[发明专利]铜和不锈钢双金属玻璃模具及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于模具技术领域，具体涉及一种铜和不锈钢双金属玻璃模具，并且还涉及这 种铜和不锈钢双金属玻璃模具的制备方法。

背景技术

玻璃模具是玻璃制品成型的重要工具，模具质量直接影响其使用寿命和玻璃制品的外 观和生产成本。在玻璃制品成型过程中，模具频繁地与1100℃以上的熔融玻璃接触，一般 生产玻璃器皿的机速为8次/min，而且在开模、合模的过程中，模具都会发生碰撞。因此， 玻璃模具除了应当具有良好的机械性能外，还应具有良好的抗热疲劳、抗氧化和抗生长等 性能，其中导热性能非常关键，良好的导热率会使模具内外的温度梯度降至最小，从而使 模具的寿命延长。玻璃模具的常用材料是灰铸铁和以Ni、Cr和Mo为主要合金元素的合金 铸铁，这些铸铁材料在使用过程中存在着性能上的不稳定性以及随时间的延续出现性能的 衰退，造成铸铁材料的玻璃模具使用寿命普遍较短，主要表现在：(1)在高温条件下工 作时，通常会产生氧化和生长等。石墨在高温氧化性气氛下会发生显著的氧化反应，石墨 片愈粗大、连续，石墨数量愈多，氧化性气氛愈易侵入铸件内部，氧化也愈严重；(2) 石墨对铸铁基体组织起到非常明显的割裂作用，特别是片状石墨，其割裂作用极为明显， 在交变温度条件下，石墨对铸铁基体组织的割裂作用就体现在该处，是基体组织的裂纹源， 从而使材料抵抗产生裂纹及变形的能力弱。

目前国内外玻璃模具材料的研究主要体现在四个方面：

一是通过合金化改善组织形态的方法来提高材料的性能。铸铁广泛用做模具材料始于 19世纪，由于铸铁具有优良的铸造性能、良好的加工性、成本低和热而不粘的性能，国内 外普遍都采用铸铁作为玻璃模具材料，但铸铁玻璃模具在高温条件下的抗氧化和抗生长性 能较弱。为了提高铸铁的抗氧化性能，常常加入合金元素Cr、Mo、Ni、V和Sn等元素进 行合金化。通过控制石墨的形态与分布状态提高模具材料的导热性能和热疲劳性能等，主 要体现在对石墨的形状对铸铁模具性能的影响，如D型石墨、蠕虫状石墨等。

D型石墨灰铸铁以其优异的抗氧化性能近年来赢得了人们的关注，由于D型石墨细小、 卷曲和端部较钝的形态，决定了它对基体的切割作用小，所以D型石墨铸铁具有较高的强 度，目前国内外均把D型石墨铸铁用作玻璃模具材料。从国外进口的模具分析表明，也大 都采用D型石墨铸铁材质。但D型石墨铸铁需要添加钼、镍等贵重金属，且工艺控制严 格，制造成本较高。

由于蠕墨铸铁的力学性能与球墨铸铁相近，具有较高的导热性、抗氧化性和抗生长能 力，又有像灰铸铁那样良好的铸造性能和机械加工性能，使蠕墨铸铁具有良好的综合性能， 而用于制造玻璃模具材料。国内外已在蠕墨铸铁朝着合金化方面得到了快速发展。据报道， 以铝为主要合金元素的蠕墨铸铁作为模具材料，其使用寿命可以达到74.5万次/模以上。

二是通过开发新的合金来满足使用性能上的需要，在模具的关键部件上采用合金钢、 不锈钢、铜基合金或镍基合金等，这些合金虽然有各自的性能方面的优势，但价格相对铸 铁材料来讲较高，因此应用受到一定的影响。

由于对玻璃制品的质量要求越来越高，近年来开始采用合金钢材料。合金钢在大多数 情况下比铸铁能更好地满足玻璃模具的性能要求。目前国内外已开发了多种耐热合金钢， 如3Cr2W8、5CrNiMo和1Cr17Ni2MoVRe等，在实际应用中取得了良好的经济效益和 社会效益。

不锈钢是一种耐腐蚀、强度高、耐氧化及韧性好的材料，热膨胀小，英国很早就用于 制造冲头、衬模等，美国用AISI430和AISI310等不锈钢制造玻璃成型模具。

镍基合金的耐热性比铸铁好，所以用它制作的模具表面裂纹少、寿命长、生产率高， 并能提高玻璃制品的光洁度，如采用Monel-K500等镍基合金制作冲头等，但这类材料的 价格高。

铜基合金主要用于高质、高速成型模具，其导热性很好，高速成型时仍能保证玻璃制 品的质量，因此颇受人们的重视。目前国内外主要发展了两类材料，一类含有Cu、Al、 Zn和Ni，这类合金对提高表面光洁度最为有效，其抗氧化、导热性、热稳定性和热塑性 都很好，显著改善了成型机的操作条件。另一类含Cu、Al、Ni和Co，不含Zn，与铸铁 相比可使成型速度提高15～25％，能使模具的工作面寿命延长3倍左右，模具易于修复， 制品质量好，常用于制作显像管模具、冲头和口模等。