铸铁玻璃模具的裂纹失效分析及材质改进研究

摘要

玻璃模具是生产玻璃器皿的关键性和易耗的部件,其质量对玻璃器皿的质量与生产成本具有重要的影响。D型石墨合金灰铸铁和蠕墨铸铁因具有良好的抗氧化性和抗热疲劳性能,广泛用于玻璃模具的制造,但随着玻璃成型机机速的提高和玻璃成分的多样化,模具在使用过程中易出现开裂和氧化,影响了玻璃生产的效率。因此,改善铸铁组织,提高其抗氧化和抗热疲劳性能,对提高我国的玻璃模具制造水平和产品质量具有重要的现实意义。
　　本文分析了铸铁玻璃模具的裂纹失效机制,研究了铸铁组织对裂纹萌生及扩展的影响规律。基于裂纹失效机制分析,开展了铸铁熔炼、孕育处理及退火工艺试验,改善D型石墨合金灰铸铁组织和性能。在该公司现有的RTM-7蠕铁玻璃模具的基础上,开发了中硅蠕铁和中硅钼蠕铁玻璃模具材料。论文取得了如下研究结果:
　　模具内腔裂纹的形成原因是由于组织中存在块状的碳化物和复合磷共晶,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。相变应力与玻璃液的摩擦应力叠加,在晶界萌生裂纹并沿枝晶晶界扩展。
　　对D型石墨合金灰铸铁,铁水在1510℃~1520℃熔炼、并静置5min以上,有利于提高铁水的冶金质量。采用0.03~0.05wt％的RE二次孕育和0.005~0.01wt%含Bi孕育剂型内孕育,模具可获得细小的D型石墨,组织的均匀性明显提高,基体组织中的碳化物和磷共晶数量显著降低。
　　将D型石墨合金灰铸铁的高温石墨化退火温度由900℃-910℃提高至930℃-960℃,增加720℃~750℃石墨化保温时间,有利于得到全铁素体基体、碳化物弥散细小的组织,退火时间较原工艺缩短12h。采用RE二次孕育、型内Bi孕育和新的退火工艺,模具组织的均匀性得到极大的改善,模具服役情况良好。
　　在蠕铁玻璃模具方面,改进了公司原有的RTM-7蠕铁模具的化学成分,将Mn含量由0.5wt%左右降至0.3wt%以下,显著减少了组织中的晶间碳化物和珠光体数量,通过强化孕育和冷铁激冷,提高了模具内腔的球化率,获得球墨→球墨+蠕墨→蠕墨的梯度石墨分布组织,提高了模具的抗氧化和抗热疲劳性能。成功开发了中硅蠕铁和中硅钼两种新型蠕铁玻璃模具材料,由于两种材料中提高了Si含量,显著提高了模具的抗氧化能力。中硅蠕铁模具退火的平均硬度为188HB,中硅钼蠕铁模具的平均硬度为208HB,增加了模具的抗磨损能力。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 玻璃模具的使用工况及其失效机制

1.3 国内外常用玻璃模具材料及其发展

1.4 提高D型石墨灰铸铁玻璃模具性能的措施

1.5 提高蠕铁玻璃模具性能的措施

1.6 本论文的研究目的及研究内容

2 D型石墨合金灰铸铁玻璃模具的裂纹失效分析

2.1模具的生产工艺

2.2内腔裂纹失效分析

2.3气眼横向裂纹分析

2.4本章小结

3 D型石墨合金灰铸铁玻璃模具材质的改进研究

3.1生产工艺改进

3.2试验结果及分析

3.3本章小结

4 新型蠕墨铸铁玻璃模具材料的开发

4.1材料成分控制与生产工艺

4.2试验结果分析

4.3型内孕育对蠕铁石墨形态及分布的影响

4.4本章小结

5 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献