第一章绪论
1.1玻璃模具工业的相关文献
随着改革开放的不断深入，国外大型饮料公司纷纷在我国建厂以及我国饮料企业出口创汇的需要，使得玻璃模具工业发展滞后的矛盾日益突出，玻璃模具工业发展落后己经成为制约市场畅销的高新产品开发和企业经济效益提高的主要因素，如广东玻璃厂、烟台玻璃厂必须使用进口的玻璃模具，才可以为外资厂配套生产玻璃瓶。因而大力发展玻璃瓶模具工业迫在眉睫。各种类型的包装玻璃瓶罐、玻璃饰品等制品以及橡胶和塑料制品都是用模具成形的。生产实践己经证明:只有好的机器而没有好的模具是生产不出优质的玻璃制品。玻璃瓶罐及器皿饰品的表面质量与模具内表面的粗糙度具有密切的关系;模具的导热性能和使用寿命直接限制和影响制瓶机的速度和生产成本。目前，国内广泛使用的铸铁模具存在表面粗糙度差、使用寿命短的缺点，消耗了大量模具材料，造成人力和物力的浪费。鉴于上述原因，研制新的模具材质，提高模具的质量和使用寿命便成为发展玻璃制品业的重要环节之一。
基于玻璃器皿及饰品模具的失效原因分析，对模具材料提出下列要求:要易于加工，龟裂倾向及变形小，抗氧化、抗生长能力强;具有高的导热性，低的热膨胀性，好的磨损抗力及耐腐蚀性能等。为此在对现有材料分析的基础上，立足国内资源，本着便于生产，降低成本，提高性能的原则进行成分设计。国内外的科研院校对玻璃模具进行了深入广泛的研究，山东冶金研究所李崇礼研究员研究了D型石墨玻璃模具材料，该材料制作的模具在山东济南南定玻璃厂在1992年12月-1993年3月进行了生产考核，生产设备是美国EMHARTIO段双滴料行列式制瓶机，机速为7次/模*分，生产640ml的啤酒瓶时，寿命达到了80万次，寿命远高于其他材质的模具寿命。作为国内生产玻璃模具的标兵企业常熟市东方玻璃模具厂生产的模具远销新加坡、马来西亚及非洲各国，在玻璃模具材质的研究和试制方面走在行业的前列。2005年，东方玻璃模具厂与北京科技大学材料学院合作进行了玻璃模具用高镍D型石墨奥氏体铸铁性能的研究，通过加入20%的镍，0.2%的钦和用75SIFe孕育处理，获得了稳定的D型石墨奥氏体铸铁。对其在850℃抗氧化性能和室温耐磨性能进行试验，研究表明，与现有的D型石墨铁素体铸铁玻璃模具材质相比，抗氧化性能提高了150%，耐磨性能提高50%。因此，高镍D型石墨奥氏体铸铁是制作玻璃模具的优良材质。根据国内外研究工作者对玻璃模具材质的研究结果及工业性试验数据，不同材质的模具寿命差别较大如图1-2。
除了改变模具材质成分和工艺来提高模具寿命外，国内外的科研工作者还对采用表面改性技术提高模具寿命的工艺进行了研究。所谓表面改性技术就是利用表面强化技术在瓶模的易损部位，熔覆一层具有一定硬度的抗高温氧化的耐磨合金粉末喷熔层，这样既可充分发挥铸铁的优良导热性，又能克服铸铁抗高温氧化及抗机械磨损能力差的弱点，通过使工作表面成分变化，以形成具有特殊性能的表面复合材料层。重庆工学院的叶宏工作者进行了激光合金化处理的实验，激光加工机采用北京机床研究所生产的可三维连续运动的数控机床，用横流CO:连续波JGZ型激光器对涂覆粉末进行单次扫描，涂覆的粉末是NiCrBSi粉末，具体涂覆部位如图1-3，经过激光合金处理的模具在重庆红岩玻璃厂QD6型行列式制瓶机上进行了装机试验，发现处理过的模具使用寿命提高了10倍左。
综上所述，多年来，为了提高玻璃模具寿命，研究工作者进行了广泛的研究，并取得了多项成果，其中，通过改变材质成分及生产工艺的方法提高模具寿命是主流方向，表面改性技术由于受操作方法及生产效率的限制还未被企业所普遍采用。本文将介绍通过微合金化工艺提高模具寿命的方法，并对微合金化提高模具寿命的机理进行探讨
1.2国内外对玻璃模具材质的研究
铸铁因具有优良的铸造性能和易加工性能而被广泛用于制造玻璃模具，其作为制造玻璃成型模具材料的主导地位，预计在今后相当时期内不会发生改变，铸铁的显著特点是:易于加工，价格便宜，制造方便，其铸件就是在没有专门设备的工厂也能生产。国内外研究工作者也就玻璃模具材质采用球墨铸铁、蠕墨铸铁、合金灰铸铁等材质进行了研究。
由于二次结晶的影响，铁素体通常位于石墨球的周围，形成“牛眼”组织，通过不同的热处理手段，可很方便地调整球墨铸铁的基体组织，以满足各种服役条件的要求。值得指出的是，目前人们己能够通过各种工艺手段在铸态条件下获得铁素体或几乎全部为珠光体基体的球墨铸铁，从而去除了由于要获得铁素体或珠光体基体球墨铸铁所需的退火或正火处理，使生产周期缩短，成本下降。在通常的生产条件下，由于某些化学元素的偏析以及球墨铸铁的凝固特性等原因，在共晶团的晶界处会出现一些非正常组织，如渗碳体、磷共晶等杂质相，这些非正常组织的出现及形状分布，会严重损害球墨铸铁的优良性能，因此应该严格加以控制。
第二章玻璃模具材质性能的要求及成分设计
2.1引言
