CN102410225A

CN102410225A - 一种压缩机叶片及其制备工艺

Info

Publication number: CN102410225A
Application number: CN2011103152661A
Authority: CN
Inventors: 唐云龙; 蔡珣; 林大明; 胡利萍
Original assignee: SHANGHAI XIGONG COMPRESSOR FITTINGS CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI XIGONG COMPRESSOR FITTINGS CO Ltd
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2012-04-11

Abstract

本发明公开了一种压缩机叶片及其制备工艺，叶片选用38CrMoAl作为压缩机叶片的基材，经整体调质热处理后采用短时高效的渗氮化学热处理制得压缩机叶片。其制备工艺路线为:割片→粗加工→调质处理(淬火+高温回火)→半精加工→去应力回火→精加工→渗氮化学热处理→研磨→滚抛→检验。本发明采用加工性好的38CrMoAl渗氮钢经整体调质热处理后采用短时渗氮化学热处理来制备叶片，不仅大大降低了原材料成本，进一步提高了叶片的耐磨性、抗疲劳、抗腐蚀能力，且节能、环保、低耗，从而为渗氮钢压缩机叶片应用提供了广阔前景。

Description

一种压缩机叶片及其制备工艺

技术领域

本发明涉及的是压缩机叶片的材料及其表面改性方法，具体是压缩机叶片选用一种38CrMoAl低合金渗氮钢，通过整体调质热处理后对其实施表面渗氮化学热处理以强化其表面来代替昂贵的高合金钢压缩机叶片以满足其工况要求。

背景技术

随着制冷行业的发展和全球气候变暖，制冷空调、冰箱的使用越来越普遍。任何制冷系统都是由压缩机、冷凝器、蒸发器三大核心模块组成。制冷系统工作时，压缩机将冷冻剂压缩成高压饱和气体，这种气态冷冻剂经过冷凝器冷凝，并通过节流装置节流之后，通入到蒸发器蛇行管内，将所需要冷却的媒介（如房间的空气）冷却换热后变成低压蒸气流回到压缩机，再被压缩机压缩，这样反复循环运行就完成了制冷过程。制热系统也大致是这个原理，只是方式相反。

制冷压缩机种类和形式很多，根据原理可分容积型和速度型两类，其中容积式是最为普遍的。转子叶片式容积型压缩机具有结构紧凑、运动部件少；体积小，重量轻；排气压力脉动小，容积效率高等特点。目前在小容量的空调压缩机中占有主导地位，并在中央空调中已得到广泛应用。

叶片作为转子叶片式压缩机的重要零部件,它将汽缸内部空间一分为二,当压缩机主轴带动偏心转子紧贴汽缸内壁旋转一周时，叶片始终与偏心转子滚动接触，并造成汽缸内月牙形空间容积发生周期性变化，致使制冷剂蒸气发生体积和温度上的变化,从而完成吸入和压缩制冷剂的任务。

为了保证在压缩机偏心转子旋转过程中完成制冷剂吸入和压缩的任务，并达到低噪声和长寿命之目的，不仅要求叶片与滚动转子间，叶片与汽缸滑槽间配合紧密，还要求这两对摩擦副之间的摩擦系数尽量降低，能长时间正常运行，因此，除对叶片加工精度要求很高外，它应具有低的摩擦系数和很好的抗磨、抗腐蚀性能。目前国内外压缩机叶片通常采用高速钢等高级合金工具钢制成。由于合金工具钢中含碳量高，且含有大量的W、Mo、Cr、V等合金元素，冶炼、浇注、塑性成形和热处理工艺等整个加工制造流程十分复杂，其原材料成本高。以目前使用最为广泛的M2(W6Mo5Cr4V2)高速钢叶片为例，现今国内M2原材料市场价为5~7万元/吨。原材料进厂后，为了改善高速钢叶片本身的切削加工性，需要采用比较复杂和严格的退火工艺；高速钢叶片粗加工后，则必须进行1200~1240℃高温淬火，促使钢中碳化物溶解，以提高奥氏体中合金元素和碳的含量，故叶片的高温淬火是影响其使用性能最敏感的工序，也是工艺控制难度最大的工艺；叶片随后再在出现“二次硬化”的温度（约560℃）下进行三次回火处理；最后还要进行表面渗氮处理，以进一步提高高速钢叶片表面的强度、硬度，其加工工艺复杂，要求高。

