CN101265557B - 旋转式压缩机滚子材料及生产滚子的方法 - Google Patents

旋转式压缩机滚子材料及生产滚子的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种旋转式压缩机滚子材料，包括按重量百分比计的如下成分：C：3.2％-3.6％；Si：2.3％-3.0％；Mn：0.6％-1.0％；P：0.3％-0.5％；S：≤0.15％；Cr：0.07％-0.20％；Mo：0.1％-0.5％；Cu：0.6％-1.0％；B：0.05％-0.12％；Ti：0.15％-0.3％；锑Sb：≤0.03％，其余为Fe。本发明还提供了水平连续铸造生产上述材料的滚子的方法。本发明提供的旋转式压缩机滚子材料的耐磨性高，可同时适用于R22和R410A冷媒压缩机，压缩机经过较长期连续运转后，滚子无明显磨损，减少了冷媒沿滚子径向的泄漏，压缩机效率提高，可靠性提高。

Description

旋转式压缩机滚子材料及生产滚子的方法 
技术领域
本发明涉及空调、冰箱等制冷设备使用的压缩机，尤其涉及旋转式压缩机中的滚子的材料及生产滚子的方法。 
背景技术
旋转式压缩机由于其效率高、体积小及重量轻，近年来得到了广泛的应用。图1所示为一旋转式压缩机气缸部分的示意图。气缸1中，偏心配置一圆环形滚子2，该滚子2与气缸1的圆柱面相切，形成一月牙状空间，安装在汽缸体滑槽中的滑片3在弹簧4的作用下，紧贴滚子2的圆柱面，将所述月牙形空间分为吸气室5和排气室6。当滚子2偏心旋转时，吸气室5和排气室6的大小不断变化，并使从吸气口7吸入的气体经压缩后从排气口8排出。在所述旋转式压缩机中，由于滑片3的前端始终紧贴旋转的滚子2的圆柱面，其接触部分极易磨损，因此所述滚子的材料对提高压缩机的可靠性至关重要。 
目前旋转式压缩机的滚子材料主要有以下几种： 
砂模铸造的铬、镍、钼合金灰铸铁，主要用于R22冷媒压缩机。其主要缺点是生产效率低，环境污染大，成本较高，且只适用于R22冷媒压缩机。用于R410A冷媒压缩机时，耐磨性较差，可靠性较低。 
用水平连续铸造方法生产的普通灰铸铁，主要用于R22冷媒压缩机。其主要缺点是耐磨性较差，用于R22或R410A冷媒压缩机可靠性都较低。 
用水平连续铸造方法生产的高磷含硼合金灰铸铁，主要用于R410A冷媒压缩机。其主要缺点是只适用于R410A冷媒压缩机，用于R22冷媒压缩机时，由于其磷含量过高，硬度大，使压缩机运转时噪音较高。 
发明内容
本发明的目的在于，通过选择合适的化学成分，采用合适的生产方法，提供一种耐磨性好且环保的旋转式压缩机滚子材料。 
上述目的由以下技术方案实现： 
一种旋转式压缩机滚子材料，其特征在于，包含的化学成分及其重量百分比如下：C：3.45％；Si：3.0％；Mn：0.88％；P：0.45％；S：0.065％；Cr：0.075％；Mo：0.19％；Cu：0.86％；B：0.058％；Ti：0.24％；Fe：90.732％。 
本发明还提供一种生产旋转式压缩机滚子的方法，包括如下步骤： 
(1)提供按重量百分比计的如下成分：C：3.45％；Si：3.0％；Mn：0.88％；P：0.45％；S：0.065％；Cr：0.075％；Mo：0.19％；Cu：0.86％；B：0.058％；Ti：0.24％；Fe：90.732％； 
(2)将步骤(1)提供的各成分混合，在1420℃～1600℃温度熔化成铁水； 
(3)将铁水注入保温炉内，保持浇铸温度：1450℃～1550℃； 
(4)采用二次孕育处理，孕育剂随流缓慢加入； 
(5)在铸铁液水平连铸生产线上进行生产：铁水流入等截面形状的水冷石墨型结晶器，经冷却表面形成有足够强度的凝固外壳，由牵引机拉出，定时向保温炉内注入定量铁水，铁水不断流入结晶器，如此冷却、凝固、牵引，反复连续工作生产出水平连铸棒材； 
(6)将上述棒材切段、挖空，加工成滚子毛坯； 
(7)进行热处理工艺； 
(8)热处理后的滚子毛坯再经过机械加工制成所需滚子零件。 
本发明提供的旋转式压缩机滚子材料的耐磨性高，可同时适用于R22和R410A冷媒压缩机，压缩机经过较长期连续运转后，滚子无明显磨损，减少了冷媒沿滚子径向的泄漏，压缩机效率提高，可靠性提高。 
附图说明
图1为旋转式压缩机气缸及滚子部分的示意图； 
图2为本发明提供的旋转式压缩机滚子材料的石墨形态图； 
图3为本发明提供的旋转式压缩机滚子材料的碳化物、珠光体及磷共晶的分布图。
具体实施方式
