微合金化D-型石墨灰鑄鐵玻璃模具組織及性能研究.pdf

1、合金灰鑄鐵在玻璃模具材料中具有最好的性價比,但實際使用的效果不盡如人意,為進一步提高模具的服役壽命,本文采用正交試驗的方法制備系列試樣,系統(tǒng)的研究了合金成分和鑄造工藝對服役壽命的影響,并模擬服役環(huán)境,探索了D-型石墨對模具高溫氧化和熱疲勞性能的影響。在上述研究的基礎上,通過選用合適的冷鐵尺寸和熱處理工藝,進一步設計和優(yōu)化了多級玻璃模具的組織,獲得更高的模具服役壽命。結果表明:在合金元素V:0.12～0.16％、Ti:0.17～0.23％

2、、合金熔煉溫度:1490～1510℃、孕育劑量:0.3～0.4％、澆注溫度:1340～1360℃條件下,材料具有最佳服役壽命；正交試驗單因素分析發(fā)現,隨V+Ti合金元素量增加,材料服役壽命先增加后減少,材料布氏硬度則持續(xù)升高；熔煉溫度也存在最佳值,溫度低了合金元素不能充分溶入合金中,溫度高了合金元素燒損量增加。因而隨熔煉溫度提高,材料服役壽命先上升后下降,布氏硬度先迅速增長,后逐漸趨緩；隨孕育劑摻入量增加材料服役壽命延長,過量后服役壽命

3、迅速縮短,布氏硬度表現無明顯變化；隨澆注溫度的升高,模具服役壽命先升高后迅速降低。高的澆注溫度會降低激冷層D型石墨的厚度,且鐵液等溫共晶凝固時間長,孕育衰退快,石墨長大傾向強。但材料的硬度無明顯變化。綜合分析服役壽命與合金成分、鑄造工藝的關系,以及聯系材料組織形貌與硬度發(fā)現,模具材料服役壽命與硬度無明顯比例關系,材料的服役壽命主要由組織石墨形態(tài)、大小、分布以及基體樹枝晶的生長無序度等結構特征決定。模擬玻璃模具服役環(huán)境試驗研究表明,材料服

4、役中抗氧化、熱疲勞性能優(yōu)劣主要取決于組織D型石墨共晶團絮大小、形態(tài)、片狀尺寸大小、團絮間交錯分布情況等；其次與組織基體的合金化也有重要關系,適當合金元素提高基體疲勞斷裂能量極限,抵御裂紋萌生與快速擴展,同時部分元素促進石墨化形核轉變,有利細化石墨。通過設計材料組織結構進行模擬服役環(huán)境測試及裝機服役壽命試驗后發(fā)現,對于工作表面瞬時溫度達850℃瓶罐初級成型模具,采用放置50mm厚度的冷鐵激冷成型,模具材料具有更佳服役壽命；對于在700℃及