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特种玻璃模具材料的开发与应用

2021-08-18 来源:西宁农业机械网

特种玻璃模具材料的开发与应用

摘要:为适应高档玻璃器皿对模具材料的要求,开发出一种可替代进口模具材料的特种模具材料,介绍了该耐热不锈钢模具材料的成份和热处理工艺过程。

关键词:玻璃模具;特种玻璃模具材料;耐热模具钢

前言

改革开放以来,随着人民生活水平的提高,高档玻璃器皿已广泛进入人们的生活中,耐热玻璃餐具、微波炉玻璃盘、建筑玻璃砖及一些工艺品等需求量日益增加。而中国汽车工业的发展又带来了高档轿车车灯玻璃的需求量急剧上升,给中国传统的玻璃工业提出了更新产品的要求。

上海、重庆、淄博、宁波、鞍山等地先后从德国、韩国引进自动压制玻璃生产线,仅玻璃砖生产线国内就引进了6套。玻璃模具是生产高质量玻璃产品的关键部件。由于压制玻璃产品特殊的生产条件,对模具材料的内在质量、尺寸精度等都提出了严格的要求,给模具材质和加工制造带来了较大的难度。过去我国的玻璃模具行业尚未对高档模具材料进行系统开发,更没有形成一个稳定的毛坯材料的供应基地。

为了满足生产的需要,不得不花大量的外汇从国外进口,仅生产上述产品的十几家生产厂每年进口毛坯逾200吨。为满足国内生产需要并建立一个国产化高档模具材料基地,我们成功地开发了以1Cr17Ni2MoV为代表的特种模具材料,在实际生产应用中产生了良好的经济效益和社会效益。

2 技术要求及工艺

国内自动压制玻璃生产线是分别从意大利、德国、韩国等进口的11工位、9工位、7工位旋转压机,模具工作过程为预热—高温压制—冷却—取出玻璃成品—再预热。玻璃料滴温度为1000~1200℃。大多数都采用组合模具,要求互换性高、工作压力大。工作时模具垂直和水平截面各部位的温度和应力分布各不相同,同一部位在各瞬态的温度和应力也各不相同,因此压模失效形式不但包括裂纹、磨损、断裂,还有成形、表观、内部质量、形状和尺寸等方面。根据使用特点,模具材料要求具有稳定、均匀一致的理化性能。参考国外的材料性能和使用具体情况,确定新模具材质性能要求如表1。

由于在使用过程中模具与产品接触的工作表面不允许有缺陷,如气孔不超过0.05mm,其工作表面要求不进行镀层处理,模具机械加工过程复杂,且加工费用高,因此对毛坯的材质质量提出了严格的要求,要求材料有较高的抗氧化能力和抛光性能。为便于机加工和使用过程中再修复,因此玻璃模具材料确定为预硬型耐热耐腐蚀模具钢。

根据国外进口模具材料的金相组织结构和化学成份分析,参考德国TCL标准及DIN标准和中国GB1220-75标准,考虑到生产中的实际情况和各种性能对组织性能的影响,经过实际使用,确定模具材料的成份如表2。

铬含量为17%,与一般不锈钢相比,此钢的耐酸能力和耐热能力大大提高,抗蚀抗氧化性也得到提高,但组织上有铁氧体,会降低淬火强化效果,因此添加2%Ni,降低了自由铁氧体含量,使其恢复强化效果。

加入含Re稀土,目的在于净化钢水,改善材料的铸造性能,减少钢中夹杂物,提高铸造毛坯的成品率及自身的机械性能和热疲劳性能,加入量为2.5%,Mo可以减弱回火脆性,提高淬透性,提高高温强度。加入V可细化晶粒,降低过热敏感性。

根据使用特点,选用预硬型钢,即在保证硬度的同时,又要有良好的加工修复性。因此选用以下热处理工艺规程:

退火750~850℃

淬火1050~1080℃

回火750~850℃

该种材料毛坯工艺控制要求:

⑴保证铸造方法无大的缺陷,一般铸造毛坯缺陷、工作面上针孔及非金属类杂物等缺陷都不允许存在。

⑵确保毛坯组织的均匀一致。

⑶确保使用可靠性。

因而确定使用以下工艺:

⑴加入稀土元素,以改善铸造工艺性能。

⑵选用CO2硬化水玻璃砂,使用先自硬化再高温硬化,保证尺寸及表面光洁度。

⑶选择合适的浇注温度,即保证无晶粒粗大又保证金属流动性。

⑷采用型内气体保护,减少氧化及非金属类杂质产生。

⑸采用不同造型材料,控制铸件凝固,提高补缩,减少缺陷,同时保证铸件工作面有不小于20mm的激冷层,提高使用质量。选择适当的保温材料和激冷材料等。

3 应用情况

按以上几点确定的工艺生产出1Cr17Ni2MoV的铸造毛坯,加工制造成玻璃模具。经过在上海、重庆、河北、山东等数家玻璃生产厂自动压机上使用,与国外进口模具使用结果进行比较,性能完全满足生产技术要求。在使用寿命上优于进口材料,热物理性能与力学性能无任何差异,但抛光性能和抗热裂方面却有很大程度的提高。为我国新型玻璃器皿和汽车灯片等高档玻璃模具新材质的开发和进口压机模具配套国产化奠定了良好的基础。

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