既然高速钢叶片也是靠最后的表面渗氮处理来满足其强度、硬度的更高要求，为什么不可以直接选用渗氮钢来代替呢？众所周知，由于摩擦磨损在叶片的表面进行，腐蚀也从表面开始，若采用加工性能好的结构钢作为基材，运用表面化学热处理方法赋予叶片表面以特殊的成分、组织结构和性能，从而能最经济而有效地提高叶片质量和延长使用寿命，并大大降低叶片成本。

发明内容

针对目前压缩机叶片原材料成本高，加工工艺复杂等问题，本发明的目的在于提供一种采用普通的结构钢作为基材的压缩机叶片，原材料成本低，加工工艺简单，

本发明的另一目的在于提供这种压缩机叶片的制备工艺。

本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的：

一种压缩机叶片，叶片选用38CrMoAl作为压缩机叶片的基材，经整体调质热处理后采用短时高效的渗氮工艺进行表面化学热处理制得压缩机叶片，渗氮后的化合物层厚0.06~0.10mm, 硬度为1100~1300HV；扩散层厚0.12~0.15mm，硬度为1000~1050HV。所述38CrMoAl渗氮钢的化学成分（ｗｔ％）为：Ｃ：０.３５~０.４２%；Ｃｒ：１.３５~１.６５%；Ｍｏ：０.１５~０.２５%；Ａｌ：０.７０~１.１０%。

一种压缩机叶片的制备工艺，包括如下步骤：

1）、以38CrMoAl为基材的叶片经割片和粗加工后进行调质热处理，调质热处理的工艺条件为：淬火:920~940℃油淬，高温回火：580~650℃空冷，调质后硬度为29~36HRC；

为了改善叶片内部组织结构，保证其心部获得足够的强韧性，从而为渗氮作好组织准备，渗氮前必须进行调质（淬火+高温回火）热处理，以获得所需要的回火索氏体组织。实践证明，渗氮前组织对渗氮后叶片质量有很大影响，切忌出现块状铁素体，否则将引起渗氮层脱落。若渗氮前原始组织中铁素体量增加，将使氮化层脆性增加，并使调质热处理效果降低，进而影响渗氮叶片心部和表面硬度，故特别要控制铁素体的量。根据GB/T11354-2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》中规定，渗氮前组织应为均匀细针状回火索氏体和游离铁素体体积分数<5% 。另外, 回火温度高低对叶片渗氮层硬度和深度的影响不可忽视。通常随着回火温度升高，回火后硬度降低，渗氮层硬度也降低，而渗氮层深度增加。

2）、对调质热处理后的叶片进行半精加工后，需进行一次去应力回火处理，去应力回火处理的工艺条件为：温度为550~600℃，处理时间为2h；

为了去除机加工中引起的内应力,尽量减少叶片在加工过程中的变形量，因此在叶片半精加工与精加工之间应进行一次去应力回火处理，回火在保护气氛或真空状态下进行,保温毕随炉冷至200℃出炉空冷。

3）、对去应力回火处理后的叶片进行精加工后，采用短时高效的渗氮工艺对其进行化学热处理，其工艺为：渗氮温度为520 ~ 560℃，渗氮工艺周期为4~6小时，氨分解率为30%~60%，出炉油冷，渗氮后化合物层厚0.06~0.10mm，硬度为1100~1300HV；扩散层厚0.12~0.15mm，硬度为1000~1050HV。

传统的渗氮化学热处理常将渗氮零件的渗层深度规定为0.3～0.5mm范围之内，故渗氮工艺时间甚至长达几十小时。这样，不仅耗能、耗材，生产周期长、效率低，而且由于长期在500℃以上保温，渗氮零件容易变形，尺寸精度难以满足要求。何况，由于化合物层厚，也导致渗层脆性大，对其耐磨性的提高不利。针对压缩机叶片服役时负荷不大，但对耐磨性和尺寸精度要求高，本发明采用短时高效的渗氮工艺对其表面进行化学热处理，不仅可避免传统的渗氮工艺带来的弊病，而且由于渗氮层中化合物层很薄，故其脆性不大，可以带着化合物层服役，反而可大幅度提高其耐磨性能。

