CN102586701B

CN102586701B - 一种铁质合金材料及其制成的平衡块

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Publication number: CN102586701B
Application number: CN 201110390305
Authority: CN
Inventors: 黄德泉; 沈文洲; 贾平凡
Original assignee: ZHAOQING PISITONG MACHINERY CO Ltd
Current assignee: ZHAOQING PISITONG MACHINERY CO Ltd
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2031-11-30
Also published as: CN102586701A

Abstract

本发明提供一种铁质合金材料，特别是一种用来制造空调压缩机平衡块的多元铁质合金材料，其主要成分为铁，铁质合金材料还包括下列组分：锰(Mn)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)、镍(Ni)以及钛(Ti)。本发明铁质多元合金材料，其在精密铸造扁平薄产品时平整度优良，可少用或不需使用机加工或冷热处理工艺，按正常工艺处理可直接达到平整度≤0.2的产品，成本优势大，并且无磁率、产品合格率更高。

Description

一种铁质合金材料及其制成的平衡块

技术领域

本发明涉及一种铁质合金材料，特别是一种应用于空调压缩机平衡块的铁质多元合金材料，以及用此材料生产的压缩机平衡块。

背景技术

空调压缩机的电机由于带动偏心曲轴高速旋转，在其转子上普遍需要安装一个平衡块来获得动平衡，对于平衡块，除了要求较高的密度，比较精确的尺寸精度和较高的重量精度外，一般还要求不带磁性和不被磁化，平衡块带有磁性会影响电机工作时的磁路分布，进而影响电机的运转效率；已有的平衡块一般采用黄铜材料、不锈钢或高锰钢制作，但近年来，铜的价格大幅上涨，给压缩机的制造成本带来了巨大的压力，而采用不锈钢材料，其价格同样昂贵，同时加工较为困难，在制作平衡块等扁平薄件时，容易变形，产生裂痕，同时成品率较低，平整度以及无磁率等性能难以达到要求。

中国专利公开号为CN1932288A的发明专利申请中，涉及了一种用于平衡块的金属合金，其由16.00-30.00％的锰、0.50-2.50％的铝、0.04-0.10％的钒、和0.06-0.30％的碳、及余量的铁构成。然而用该配方制成的合金材料因无耐腐元素如铬、镍，容易生锈，导致压缩机内出现质量问题。另外，由该配方制成的合金材料，可加工性不理想，只能通过铸造来制造工件，所制造出来的平衡块产品的表面平整度与磁导率性能也相对较差；并且，上述专利也并未涉及为了生产出性能更佳、成本更低的平衡块，如何通过改进合金组分或配比，来进一步降低产品合金磁导率，提升合金平衡块产品的平整度、可加工及可制造性的技术内容。

发明内容

基于上述考虑，本发明提供一种铁质(多元)合金材料，特别是一种应用于空调压缩机平衡块的铁质多元合金材料，克服上述缺陷，代替目前使用的铜、不锈钢，高锰钢等材料；提高材料的制造性，并进一步提高材料的无磁性、可加工性及平整性，满足无磁及变形小要求，降低成本；此外，能够使得材料制备与精密铸造工艺配合，使合金根据产品能够一次铸造成型，减少机加工工序，降低加工成本。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

根据本发明的第一方面，提供一种铁质合金材料，其主要成分为铁，以重量百分比计，所述铁质合金材料还包括下列组分：锰(Mn)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)、镍(Ni)以及钛(Ti)。其中，“主要成份为铁”的含义为，除了铁质合金材料所限定的包括或含有的特定的金属、非金属元素及不可避免的杂质以外，所述铁质合金材料的其它剩余组分(余量)为铁。

根据本发明提供的铁质合金材料，其中所述锰、钼、铬、钒、镍和钛元素的和不超过30％。

根据本发明提供的铁质合金材料，其中锰(Mn)的含量为10～25％，优选为20～25％，最优选22～25％。

根据本发明提供的铁质合金材料，所述材料中钼(Mo)的含量为0.1％～1％，钒(V)的含量为0.01％～1％，Ti的含量为0.01～1％，铬(Cr)的含量不超过5％，优选地，铬(Cr)的含量不超过1％。

根据本发明提供的铁质合金材料，所述铁质合金材料中不含有铜，即铜的含量为0。

特别地，本发明还涉及一种铁质合金材料，以重量百分比计，所述铁质合金材料由如下组分构成：锰(Mn)13％～20％、钼(Mo)0.1％～0.5％、铬(Cr)0.4％～0.8％、镍(Ni)0.2％～0.5％、钒(V)0.05％～0.15％，钛(Ti)Ti 0.1％～0.4％，碳(C)1.8％～2.8％、硅(Si)0.8～2.8％，硫(S)0.03％～0.1％以及磷(P)0.03％～0.08％，余量为Fe及不可避免的杂质。

