1.引言 
玻璃模具是玻璃制品的主要生產(chǎn)工藝裝備，主要分為瓶罐類玻璃與器皿類玻璃模具，模具在服役過程中內(nèi)腔質(zhì)量決定玻璃制品的表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此要求模腔表面有較高的配合精度和光潔度。由于模具頻繁地與700℃ ～l100℃的熔融玻璃接觸，承受氧化、生長及熱疲勞等作用。同時(shí)，模具的接觸面由于與玻璃制品的摩擦而被磨損，這就要求模具材料具有良好的耐熱、耐磨、耐腐蝕、抗熱沖擊、抗氧化、抗生長、抗熱疲勞性能，其中抗氧化性能是最主要的性能指標(biāo)。此外，還要求模具材質(zhì)致密、易于加工、導(dǎo)熱性好、熱膨脹系數(shù)小。

熱導(dǎo)率是反映材料傳熱能力大小的物理量。在實(shí)際生產(chǎn)中，玻璃料滴入玻璃模具內(nèi)腔的溫度大約為1100℃ ，冷卻到780℃以下從模具中取出。為此，模具溫度應(yīng)盡快降至780℃，以提高生產(chǎn)效率，適應(yīng)成型速度的要求，因此模具的散熱能力是非常重要的。常用的主要玻璃模具材料一般為低合金耐熱鑄鐵、不銹鋼和耐熱合金鋼，加工后再經(jīng)部分表面強(qiáng)化處理。

2.普通低合金鑄鐵

鑄鐵具有優(yōu)良導(dǎo)熱性、耐磨性、良好的鑄造性能和加工性能、成本低、熱而不粘的性能。目前國內(nèi)外普遍都采用鑄鐵作為瓶罐類玻璃模具材料，低合金鑄鐵是在普通灰鑄鐵的基礎(chǔ)上增加少量的Ni、Cr、Mo、Ti、V、Cu等合金元素組成的合金，具有良好的高溫性能，由石墨和基體組織組成。在鑄鐵中，石墨以縮減和切割兩種作用影響鑄鐵的性能，主要取決于石墨的數(shù)量、大小、形狀、分布等。在可預(yù)見的未來仍然是主要玻璃模具材料。D型石墨灰鑄鐵以其優(yōu)異的抗氧化性能近年來引起了人們的關(guān)注，D型石墨鑄鐵由于比A型石墨鑄鐵具有更高的抗拉強(qiáng)度，更好的抗氧化性和耐磨性等優(yōu)異性能，正受到國內(nèi)外玻璃模具行業(yè)的廣泛重視。D型石墨又稱過冷石墨，屬于片狀石墨的一種，它是在奧氏體樹枝晶問生長，奧氏體的連續(xù)性割裂了石墨片的連續(xù)性，且D型石墨與基體間的間隙比其他片狀石墨與基體間的間隙小。D型石墨組織中的初生奧氏體具有骨架結(jié)構(gòu)，而共晶奧氏體又像網(wǎng)絡(luò)樣把初生奧氏體的各個(gè)枝干連接在一起，提高了骨架抵抗外力的能力。再加上D型石墨細(xì)小、卷曲、端部較鈍的形態(tài)，決定了它對(duì)基體的切割作用小，不易引起較大的應(yīng)力集中，所以D型石墨鑄鐵具有較高的強(qiáng)度。目前D型石墨鑄鐵用作玻璃模具材料已成熱點(diǎn)，國內(nèi)外對(duì)D型石墨已有許多研究，從國外進(jìn)口的模具分析表明，大都采用D型石墨鑄鐵材質(zhì)。這類鑄鐵通常通過合金和控制過冷的方式來獲得D型石墨。
 

3.球墨鑄鐵
同灰鑄鐵相比，球墨鑄鐵中的石墨為球狀，提高了材料的致密性，減小了石墨對(duì)基體的切割作用，孕育作用使晶粒度比灰鑄鐵小，使球墨鑄鐵的綜合性能提高。球墨鑄鐵雖然有較高的強(qiáng)度和韌性，并有良好的抗氧化性能，其抗熱疲勞性能也優(yōu)于其它鑄鐵，但由于其石墨呈孤立的球狀，導(dǎo)熱性較差，使玻璃制品在模腔中不能快速冷卻，從而限制了成型速度的提高，不能適應(yīng)機(jī)械化生產(chǎn)的要求，也限制了其在玻璃模具中的應(yīng)用，故只用于制造小型玻璃模具。
 

