨簇状结构,赋予蠕墨铸铁较高的导热性3。由于蠕墨铸铁具有接近灰铸铁的导热系数和铸造性能,接近球墨铸铁的加工性能,兼具球墨铸铁和灰铸铁的抗拉强度和抗疲劳强度等良好的综合性能4,被广泛用于玻璃模具的制造。笔者以蠕墨铸铁玻璃模具为对象,研究金相组织对蠕墨铸铁玻璃模具服役寿命的影响,分析模具失效的原因,并从在改进金相组织结构方面提高模具的抗氧化能力。2原生产工艺及问题分析2.1原生产工艺玻璃模具采用单箱无冒口树脂砂造型工艺,砂型盖上冷铁,选用 500 kg 中频无芯感应电炉熔炼铁液,加料顺序为废钢、生铁、回炉料、合金元
10、素,铁液熔炼温度 1 5201 540 益,采用冲入法进行蠕化处理,出炉时,蠕化剂(CVALLOY2#)放在浇包底部堤坝一侧,加入量占铁液总量的 0.45%0.50%,蠕化剂上面覆盖 75SiFe 及少量废钢并压实,蠕化、孕育处理的反应持续 1.52.0 min,待沸腾停止,扒渣并浇注,整个浇注过程在 10 min 内完成。2.2存在的问题模具上机 1 周后,内腔瓶身出现氧化麻点(如图 1 所示),制瓶 3 000 万次左右,未能达到客户5 000 万次制瓶的要求。模具经高温退火后,检测距离玻璃模具内腔 10 mm 处的金相组织,结果显示:蠕化率 80%,石墨等级 5 级,基体为铁素体+30%
11、珠光体,金相组织照片如图 2 所示,蠕化剂(CVALLOY2#)的化学成分如表 1 所示,经检测,蠕墨铸铁玻璃模具的化学成分如表 2 所示。以200 mL 玻璃瓶模具为例,玻璃厂商机型为emhart行列机,采用双滴料工艺。图1模具内腔氧化麻点Fig.1Oxidation pitting dots in internal cavity of mold(a)石墨形态(b)基体组织图2距离玻璃模具内腔10 mm处的金相组织(存在麻点)Fig.2Metallurgical structure in 10 mm depth frominner surface of glass mold(having p
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