多元合金化D型石墨铸铁玻璃模具的研究

摘要

玻璃模具是玻璃制品成型的重要工装，模具材料质量的好坏直接影响玻璃模具的性能和使用寿命。目前，国内广泛使用的普通灰铸铁玻璃模具材料普遍存在着表面光洁差，使用寿命短的缺点。 本文的目的是通过化学成分的控制和对工艺的调整，获得D型石墨，并对微观组织、力学性能、耐高温性能进行研究，以提高玻璃模具的使用寿命。 (1)通过对C、Si和合金元素成分的选择和控制，研究了化学成分对D型石墨铸铁微观组织的影响。结果表明：C、Si是影响D型石墨形成的主要因素，Ti、Cr、Cu有利于促进D型石墨的形成；D型石墨铸铁玻璃模具适宜的化学成分范围为：3.2～3.5％C、2.2～3.0％Si、0.2％Ti、0.54～0.89％Mn、<0.05％S、<0.1％P、0.49～0.54％Cr、0.35～0.65％Cu；当含Ti量在0.1～0.3％之间变化时，随着含Ti量的增加，D型石墨增多。在此成分范围内获得的D型石墨铸铁的力学性能为：硬度HB范围为217～285，抗拉强度MPa，范围为246～285。 (2)通过采用浇注阶梯型试样和放置冷铁方法，使铸铁获得不同的冷却速度，研究冷却速度对D型石墨铸铁微观组织的影响。结果表明：随着冷却速度的增大，石墨形态由较粗大的片状石墨逐渐变成细小的点状石墨。在厚度为30mm试样的下方放置冷铁时，在距离冷铁25mm的铸铁组织中能够获得较细小的D型石墨组织。 (3)对不同成分的D型石墨铸铁的高温抗氧化性进行了实验研究。在750℃下，将不同成分的D型石墨铸铁保温24小时，使其氧化增重，研究成分和组织对D型石墨抗氧化性能的影响。结果表明：含有Cr、Cu多元化合金的D型石墨铸铁有比普通灰铸铁高4～5倍的抗氧化性能。 (4)对不同成分的D型石墨铸铁的高温抗热疲劳性进行实验研究。在800℃下，将不同成分的D型石墨铸铁加热到800℃，保温5分钟取出后，立即在冷水中激冷5秒，如此反复循环直至出现肉眼可见的裂纹为止。根据试样表面首次出现裂纹时的循环次数，研究成分和组织对D型石墨抗热疲劳性能的影响。结果表明：含有Cr、Cu多元化合金的D型石墨铸铁有比普通灰铸铁高5～6倍的抗热疲劳性能。 (5)对试制的D型石墨铸铁玻璃模具还进行了工业性装机实验。装机实验结果表明：所研制的D型石墨铸铁玻璃模具具有良好的抗高温氧化性、抗生长变形和抗热疲劳等性能，使用寿命比普通灰铸铁增加5～6倍。

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致谢

第一章绪 论

1.1玻璃模具的概述

1.2玻璃模具的使用工况及其失效形式和失效机理

1.2.1玻璃瓶生产工艺与玻璃模具的工作环境

1.2.2玻璃模具的失效形式

1.2.3玻璃模具的氧化失效机理

1.3.3玻璃模具热疲劳失效机理

1.3现有国内外各种玻璃模具材质及其特点

1.3.1合金灰铸铁

1.3.2球墨铸铁

1.3.3蠕墨铸铁

1.3.4 D型石墨铸铁

1.3.5其它玻璃模具材料

1.4 D型石墨铸铁玻璃模具材料的研究概况

1.5存在的问题

1.6本文拟开展的工作

第二章 实验内容与方法

2.1引言

2.2 D型石墨铸铁化学成分设计

2.2.1碳、硅含量的选择

2.2.2锰含量的选择

2.2.3铬和铜含量的选择

2.2.4钛含量的选择

2.3 D型石墨铸铁的熔炼与处理

2.3.1原材料及熔炼设备

2.3.2金属液熔炼与处理

2.4试样的铸造

2.5微观组织观察和分析

2.5.1金相试样的制备

2.5.2金相组织观察

2.6力学性能实验

2.6.1硬度试验

2.6.2抗拉强度实验

2.7抗氧化性实验

2.7.1氧化试样制取

2.7.2氧化实验方法

2.8热疲劳性实验

第三章实验结果与分析

3.1化学成分对D型石墨铸铁组织的影响

3.1.1不同化学成分D型石墨铸铁的微观组织

3.1.2 Si／C比对微观组织的影响

3.1.3 Ti含量对D型石墨的影响及分析

3.2冷却速度对D型石墨铸铁微观组织的影响

3.3 D型石墨铸铁的力学性能

3.3.1不同化学成分试样的硬度和强度

3.3.2 Si／C对硬度和抗拉强度的影响

3.3 D型石墨铸铁的抗氧化性

3.3.1不同成分和组织D型石墨铸铁的抗氧化性

3.3.2 Si／C对抗氧化性的影响

3.4 D型石墨铸铁耐热疲劳性

3.4.1不同化学成分对D型石墨铸铁热疲劳性的影响

3.4.2 Si／C对热疲劳性的影响

3.5铸铁中热疲劳裂纹形成机理的分析

3.6 D型石墨铸铁玻璃模具的工业性试验

3.7本章小结

第四章全文总结

参考文献

硕士期间发表论文情况