上述各种元素的百分比均为重量百分比。

在上述的铁质合金材料中，所述铁质合金材料为100％的奥氏体结构；即铁质合金材料的金相组织为纯的奥氏体组织。

本发明所提供的铁质合金材料，其应用于空调压缩机平衡块；即，可以使用所述的铁质合金材料制备得到相应的空调压缩机平衡块。

根据本发明的第二方面，还涉及一种空调压缩机，其使用本发明前述的铁质合金材料作为其压缩机中的平衡块。

根据本发明的第三方面，还提供一种制备前述铁质合金材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：按照所述铁质合金材料的组分称取相应的铸造生铁，废钢，电解锰，以及所述铁质合金材料组分中相应的钼、铬、钒、镍以及钛，在快速中频炉中进行熔炼，在1300～1400℃下，合金组分熔化，并开始合金化，在1400℃～1500℃下炉口浇注，经保温及表面处理等工序后得到所述的铁质合金材料；或者，可按照所述铁质合金材料的组分，称取各个金属单质，按常规熔炼方法制备得到所述的铁质合金材料。在上述铁质合金材料的方法中，熔炼时的温度优选1350～1420℃，最优选的熔炼温度为1360℃；炉口浇铸的温度优选1440℃。

根据本发明的铁质合金材料，其中钼(Mo)的含量为0.1％～1％，优选0.1％～0.5％，更优选0.2％～0.3％；镍(Ni)的含量为0.1％～1％，优选0.2％～0.5％，更优选0.3％～0.4％；钒(V)的含量为0.01％～1％，优选0.05％～0.15％，更优选0.08％～0.12％；钛(Ti)的含量为0.01～1％，优选0.1％～0.4％，更优选0.2％～0.3％；上述钼、镍、钒、钛作为合金材料中的微量元素，其百分比可互相搭配使用，也可以根据材料不同性能的需求任意单独选择上述某一种或几种元素的百分比与铁质合金材料中的其它成分配合使用。

根据上述发明所涉及的技术内容，本发明与现有技术相比，具有以下优点：根据本发明制备的铁制多元合金材料，其在精密铸造扁平薄产品时平整度优良，可少用或不需使用机加工或冷热处理工艺，按正常工艺处理可直接达到平整度≤0.2的产品，成本优势大，并且无磁率、产品合格率更高。相比之下，不锈钢等其它材料精密铸造扁平薄产品严重变形，平整度差，必须经复杂工艺才能达到理想效果，在处理过程中由于相变、无磁状难达到，造成合格率不理想。

附图说明

以下，结合附图来更加详细的说明本发明的内容，其中：

图1为根据本发明实施例1所制备得到的铁质合金平衡块测试的金相显微镜照片；

图2为本发明的铁质合金材料与传统高锰钢材料的平整度及最终得到平衡块的产品合格率对比图；

图3为本发明铁质合金材料的磁性能及成品合格率与传统高锰钢材料制备得到的平衡块产品的对比图。

具体实施方式

本发明的涉及的铁质合金材料，由于特别地涉及应用于压缩机平衡块的材料中，因此要求其具有无磁性能，此外，还应当具有一定的耐腐蚀性能及良好的平整度和抗变型性能。本发明提供的合金材料主要由锰(Mn)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)、镍(Ni)、钛(Ti)及铁组成。

铁(Fe)作为本发明材料的基础成分，因为其在自然界含量丰富而易得，其在材料的性能得到保障的前提下，希望其含量较高，但出于性能的考虑，必须添加一些辅助成分，以改善其性能。

锰(Mn)与铁的性质接近，在材料中加入锰，可以起到稳固奥氏体的作用，使材料的磁性下降，同时其耐腐蚀性高于铁，在一定程度上可以起到耐腐蚀的效果。

钼(Mo)、钒(V)、镍(Ni)、钛(Ti)是本发明涉及的铁质合金材料中添加的微量元素，其不仅可以起到常规合金材料中的提高合金材料耐磨性，腐蚀性的作用，而且，申请人经实验研究后发现，钼、钒、镍、钛等微量元素的加入，使得制备得到的材料中，能够保证合金材料中100％的奥氏体结构，其磁性能进一步下降，使其应用于空调平衡块时，磁导率更低，所产生的涡流极小，更加有利于空调压缩机的正常工作；同时，上述微量元素的配合使用，还能够增强熔炼时高温合金液体的流动性，使其在浇注及铸造平衡块类的扁平薄产品时能够达到更加优良的平整度，减少或免除了后期加工的程序，降低了制造成本，这些都是相比已有的平衡块产品或生产技术未取得的技术效果。