38CrMoAl叶片渗氮化学热处理可以采用气体、液体和离子渗氮的任何一种。

本发明压缩机叶片采用的原材料价格仅相当于高速钢价格的1/7~1/10。38CrMoAl属于典型的中碳合金渗氮钢，由于Cr、Mo、Al添加可使该钢渗氮处理后，形成高度弥散的且具有高度热稳定性的氮化物，从而获得很高的硬度（1000HV以上），耐磨性和疲劳强度好，且抗蚀性能也得到了提高，故38CrMoAl钢渗氮处理后完全可满足压缩机的工况条件。此外，由于38CrMoAl属于结构钢，其车、铣、刨、钻、磨等机加工性能好，叶片的调质热处理工艺（~940℃淬火+~600℃回火）也比高速钢的1200~1240℃高温淬火+560℃三次回火处理简单、操作性强，高速钢叶片机加工前还要必须进行严格的球化退火热处理。因此，本发明的渗氮钢压缩机叶片具有原材料成本低，加工工艺简单等特点。本发明采用加工性好的38CrMoAl渗氮钢经表面渗氮化学热处理来制备叶片，不仅大大降低了原材料成本，进一步提高了叶片的耐磨性、抗疲劳、抗腐蚀能力，这也符合当前节能、环保和低耗的原则，从而为渗氮钢压缩机叶片应用提供了广阔前景。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明是如何实现的，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例1通过以下步骤实现：

1)38CrMoAl叶片经割片和粗加工后采用调质热处理工艺为：淬火940℃（油淬），回火580℃（空冷），调质后硬度约为36HRC；

2)进行半精加工→去应力回火（550℃ 2h）→精加工;

3)叶片渗氮化学热处理工艺为：520℃ 6h，氨分解率45% ，出炉油冷；渗氮后化合物层厚0.06mm, 硬度为1300HV；扩散层厚0.12mm，硬度为1050HV 。最后叶片进行研磨→滚抛→检验。

实施例2

本实施例2通过以下步骤实现：

1)38CrMoAl叶片经割片和粗加工后采用调质热处理工艺为：淬火930℃（油淬），回火650℃（空冷），调质后硬度约为29HRC；

2)进行半精加工→去应力回火（580℃ 2h）→精加工;

3)叶片渗氮化学热处理工艺为：550℃ 4h，氨分解率60% ，出炉油冷；渗氮后化合物层厚0.10mm, 硬度为1050HV；扩散层厚0.15mm，硬度为980HV 。最后叶片进行研磨→滚抛→检验。

实施例3

本实施例3通过以下步骤实现：

1)38CrMoAl叶片经割片和粗加工后采用调质热处理工艺为：淬火930℃（油淬），回火620℃（空冷），调质后硬度约为33HRC；

2)进行半精加工→去应力回火（560℃ 2h）→精加工;

3)叶片渗氮化学热处理工艺为：530℃ 5h，氨分解率50% ，出炉油冷；渗氮后化合物层厚0.08mm, 硬度为1180HV；扩散层厚0.13mm，硬度为1000HV 。最后叶片进行研磨→滚抛→检验。

Claims

1.一种压缩机叶片，其特征在于：叶片采用38CrMoAl作为压缩机叶片的基材，经整体调质热处理及短时的表面渗氮化学热处理制得压缩机叶片，渗氮后的化合物层厚0.06~0.10mm, 硬度为1100~1300HV；扩散层厚0.12~0.15mm，硬度为1000~1050HV。

2.根据权利要求1所述的一种压缩机叶片，其特征在于，所述38CrMoAl渗氮钢的化学成分为：Ｃ：０.３５~０.４２%；Ｃｒ：１.３５~１.６５%；Ｍｏ：０.１５~

０.２５%；Ａｌ：０.７０~１.１０%，上述百分比为重量百分比。

3.一种压缩机叶片的制备工艺，包括如下步骤：

1）以38CrMoAl为基材的叶片经割片和粗加工后进行调质热处理，调质热处理的工艺条件为：淬火:920~940℃油淬，高温回火：580~650℃空冷，调质后硬度为29~36HRC；

2）对调质热处理后的叶片进行半精加工后，需进行一次去应力回火处理，去应力回火处理的工艺条件为：温度为550~600℃，处理时间为2h；

3）对去应力回火处理后的叶片进行精加工后，采用短时的渗氮工艺进行化学热处理，其特征在于：渗氮温度为500~600℃ ，渗氮工艺周期为4~6小时，氨分解率为30%~60%，出炉油冷，渗氮后化合物层厚0.06~0.10mm，硬度为1100~1300HV；扩散层厚0.12~0.15mm，硬度为1000~1050HV。

4.根据权利要求3所述的压缩机叶片的制备工艺，其特征在于：所述去应力回火处理过程中，回火在保护气氛或真空状态下进行,保温毕随炉冷至200℃出炉空冷。

5.根据权利要求3所述的压缩机叶片的制备工艺，其特征在于：所述渗氮化学热处理采用气体、液体和离子渗氮中的任何一种。