目前国内外常用的玻璃模具材质有球墨铸铁、蠕墨铸铁、合金灰铸铁和D型石墨铸铁，而企业则应该根据自己的实际情况选用适合自身特点的玻璃模具材质进行生产，作为本课题来源的发强模具有限公司，由于受企业的技术力量和生产条件所限，加之球墨铸铁和蠕墨铸铁的生产过程难以控制，因此，针对该公司所生产的模具主要供自己使用且报废模具要回收利用的特点，选择合金灰铸铁或D型石墨铸铁作为其生产玻璃模具的材质较为适宜。
2.2玻璃模具材质的主要失效形式及原因
在玻璃制品成形过程中，其模具频繁地与1100℃以上的熔融玻璃相接触，经受高温氧化、生长变形及热疲劳等多重考验，与此同时，模具的各接触面还会因与制品的摩擦而被磨损;因而导致玻璃瓶模具的主要失效形式有:氧化(起皮、剥落、麻点)倒棱和变形，鳞状剥落是玻璃瓶模具失效的主要形式，鳞状剥落是由于材质的抗热疲劳能力低所致。在高温条件下，铸铁除发生氧化起皮、疲劳裂纹等现象外，还伴随着生长现象的出现。所谓铸铁生长是指铸铁在高温下发生的由于化学冶金变化产生的体积或尺寸长大，而在冷却后仍然保留不可逆膨胀，通常伴随着化学(如氧化)和冶金化(如相变)。由于生长的存在，可能使模具尺寸发生变化而导致模具失效。
2.2.1玻璃模具材质氧化失效的原因分析
模具氧化失效的原因分析:一方面是材质的抗氧化能力低，另一方面是模具反复冷却和加热过程中，由于模具各部位温度不同造成的各部位膨胀量不同，因此产生交变内应力。应力变化最大的部位是在模具的内表面，当内表面的某些微区中的应力值超过材料在该温度下的疲劳强度极限时，便产生微裂纹，随着模具的继续使用，裂纹逐渐增多并扩展成网状而形成氧化起皮，从而导致模具失效。
第三章 实验内容及方法..................... 29-38
3.1 引言..................... 29
3.2 实验内容 .....................29-37
3.2.1 硬度实验..................... 29-31
3.2.2 金相实验..................... 31-32
3.2.3 抗氧化性实验..................... 32-34
3.2.4 抗热疲性能实验..................... 34-36
3.2.5 抗生长性能实验..................... 36-37
3.3 本章小结 .....................37-38
第四章 CrMoCu模具材质的应用..................... 38-45
4.1 引言..................... 38
4.2 实验过程..................... 38-39
4.3 实验结果与分析..................... 39-43
4.3.1 CrMoCu模具材质的耐磨性能..................... 39-40
4.3.2 CrMoCu模具材质的金相分析 .....................40-43
4.4 本章小结 .....................43-45
第五章 包内微合金化工艺对玻璃模具..................... 45-60
5.1 引言..................... 45
5.2 实验过程 .....................45-46
5.3 实验结果与分析..................... 46-59
5.4 本章小结 .....................59-60
结论
本文针对淮南发强玻璃模具公司生产的玻璃瓶模具存在使用寿命低下的质量问题，提出以CrMOCu、CrCu低合金铸铁为其生产玻璃模具的成分调控目标，并就炉前包内微合金化处理工艺提升玻璃模具材质性能的方法进行了探索研究。建立了一套评价玻璃模具材质性能的实验方法;同时，对实验过程中应考虑的问题进行了讨论。
通过对CrMOCu和CrCu玻璃瓶模具材质的包内微合金处理工艺的探索研究，分析比较了经炉前包内微合金化处理前后玻璃瓶模具材质的石墨形态、基体组织、共晶团形貌、硬度及抗氧化性能等。经研究发现:经过炉前包内微合金化处理的玻璃模具材质石墨形态明显改善，基体组织中珠光体组织数量增多且片层间距细小，共晶团组织细小且数目增多，而且促使了碳化物的形成以及提高了耐热相的稳定性，从而提高了玻璃瓶模具材质的硬度、明显改善了玻璃瓶模具材质的抗氧化性能，模具经生产试用检验，寿命大幅度提高;评价玻璃模具材质性能的实验方法主要有硬度实验、金相实验、抗氧化性能实验及抗热疲劳性能实验，其中在抗氧化性能测试的实验中应注意脱碳对实验结果的影响。
参考文献
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