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玻璃模具是玻璃制品成型的重要工裝，模具材料質量的好壞直接影響玻璃模具的性能和使用壽命。目前，國內廣泛使用的普通灰鑄鐵玻璃模具材料普遍存在著表面光潔差，使用壽命短的缺點。 本文的目的是通過化學成分的控制和對工藝的調整，獲得D型石墨，并對觀組織、力學性能、耐高溫性能進行研究，以提高玻璃模具的使用壽命。(1)通過對C、Si和合金元素成分的選擇和控制，研究了化學成分對D型石墨鑄鐵觀組織的影響。結果表明：C、Si是影響D型石墨形成的主要因素，Ti、Cr、Cu有利于促進D型石墨的形成；D型石墨鑄鐵玻璃模具適宜的化學成分范圍為：3.2～3.5％C、2.2～3.0％Si、0.2％Ti、0.54～0.89％Mn、<0.05％S、<0.1％P、0.49～0.54％Cr、0.35～0.65％Cu；當含Ti量在0.1～0.3％之間變化時，隨著含Ti量的增加，D型石墨增多。在此成分范圍內獲得的D型石墨鑄鐵的力學性能為：硬度HB范圍為217～285，抗拉強度MPa，范圍為246～285。 (2)通過采用澆注階梯型試樣和放置冷鐵方法，使鑄鐵獲得不同的冷卻速度，研究冷卻速度對D型石墨鑄鐵觀組織的影響。

結果表明：隨著冷卻速度的增大，石墨形態由較粗大的片狀石墨逐漸變成細小的點狀石墨。在厚度為30mm試樣的下方放置冷鐵時，在距離冷鐵25mm的鑄鐵組織中能夠獲得較細小的D型石墨組織。 (3)對不同成分的D型石墨鑄鐵的高溫抗氧化性進行了實驗研究。在750℃下，將不同成分的D型石墨鑄鐵保溫24小時，使其氧化增重，研究成分和組織對D型石墨抗氧化性能的影響。結果表明：含有Cr、Cu多元化合金的D型石墨鑄鐵有比普通灰鑄鐵高4～5倍的抗氧化性能。 (4)對不同成分的D型石墨鑄鐵的高溫抗熱疲勞性進行實驗研究。在800℃下，將不同成分的D型石墨鑄鐵加熱到800℃，保溫5分鐘取出后，立即在冷水中激冷5秒，如此反復循環直至出現肉眼可見的裂紋為止。



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在耐熱球墨鑄鐵方面，除了中硅球墨鑄鐵以外，系統研究了Si+Al總量對稀土鎂球墨鑄鐵抗生長能力的影響。中國研制的RQTAL5Si5耐熱鑄鐵用作耐熱爐條的使用壽命是灰鑄鐵的3倍，是普通耐熱鑄鐵的2倍，并與日本Cr25Ni13Si2耐熱鋼的使用壽命相當。高鎳奧氏體球墨鑄鐵方面也取得了進展，它在石油開采機械、化工設備、工業用爐器件上均取得了成功的應用。在耐酸球墨鑄鐵方面，中國生產的稀土高硅球墨鑄鐵比普通高硅鑄鐵的組織細小、均勻、致密，由此，抗蝕性能提高了10%～90%，并且其機械強度也有顯著改善。稀土在球墨鑄鐵中的作用。稀土能使石墨球化。自從H.Morrogh先使用鈰得到球墨鑄鐵以來，先后許多人研究了各種稀土元素的球化行為，發現鈰是有效的球化元素，其他元素也均具有程度不等的球化能力。結合國情，中國對稀土的球化作用進行了大量研制工作，發現稀土元素對常用的球墨鑄鐵成分（C3.6～3.8wt%，Si2.0～2.5wt%）來說，很難獲得同鎂球墨鑄鐵那樣完整均勻的球狀石墨；而且，當稀土量過高時，還會出現各種變態形的石墨，白口傾向也增大，但是，如果是高碳過共晶成分（C＞4.0wt%），稀土殘留量為0.12～0.15wt%時，可獲得良好的球墨.



耐熱球墨鑄鐵材料由于具有良好的力學性能、耐熱性能及高溫下抗氧化、抗疲勞性能等特點,正逐步取代某些鋼來制造耐熱模具,獲得了越來越廣泛的應用。本文研究了耐熱球墨鑄鐵模具材料的耐熱性能、抗高溫氧化性能、抗疲勞性能及耐磨性能,為其在代替傳統鑄鍛鋼生產沖壓件模具等方面提供了重要的理論和實踐依據。 采用正交實驗法優化了材料中合金元素Si、Mn、Cr的佳配比;利用光學顯鏡觀察了球墨鑄鐵的金相組織;利用HB-3000型布氏硬度計測量了球墨鑄鐵的硬度;通過CSS-44000型電子試驗機對材料的拉伸性能進行了表征;采用氧化增重法衡量了材料的抗高溫氧化性能;觀察熱疲勞裂紋的SEM照片分析了材料的抗熱疲勞性能;使用MG-2000型摩擦磨損試驗機,考察了干摩擦條件下材料的摩擦磨損性能,綜合分析了合金元素的添加比例、施加載荷、磨損時間對材料摩擦磨損性能的影響,探討了其磨損失效機理。 結果表明:綜合考慮力學性能、耐熱性能、耐磨性能等方面的重要性,優化合金元素配比為Si5.5 wt.%、Mn0.6 wt.%、Cr0.8 wt.%;不同含量的合金元素對材料組織的影響也有所區別,合理控制合金元素添加量,能夠獲得抗氧化性能、抗疲勞性能好的球墨鑄鐵;摩擦磨損工藝參數的不同,摩擦質量損失和摩擦系數也有所不同。

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