用于玻璃制造工具的铁-铬-硼合金制造技术

一种适宜于生产玻璃制品制造时所用工具的铁－铬－硼合金及用该合金制造的工具，具有１－２０（重量）％的铬和０．５－３（重量）％的硼的组成。该组成任选地包含超过１．０（重量）％的被至少一种形成硬质合金的元素结合成碳化物和／或碳－硼化物相的碳，该合金也任选地包含至少一种形成碳化物的元素，该组成还任选地包含硅：小于３重量％、铝：小于０．２重量％、锰：小于２重量％、镍：小于３重量％、铜：小于３重量％和钼：小于５重量％中的一种或多种元素。其余是铁及不可避免的杂质。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改进制造玻璃制品(如玻璃容器)中所用的工具及用于这种工具的合金材料。在温度高于玻璃软化温度时，使熔融玻璃成形来制造玻璃容器。可以用回收玻璃也可以用包括石灰、苏打粉、硅砂和其它添加剂的原料混和物来生产玻璃。在成形操作期间，将温度超过1200℃的适量熔融玻璃送入金属模具中通过金属喷嘴鼓吹空气而成形。大多数制造操作中，是在高速下重复成形过程，各工具，例如金属“吹嘴”(blow nozzle)或同玻璃容器颈管接触用以鼓吹空气的冲头(plunger)，都会受到明显磨损。在玻璃成形机加工设备中，同热玻璃接触的金属部件或工具如吹嘴以及其它工具都必须具有高硬度和高耐磨损性以及高抗氧化性和防氧化皮性。由于反复同熔融玻璃接触以及从模具中取出玻璃而产生的高速热循环，金属部件或工具应该具有高耐热裂性。在大多数典型的玻璃容器制造中，金属工具都要经受成千上万次的热循环之后，才进行再加工和更换。在制造玻璃瓶子所用的普通工具中，“吹一吹冲头(Blow-BlowPlunger)”形成了瓶颈内侧，并能鼓吹空气使熔融玻璃压迫模具壁。这种吹一吹冲头和其它玻璃模压部件通常都是用含有2-3(重量)％的硼；一般含有98(重量)％的镍和2(重量)％的硼的镍硼合金制造的。这些合金产生镍枝晶和镍与硼化镍共晶混合物的显微组织。这种材料具有良好的抗热冲击性和约40-45洛氏C级的适宜硬度。然而，镍基质比较软而且不能通过热处理使其硬化。这种软基质导致两个问题(a)同共晶硼化物比较，这种基质磨损相当迅速，总的耐磨损性由于这种机理而下降，而且(b)镍基质的磨损经常导致极细的磨损颗粒嵌入在玻璃容器内侧。在大多数玻璃瓶的制造操作中，磨损是一个主要问题；例如，在7-14天连续操作后，吹一吹冲头的磨损使它们不得不进行更换，以便对它们重新进行加工。此外，嵌入容器玻璃中的颗粒将使典型玻璃瓶的震裂强度降低为原来的1/4-1/5。由于在用户手中就可能损坏以及可法定或回收后果，一批中有几个损坏的瓶子就可导致大批地被拒绝。抗热冲击，同时耐由于反复同熔融玻璃接触而引起的磨损性，是用于工具例如玻璃容器制造中所用吹一吹冲头和推一吹冲头(push-Blowplugers)材料的头等重要性能。本专利技术的目的在于提供改进的适宜制造玻璃制品如容器制备时所用工具的铁类合金，该合金具有高耐磨损性和高抗热冲击性。本专利技术还提供这种合金的工具铸件。本专利技术的工具可包括吹嘴或冲头，例如吹一吹冲头或推一吹冲头。然而，该工具也可包括在制造玻璃制品如容器中所用的任何其它机械部件，该部件通过同熔融玻璃接触被用于使制品成形。因而该部件可包括用于使玻璃制品成形的模具或拼合模块。本专利技术合金是一种铁-铬-硼合金。如果存在基本数量的硬质合金形成元素如钼、钒、钛、铌和钨时上述合金含有1-20(重量)％的铬、0.5-3(重量)％的硼、最高达1.0(重量)％或更高的碳、以下将详述的任选的合金添加剂，以及其余是铁和伴随的杂质。本专利技术的工具是来自本专利技术合金熔体的铸件，该工具能达到高硬度和耐磨损性，以及高抗热冲击性。该工具还具有高抗氧化性。本专利技术的合金和工具还具有通过退火能被软化和再硬化到高硬度水平的优点。此外，尤其是对于高铬含量(例如至少8(重量)％)的合金，它们具有能随着热处理被硬化成马氏体而且是坚硬和耐腐蚀的高铬含量的基质。这种基质联同硬质铁-铬共晶硼化物的存在，能够提供一种在升高温度和快速热循环或热冲击的条件下具有极好耐磨损性的材料。铁-铬-硼合金及其工具铸件比上述讨论的镍-硼合金能承受更长时间的磨损，由于它们极好的抗氧化性，该工具生产出的瓶子不会有合金金属杂质，从而能获得更坚固的产品。铁-铬-硼合金及其工具铸件能够通过退火被软化到35洛氏C级硬度，能进行加工，然后通过加热到900℃以上和空气冷却被再硬化。