目前D型石墨鑄鐵用作玻璃模具材料已成熱點,國內外已有許多研究,從國外進口的模具分析表明,大都采用D型石墨鑄鐵材質。通常采取加入元素鈦,采用金屬型等來獲得D型石墨。
2.2 球墨鑄鐵
同灰鑄鐵相比,球墨鑄鐵中的石墨為球狀,提高了材料的致密性,減小了石墨對基體的切割作用,孕育作用使晶粒度比灰鑄鐵小,使球墨鑄鐵的綜合性能提高。球墨鑄鐵雖然有較高的強度和韌性,并有良好的抗氧化性能,其抗熱疲勞性能也優于其它鑄鐵,但由于其石墨呈孤立的球狀,導熱性較差,使玻璃制品在模腔中不能快速冷卻,從而限制了成型速度的提高,不能適應機械化生產的要求,也限制了其在玻璃模具中的應用,故只用于制造小型玻璃模具。
2.3 蠕墨鑄鐵
由于蠕墨鑄鐵的力學性能與球墨鑄鐵相近,具有較高的導熱性、抗氧化性和抗生長能力,又有像灰鑄鐵那樣良好的鑄造性能和機械加工性能,使蠕墨鑄鐵具有良好的綜合性能,而用于制造玻璃模具材料。蠕墨鑄鐵朝著合金化方面也得到快速發展,如采用v—ri合金、Cr-Mo合金制造蠕墨鑄鐵。
2.3.1 低錫蠕墨鑄鐵
石墨形狀對鑄鐵性能的影響很大,片狀石墨的抗氧化、抗生長能力較差,而球狀石墨的導熱性較差,因此,采用蠕蟲狀石墨鑄鐵制造模具是理想的選擇,尤其以低錫蠕鐵制作玻璃模具較為合適。
2.3.2 含鋁蠕墨鑄鐵
含鋁蠕墨鑄鐵中加入最有效的抗氧化元素鋁,與銅鉻鑄鐵相比,抗氧化性提高11倍,抗生長性提高6.7倍。模具使用壽命最高達99.5萬次/模,平均壽命達到74.5萬次/模,比鉻鉬銅合金鑄鐵模具提高(2~3)倍,比普通鑄鐵模具提高(6~10)倍。
2.4 SMRl一86型合金鑄鐵
SMRI一86型合金鑄鐵經(1320~1340)℃澆注成形,鑄態硬度為(240~250)HBS,經660%×8h時效處理,硬度為(204~216)HBS。抗氧化性、抗生長及抗熱疲勞性能均優于灰鑄鐵,使用壽命比灰鐵高(1~2)倍。
2.5 合金鋼
由于對玻璃制品的質量要求越來越高,近年來開始采用合金鋼制模,合金鋼在大多數情況下比鑄鐵能更好地滿足對玻璃模具提出的性能要求。鋼的導熱性次于鑄鐵,因此使用時易出現過熱,產生黏附現象。因此必須采用強制冷卻、合理設計模具結構、用硅酮脂潤滑等方法。
玻璃模具要承受很大的壓力和很高的溫度,因此要求模具材料的強度高、熱變形小、耐熱性好,通常采用耐熱合金鋼,如3Cr2W8、5CrNiMo和1Crl7Ni2MoVRe等,在實際生產應用中取得了良好的經濟效益和社會效益。
不銹鋼是一種耐腐蝕、強度高、耐氧化及韌性好的材料,熱膨脹小,英國很早就用于制造沖頭、襯模等,美國用AISI430和AISI3 10等不銹鋼制造玻璃成型模具。
國內開發了代號為GY的高溫玻璃模具鋼。該鋼是si—Gr—Mo系預硬鋼,具有良好的冷熱疲勞性能,優異的抗氧化性能和較高的玻璃粘附溫度。該鋼的預硬硬度在35HRC左右,加工性能良好,尤其適用于制造玻璃熔化或成型溫度較高、表面質量要求高的玻璃成型模具。
2.6 鎳基合金
這類合金的耐熱性比鑄鐵好,所以用它制作的模具表面裂紋少、壽命長、生產率高,并能提高玻璃制品的光潔度,但這類材料的價格高。為了提高玻璃制品的表面光潔度或延長模具的用壽命,仍然使用這類材料制模,如用Monel—K500鎳基合金制作沖頭。常用鎳合金的成分為(%): (Wc=7.5,Wc=0.3,Wfe=5.0,Wsi=4,WB=1.2,其余均為鎳,其導熱系數約為鑄鐵的一半,鎳基合金的主要優點是模具可以鑄造成型,無須機械加工。
2.7 銅基合金
主要是鋁青銅,WAi(9.5—10.5)%,適當加入鎳、鉻、鋅等元素,主要用于高質、高速成型模具。銅基合金的導熱性很好,高速成型時仍能保證玻璃制品的質量,因此頗受人們的重視。現主要有兩類:一類含有cu、Al、zn和Ni,這類合金對提高表面光潔度最為有效。這種合金的抗氧化、導熱性、熱穩定性和熱塑性都很好,顯著改善了成型機的操作條件,這種模具的失效原因主要是機械損傷,無熱裂和氧化裂紋。另一類含cu、Al、Ni和co,不含zn,與鑄鐵相比可使成型速度提高(15~25)%,能使模具的工作面壽命延長3倍左右,模具易于修復,制品質量好,常用于制作顯像管模具,沖頭和口模等。
2.8 耐熱合金
耐熱合金主要有3G13、4G13等,一般盡量選用含鎳量較低的合金,避免導熱性太差,主要用于壓制模具。
3.模具表面強化
玻璃模具的模腔溫度可達(600~800)℃ ,模具的合模面容易發生變形,使玻璃制品的合縫線粗大,因此,模具的合縫線部位需要進行強化。主要強化方法有火焰加熱表面淬火、激光加熱表面淬火、等離子噴涂和熱噴涂等。熱噴涂,就是在模具表面噴焊一層鎳鉻合金粉末,形成具有特殊性能的表面復合材料層,以提高接觸表面的高溫耐磨性、耐高溫、抗氧化性能,既可充分發揮鑄鐵的導熱性,又能克服鑄鐵抗高溫氧化及抗機械磨損能力差的弱點,這樣就可以在不改變工件整體性能的基礎上,使模具的壽命大幅度提高。用灰鑄鐵制造的玻璃模具,熱噴涂鎳基自熔合金,可使模具壽命提高5倍以上。
4.結論
(1)鑄鐵作為制造玻璃成型模具的材料的主導地位,預計在今后相當長時間內不會發生改變,但會通過改變化學成分和組織來優化鑄鐵的性能。
(2)D型石墨鑄鐵由于比A型石墨鑄鐵具有更高的抗拉強度,更好的抗氧化性和耐磨性等優異性能,正受到玻璃模具行業的廣泛重視。
(3)GY鋼具有良好的冷熱疲勞性能,優異的抗氧化性能,優良的抗熱觸性能和較高的玻璃粘附溫度,適用于制造玻璃熔化或成型溫度較高、表面質量要求高的玻璃制品模具。
(4)提高模具材料生產的專業化水平。建議成立專門的模具材料生產廠,提高設備配套水平,提高生產水平,創建知名的模具材料品牌。
(5)提高國內模具材料供應的專業水平。目前流通領域中的經、代銷商大都為非專業的,銷售公司的經營規模停留在較低水平上,有必要建立專業的模具材料銷售公司。