本实施例提供的旋转式压缩机滚子材料包括以下化学成分：碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)、铬(Cr)、钼(Mo)、铜(Cu)、硼(B)、钛(Ti)、锑(Sb)、铁(Fe)。 
上述各化学成分的含量按重量百分比计：C：3.2％-3.6％；Si：2.3％-3.0％；Mn：0.6％-1.0％；P：0.3％-0.5％；S：≤0.15％；Cr：0.07％-0.20％；Mo：0.1％-0.5％；Cu：0.6％-1.0％；B：0.05％-0.12％；Ti：0.15％-0.3％；Sb：≤0.03％；其余为Fe。 
上述化学成分常温时均为固态，其中，碳、硅、锰、硫是铸铁本身含有的一些化学元素；铬、钼是反石墨化元素，铜是中等石墨化元素，这些合金元素的加入能细化石墨并使之分布均匀，阻碍铁素体的形成，增加并细化珠光体，提高铸件的强度、硬度和耐磨性；钛的主要作用是细化石墨，形成碳化钛硬质点，在柔软的基体上起支撑作用，从而起保护基体的作用；磷可形成磷共晶，呈断续网状分布，构成高硬度组成物，显著提高耐磨性；硼是稳定碳化物的元素，其作用是在共晶团的边界与磷共晶组成高硬度的硼碳化合物，其细小、分散，能显著提高耐磨性；锑的加入可以增加珠光体的含量。 
下面给出旋转式压缩机滚子材料的生产工艺步骤： 
(1)提供按重量百分比计的如下成分：C：3.2％-3.6％；Si：2.3％-3.0％；Mn：0.6％-1.0％；P：0.3％-0.5％；S：≤0.15％；Cr：0.07％-0.20％；Mo：0.1％-0.5％；Cu：0.6％-1.0％；B：0.05％-0.12％；Ti：0.15％-0.3％；Sb：≤0.03％，其余为Fe； 
(2)使用中频感应电炉将上述各化学成分熔化成铁水，熔化温度控制在：1420℃～1600℃，最佳温度：1560℃； 
(3)经炉前处理的合格铁水注入保温炉内，保持浇铸温度：1450℃～1550℃，最佳温度：1500℃； 
(4)采用二次孕育处理，孕育剂随流缓慢加入；孕育剂为硅铁，硅含量为74％～79％，较佳为75％，孕育剂的作用是将所述铁水中的硅碳比调节在0.8～0.9。 
(5)在铸铁液水平连铸生产线上进行生产：铁水流入等截面形状的水冷石 墨型结晶器，经冷却表面形成有足够强度的凝固外壳，由牵引机拉出，定时向保温炉内注入定量铁水，铁水不断流入结晶器，如此冷却、凝固、牵引，反复连续工作生产出水平连铸棒材； 
(6)将上述棒材切段、挖空，加工成滚子毛坯； 
(7)进行热处理工艺，具体为：淬火温度：850～860℃，时间：180分钟，油冷；回火温度：240～260℃，时间：120分钟； 
(8)热处理后的滚子毛坯再经过机械加工制成所需滚子零件。 
热处理后洛氏硬度应达到HRC49～HRC54。如图2所示，用显微镜观察滚子的断面可见，石墨呈均匀的片状分布，其石墨形态为ASTM标准的D型。如图3所示，珠光体基体上均匀分布着石墨、碳化物和磷共晶，磷共晶含量约8％-12％。 
下面给出滚子材料的一种具体的化学成分，并且对该成分生产出的滚子进行加速寿命试验。其中，滚子的化学成分为：C：3.45％；Si：3.0％；Mn：0.88％；P：0.45％；S：0.065％；Cr：0.075％；Mo：0.19％；Cu：0.86％；B：0.058％；Ti：0.24％；Fe：90.732％。 
加速寿命试验：采用上述化学成分生产出来的滚子，其他零部件及生产、装配工艺按正常，装配R22冷媒压缩机，1000小时加速寿命试验前后性能对比如下： 
    检验项目     加速寿命试验前     加速寿命试验后     试验前后比较
    压缩机重量kg     14.480     14.431     -0.049
    制冷量W     4021     3921.8     -2.47％
    输入功率W     1291     1277     -1.08％
    工作电流A     6.23     6.21     -0.32％
    性能系数W/W     3.11     3.07     -1.29％
    声功率级dBA     63.3     63.2     -0.1
    振动m/s<sup>2</sup>     9.58     11.8     +2.2
加速寿命试验后解剖发现滚子内、外圆均没有轻微的线纹磨痕，表面光洁。加速寿命后滚子的磨损量如下： 
Figure S2008100278242D00051
由上述数据可知，这种材质的滚子耐磨性好，加速寿命后压缩机性能下降不大，属正常范围，滚子无明显磨损。 