以下，通过非限定性实施例更将详细地描述本发明。

本发明采用铸造生铁、废钢作为熔炼合金材料的基础，并且按照所需配比称量电解锰以及一定配比的铬Cr、钼Mo、镍Ni、钒V、钛Ti合金元素在快速中频炉中进行熔炼，1360℃铁水温度开始合金化，化学成分分析达到要求后，1440℃炉口浇注，产品保温后，经表面处理工序后，产品检验合格入仓。

对于产品的测试，本发明采用LZ-640型高斯计作为磁感强度检查仪测定平衡块产品的磁感强度，使用大理石平台与塞尺测量产品的平整度情况；使用常规的金相显微镜对金相分布进行测试。

根据本发明所制备得到的铁质合金平衡块产品，金相测试结果100％奥氏体状的产品；所得到的平整度及无磁状况也较佳。

[实施例1]

实施例1中，在一定量的铸造生铁、废钢的基础上，称量占最终总合金材料重量百分比的电解Mn 15％，Mo 0.3％，Cr 0.5％，Ni 0.3％，V 0.1％及Ti 0.2％按照上述方法进行熔炼及后处理工序，最终得到了铁质合金材料。经检测，该铁质合金材料的主要组分为：

Mn：16.5％，Mo：0.3％，Cr：0.6％，Ni：0.4％，V：0.1％，Ti：0.2％，C：2.0％，Si：1％，S：0.05％，P：0.03；余量主要为铁和其余不可避免的杂质。

将上述制备得到的平衡块铁质合金产品进行金相测试，测试结果如图1所示，从金相照片中可见，在50倍和200倍放大的金相显微照片中，全部的金相组织为100％的奥氏体组织；经过磁性能检测，其磁感强度在1高斯以下，相对磁导率μ_r可达1.001。其平衡块的平整度极好，变形极小，在0.2mm以下。

[实施例2-5]

采用与实施例1相同的方法，只是调整各个元素在最终铁制合金材料中的比例。实施例2-5所制备得到的铁质合金材料产品的主要组分及各项性能参见表1。

表1铁质合金材料产品的主要组分及各项性能

从实施例2-5来看，在本发明的组分和配比范围内所制备得到的铁质合金产品，其磁性能，金相组织，平整度均能够达到平衡块应用的良好的标准；而对比例1中所采用的技术方案类似于背景技术中提到的文献CN1932288A中的合金配方，从性能对比结果来看，由于其Mo，Cr，Ni等微量合金添加元素，其磁性能以及合金材料的耐腐蚀性能均较差；同时其制备得到的平衡块产品表面平整度及整体抗变型性能均较差，整体产品的成品率低。

根据本发明的大量实验，将本发明所制备的扁平薄产品，特别是空调平衡块产品的合格率与传统高锰钢材料进行了对比，如图2和图3所示。从图中可见，传统高锰钢材料在作为扁平薄产品时，整体成品合格率、平整度合格率、以及无磁性合格率均与本发明所制备的产品存在较大差距，这更好的说明了本发明与传统材料相比所具有的优势。

尽管参照上述的实施例对于本发明已作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解可以基于本发明公开的内容进行修改或改进，并且这些修改和改进都在本发明的精神和范围之内。

Claims

1.一种铁质合金材料，以重量百分比计，由如下组分构成：锰(Mn)13％～20％、钼(Mo)0.1％～0.5％、铬(Cr)0.4％～0.8％、镍(Ni)0.2％～0.5％、钒(V)0.05％～0.15％，钛(Ti)0.1％～0.4％，碳(C)2.5％～2.8％、硅(Si)0.8～2.8％，硫(S)0.03％～0.1％以及磷(P)0.03％～0.08％，余量为Fe及不可避免的杂质；

所述铁质合金材料为100％的奥氏体结构。

2.根据权利要求1所述的铁质合金材料，其特征在于，所述材料应用于空调压缩机平衡块。

3.一种空调压缩机，其特征在于，使用权利要求1-2之一所述的铁质合金材料作为其压缩机中的平衡块。

4.一种制备如权利要求1-2之一所述的铁质合金材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：按照所述铁质合金材料的组分称取相应的铸造生铁，废钢，电解锰，以及所述铁质合金材料组分中相应的钼、铬、钒、镍以及钛，在快速中频炉中进行熔炼，在1300～1400℃下，合金组分熔化，并开始合金化，在1400℃～1500℃下炉口浇注，经保温及表面处理工序后得到所述的铁质合金材料；或者，按照所述铁质合金材料的组分，称取各个金属单质，按常规熔炼方法制备得到所述的铁质合金材料。