4.蠕墨鑄鐵
由于蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能與球墨鑄鐵相近，具有較高的導(dǎo)熱性、抗氧化性和抗生長能力，又有像灰鑄鐵那樣良好的鑄造性能和機(jī)械加工性能，使蠕墨鑄鐵具有良好的綜合性能，而用于制造玻璃模具材料。
 

5.合金鋼
合金鋼通常只用于器皿類的玻璃模具。由于鋼的導(dǎo)熱性比不上鑄鐵，因此使用時(shí)易出現(xiàn)過熱，產(chǎn)生黏附現(xiàn)象。因此必須采用強(qiáng)制冷卻、合理設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)等方法。玻璃模具要承受很大的壓力和很高的溫度，因此要求模具材料的強(qiáng)度高、熱變形小、耐熱性好，通常采用不銹鋼和耐熱合金鋼。
 

6.鎳基高溫合金
這類合金的耐熱性和熱膨脹性都比鑄鐵好，基本不生長和氧化，所以用它制造的模具表面裂紋少、壽命長、生產(chǎn)率高，并能提高玻璃制品的光潔度，但這類材料的導(dǎo)熱性并不好，且價(jià)格高。只是用于悶頭、吹氣頭等配件上或其中的鑲塊與接片，一般都是通過精密鑄造成型。
 

7.銅基合金
主要是鋁白銅，適當(dāng)加入Si、zn、Fe等元素。由于銅基合金的導(dǎo)熱性很好，高速成型時(shí)仍能保證玻璃制品的質(zhì)量，因此頗受人們的重視。這類合金對(duì)提高表面光潔度最為有效，且抗氧化、導(dǎo)熱性、熱穩(wěn)定性和熱塑性都很好，同時(shí)模具易于修復(fù)，制品質(zhì)量好，常用于制造高檔次的成型模、底模、口模以及悶頭等。
 

8.模具表面強(qiáng)化
玻璃模具的模腔在高溫條件下工作，合縫面容易發(fā)生變形，使玻璃制品的合縫線粗大，因此，有必要對(duì)模具的合縫線部位進(jìn)行強(qiáng)化，包括M模和凸模，目前用的最多的是噴焊鎳基合金。
 

9 結(jié)束語
鑄鐵作為制造瓶罐類玻璃成型模具的主導(dǎo)材料，預(yù)計(jì)在今后相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生改變，但會(huì)通過改變化學(xué)成分、組織以及石墨形態(tài)來優(yōu)化鑄鐵的性能，對(duì)于器皿類的模具材料將更注重于其組織性能。

(1)在D型石墨的基礎(chǔ)上，開發(fā)梯度石墨，使得鑄鐵組織中由模腔到外表石墨形態(tài)依次為：D型石墨一B型石墨一A型石墨，這對(duì)于模具的抗氧化性、高溫疲勞強(qiáng)度、導(dǎo)熱性等性能表現(xiàn)得淋漓盡致。
(2)開發(fā)復(fù)合型石墨鑄鐵，比如：球墨／蠕墨復(fù)合組織，將球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵的性能得到了充分的優(yōu)化。
(3)對(duì)玻璃模具材料進(jìn)行堿金屬變質(zhì)處理，以期提高材料的組織致密性和高溫韌性，增加模具的壽命。
(4)研究適合于器皿類玻璃模具材料的最佳組織，以及得到最佳組織的熱處理工藝，使玻璃模具具有良好的冷熱疲勞性能，優(yōu)異的抗氧化性，從而獲得表面質(zhì)量要求高的玻璃制品。模具是永不衰敗的行業(yè)，材料則是模具之本，隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，玻璃壓機(jī)的機(jī)速也在不斷提高，輕量化玻璃制品已成為一種趨勢，從而對(duì)模具材質(zhì)的相關(guān)性能要求也越來越高，玻璃模具El益接受挑戰(zhàn)已成為必然，因此開發(fā)出迎合形勢發(fā)展與不同用戶要求的模具材質(zhì)成為玻璃模具人的光榮使命。