Claims (6)

1.一种旋转式压缩机滚子材料，其特征在于，包含的化学成分及其重量百分比如下：C：3.45％；Si：3.0％；Mn：0.88％；P：0.45％；S：0.065％；Cr：0.075％；Mo：0.19％；Cu：0.86％；B：0.058％；Ti：0.24％；Fe：90.732％。
2.一种生产旋转式压缩机滚子的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)提供按重量百分比计的如下成分：C：3.45％；Si：3.0％；Mn：0.88％；P：0.45％；S：0.065％；Cr：0.075％；Mo：0.19％；Cu：0.86％；B：0.058％；Ti：0.24％；Fe：90.732％；
(2)将步骤(1)提供的各成分混合，在1420℃～1600℃温度熔化成铁水；
(3)将铁水注入保温炉内，保持浇铸温度：1450℃～1550℃；
(4)采用二次孕育处理，孕育剂随流缓慢加入；
(5)在铸铁液水平连铸生产线上进行生产：铁水流入等截面形状的水冷石墨型结晶器，经冷却表面形成有足够强度的凝固外壳，由牵引机拉出，定时向保温炉内注入定量铁水，铁水不断流入结晶器，如此冷却、凝固、牵引，反复连续工作生产出水平连铸棒材；
(6)将上述棒材切段、挖空，加工成滚子毛坯；
(7)进行热处理工艺；
(8)热处理后的滚子毛坯再经过机械加工制成所需滚子零件。
3.如权利要求2所述的生产旋转式压缩机滚子的方法，其特征在于，步骤(2)中是使用中频感应电炉将所述各化学成分熔化成铁水，熔化温度控制在1560℃。
4.如权利要求2所述的生产旋转式压缩机滚子的方法，其特征在于，步骤(3)中保温炉的温度控制在1500℃。
5.如权利要求2所述的生产旋转式压缩机滚子的方法，其特征在于，步骤(7)中的热处理工艺具体为：淬火温度：850～860℃，时间：180分钟，油冷；回火温度：240～260℃，时间：120分钟。
6.如权利要求2所述的生产旋转式压缩机滚子的方法，其特征在于，步骤(4)中的孕育剂为硅铁，硅含量为74％～79％，通过该孕育剂将所述铁水中的硅碳比调节在0.8～0.9。
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