如果需要，然后回火能进一步调整硬度。通过抛光还能够提供高级表面精整的合金和工具。当碳实际上仅仅作为伴随的杂质存在时，本专利技术的铁-铬-硼合金和工具能够基本上不含碳。然而，如同所指出的那样，碳能够以小于1.0(重量)％的比例而存在，优选碳不超过0.6(重量)％，例如可以0.1-0.6(重量)％而存在，如0.1-0.3(重量)％。硼含量不小于0.5(重量)％，最佳为0.5-2.5(重量)％，例如1-2.5(重量)％。对于大多数用途来说，优选铬含量为3-18(重量)％，例如8-18(重量)％。如果形成硬质合金的元素如钼、钒、钛、钨和铌被包括在合金组分中，则碳含量可以超过1.0(重量)％，但形成硬质合金的元素含量必须是这样的，过量的碳被这些元素结合成碳化物或碳-硼化物相。则基质的碳含量仍被保持在低水平。铸造铁合金的断裂韧性、抗热冲击性和耐磨损性极大地取决于各硬相的体积百分率，它们依次是硼和碳的含量、形成碳化物和硼化物的各元素含量以及基质的填隙式硼和碳含量的函数。由于硼在铁素体和奥氏体中的溶解度低，基质的硼含量总是低的。然而碳在奥氏体中的溶解度以及为此马氏体基质中的碳含量可以高达约2(重量)％，除非碳被结合进某些其它相中。在本专利技术令人满意的合金组分设计中，最重要的是使基质的碳含量保持在足够低的水平，这样才能在上述用途中获得足够的断裂韧性或抗热冲击性。基质中碳的优选含量低于0.3(重量)％，在某些用途中可以更低。为了增强氧化性能和可淬硬性，铁基合金可以包含足够的合金添加剂。为达到上述目的的适宜合金元素包括硅、铝、锰、镍、铜和钼，它们可以单独使用也可以结合使用。为此目的的优选添加量是不超过3(重量)％，例如0.5-3(重量)％的硅；不超过0.2(重量)％的铝；不超过2(重量)％，例如0.2-1.5(重量)％的锰； 0.2-3(重量)％，例如0.2-2(重量)％的镍；不超过3(重量)％的铜；和/或不超过5(重量)％，例如0.5-5(重量)％的钼。铁基合金熔体中硅和/或铝的存在还有利于将该熔体保持在脱氧状态。由于钼起着硬质合金和/或硼化物形成元素的作用，添加钼也能提高硬度和改进高温下的抗软化性。为了同样目的，还可以向铁基合金中添加足够数量的形成硬质合金和/或硼化物的其它元素，例如钒、钛、钨和/或铌。为增强抗软化性的优选添加量是如上所述数量的钼；不超过8(重量)％的钒；不超过5(重量)％的钛；不超过6(重量)％的铌和/或不超过7(重量)％的钨。可以通过在电感应炉内熔炼适宜组分的材料作为浇注的熔体来制备本专利技术要求的铁基合金。这最好要求熔炼低碳钢废料、低碳铁-铬合金和低碳铁-硼合金。可以添加其它的工业铸造合金以提供铁基合金中所需要的合金添加剂。对于再熔炉料，使用低碳钢废料和铁合金可以很容易地熔炼出含有约2(重量)％硼的回炉废料。使用铁-硅或铁-铝合金可以将该熔体保持在脱氧状态。本专利技术的铁基合金具有约1300℃的熔点。通常希望1400°-1450℃的熔体浇注温度，这取决于铸件的性质。在浇铸后，铁基合金可以在950-1150℃范围内的温度下进行热处理使其硬化以形成奥氏体，然后用空气冷却到室温以便在合金基质中形成马氏体显微组织。在这种硬化处理后的典型硬度为50洛氏C级。如果希望的话，铁基合金或其工具铸件，可以在700-750℃温度下进行亚临界退火将基质分解成铁素体和碳化物的混合物，使铁基合金或其工具铸件由此软化以便于机加工。这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适于生产用于制造容器之类玻璃制品的铸造工具的铁－铬－硼合金，其中，该合金含有１－２０（重量）％的铬和０．５－３（重量）％的硼；该合金任选地包含超过１．０（重量）％的被至少一种形成硬质合金的元素结合成碳化物和／或碳－硼化物相的碳；该合金还任选地包括所述至少一种形成碳化物的元素；并且，该合金中还进一步包含：０－３（重量）％的硅，０－０．２（重量）％的铝，０－２（重量）％的锰，０－３（重量）％的镍，０－３（重量）％的铜，０－５（重量）％的钼以及其余是 铁和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P克里斯托杜劳，KD雷克兰德，
申请(专利权)人：联邦科学和工业研究组织，昆士兰大学，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]