玻璃模具材料的热处理

    不同玻璃瓶种类其工作温度500℃~1000℃以上，我们在压制玻璃制品时，模具型腔内表面周期性地承受骤冷骤热。另一方面，熔融的玻璃液体对模具材料的冲刷和腐蚀作用不能忽视。在这样的工作条件下，玻璃瓶成形模的主要失效形式有：氧化(起皮、剥落、麻点)、倒棱和变形。其中，鳞状剥落是玻璃瓶成形模报废的主要形式。由此可见，影响模具使用寿命的关键因素是 模具材料的耐热性。当玻璃模具的作业温度在700℃以下时，通常选用灰铸铁作为玻璃模具材料，700~900℃时，采用合金铸铁，超过1000℃时，则采用铸造不锈钢。由于铸铁具有制造方便、容易加工、价格低廉的特点，至今仍然是玻璃瓶成型模具最广泛使用的材料。铸铁中一般都含有C、Si、Mn、P、S及其他合金元素。

     各合金元素的作用可以简述如下：铸铁中石墨的含量和形态对铸铁耐热性能有决定性的影响；硅是除碳以外对铸铁性质影响最大的元素，质量分数在低于0.35%时起石墨化的作用，也有利于生成铁素体；锰是碳化物形成元素，对材料的耐热性也起到有利的作用；磷可提高材料的耐磨性，但同时也提高了材料的脆性；硫的质量分数在不大于0.15%时，对材料性能无害，但含量较高时将使材料的脆性显著提高。

     玻璃瓶制造业最早采用普通灰铸铁HT200作为模具材料，为提高HT200灰铸铁的耐磨性，一般需要对其进行正火处理。热处理工艺规范是将灰铸铁加热到奥氏体化温度850~900℃，保温1~3h，出炉后空冷。得到的金相组织为珠光体和少量铁素体及片状的石墨组织。对于形状复杂的模具，有时还需要在550~600℃进行回火处理，以消除模具在正火时产生的内应力。

     铸铁材料的耐热性取决于材料在高温下的抗氧化性、抗生长的能力及材料的热导率，而这与基体组织及组织中的石墨形态密切相关。铸铁显微组织中片状石墨的抗氧化、抗生长能力差，而球状石墨热导率低，蠕虫状石墨的性能介于这两者之间，综合性能最好，因此，蠕墨铸铁是较为理想的模具材料。珠光体组织有助于提高铸铁材料的硬度和耐磨性。在铸铁中加入铜、铬、锡等元素，能促进珠光体的生成，提高铸铁的硬度，从而提高模具抗倒棱、抗擦伤、抗磨损的能力。加入硅、铝等元素，可以在模具表面形成致密的SiO2和Al2O3膜，从而提高模具的表面抗氧化能力。因此，为提高模具材料的使用寿命，需要向铸铁中加入少量的合金元素，并通过适当的铸造和热处理工艺来提高其性能。HT200灰铸铁的耐热性较差，模具的使用寿命低。通过加入Ni、Cr、Mo、Sn、Cu、A1等元素，可以显著改善铸铁性能。在铸造型砂中放置冷铁，使模具型腔表面激冷而形成球状石墨，而过渡层为蠕虫状石墨，使材料的耐热性和热导性很好地协调起来，得到较为理想的显微组织。低锡蠕铁是制造玻璃瓶模具的较好材料，合金铸铁模具一般也需要进行正火处理，热处理工艺规范是将合金铸铁加热到奥氏体化温度860~900℃，保温l~3h后空冷。