CN103484732B

CN103484732B - 一种离心制冷压缩机叶轮合金材料及其制备方法

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Publication number: CN103484732B
Application number: CN201310422798.4A
Authority: CN
Inventors: 杨天帆; 陈红兵
Original assignee: Chongqing General Industry Group Co Ltd
Current assignee: Chongqing General Industry Group Co Ltd
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2033-09-16
Also published as: CN103484732A

Abstract

本发明公共了一种离心制冷压缩机叶轮合金材料，所述合金材料包括下述重量百分比的成分：Si8～10%、Cu1～2%、Mg0.2～0.5%、Zr＜0.3%、Fe＜0.3%、Zn＜0.2%、Ti＜0.1%、余量的Al及杂质元素。本发明的材料综合性能优于现有国内铸造铝合金材料，除铝、硅、铜、镁外，其它元素含量控制在小于1.5%，国内铸造铝合金要求其它元素含量控制在1%以内（GB/T1173‑1995），熔炼简单，操作方便，不需高纯炉料，经一般热处理后，就可获得良好的综合机械性能指标，本发明工艺简单，成本低，仅锻造铝合金的1/4，适于批量生产。

Description

一种离心制冷压缩机叶轮合金材料及其制备方法

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种离心制冷压缩机叶轮合金材料及其制备方法。

背景技术

叶轮是离心制冷压缩机的心脏，高速旋转件，设计要求其在270米/秒线速度超速运转试验，不得有任何变形。叶轮材料普遍采用合金钢锻件铣削焊接或铆接成型，也可采用铝合金锻件铣削焊接成型，上两种方式的缺点是：成本高，加工工艺复杂，制作周期长，不利于批量生产，特别是合金钢比重较大，影响转子组转动惯量，长期运转稳定性差。

在这种背景下，需要研制出一种新型铸造铝合金，要求：①较小的室温和高温变形性能，②较高的强度和韧性，③较好的工艺性（流动性好、抗杂质能力强），④较宽的温度间隔，⑤抗氟利昂腐蚀（R134a），⑥通过280米/秒线速度超速运转试验。经过几年的研制，和十几年的机组运行，证明ZL9-1.5合金材料完全满足以上要求。综合性能优于国内任何铝合金牌号，甚至超过俄罗斯的A14M和美国的A357材料，是离心制冷压缩机叶轮比较理想的一种材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型铸造铝合金代替合金钢或铝合金锻件制造离心制冷压缩机叶轮材料及其制备方法。

本发明的技术方案：一种离心制冷压缩机叶轮合金材料，所述合金材料包括下述重量百分比的成分：Si8～10%、Cu1～2%、Mg0.2～0.5%、Zr＜0.3%、Fe＜0.3%、Zn＜0.2%、Ti＜0.1%、余量的Al及杂质元素。

作为优选，所述合金材料包括下述重量百分比的成分：Si9%、Cu1.5%、Mg0.3%、Zr＜0.3%、Fe＜0.3%、Zn＜0.2%、Ti＜0.1%、余量的Al及杂质元素。

进一步的，所述杂质元素＜0.6%。

进一步的，所述离心制冷压缩机叶轮合金材料的制备方法，包括以下步骤：

a、合金熔炼：

在坩埚内均匀涂覆滑石粉和水玻璃；

升温后加入预热至200～300℃的铝锭、含铜50%的Al-Cu中间合金及含硅25%的Al-Si中间合金，占总重量的60～70%，升温至其溶化后加入剩余铝锭；

待炉温升至700～720℃时，将预热至200～300℃的Mg压入，熔化完毕；将炉温升至730～750℃，将预热至200～300℃的精炼剂压入铝液，缓慢均匀搅拌，待除气精炼作用完毕后，扒净炉渣；

当炉温达到740～760℃时，将预热至200～300℃的变质剂均匀撒在金属液面上，静置8～10分钟后，压入坩锅中部，上下缓慢搅拌8～12分钟，制得合金熔体；

将合金熔体浇铸至模具中，制得合金铸件；

b、合金热处理：将铸件放入热处理炉中进行固溶，温度控制在（520～540）±5℃，保温时间6～8小时，水淬、人工时效，制得合金材料。

作为优选，步骤a中所述精炼剂选用六氯乙烷精炼剂，主要成分为C₂Cl₆，按炉料重量的0.5%准备。

作为优选，所述a中所述变质剂选用三元变质剂，主要成分为NaF、NaCl和K₂ZrF₆，按炉料重量的1%准备。

进一步的，所述步骤a中浇铸温度控制在720～740℃。

进一步的，所述步骤b中铸件在200℃进入热处理炉，升温速度≤150℃/小时。

进一步的，所述步骤b中水淬工艺为：热处理后的铸件淬入50～80℃的水中，铸件出炉至入水时间控制在15秒内。

进一步的，所述步骤b中人工时效工艺为：温度165±5℃，保温3.5～4.5小时，空冷。

本发明材料性能指标如下：

1、合金单铸试棒（金属型）机械性能

通过上100炉以上机械性能分析、统计：Rm：320～380MPa，Rel：235～280MPa，A（%）：3～8，HB:90～110。

2、本体机械性能

根据图1中1～4部位采样测试数据如下：

本体取样其机械性能高于国家标准GB/T9483-1999规定。

3、合金物理性能

（1）耐蚀：通过工艺试验和长期的机组运转，证明该合金耐氟利昂。

（2）宏观组织：外观成型良好，无可见缺陷。加工表面针孔度达JB/T7946.3-1995标准2级以上。

（3）内部质量：经X射线照相检查无可见缺陷。针孔度达到GB/T11346-1989和HB657-1992标准2级以上。

本发明的有益效果：

1、本发明的材料综合性能优于现有国内铸造铝合金材料，除铝、硅、铜、镁外，其它元素含量控制在小于1.5%，国内铸造铝合金要求其它元素含量控制在1%以内（GB/T1173-1995），熔炼简单，操作方便，不需高纯炉料，经一般热处理后，就可获得良好的综合机械性能指标。

2、本发明材料结晶温度间隔宽、抗热裂倾向强，适于厚薄不均的复杂铸件，若用低压铸造，则可防止分散缩孔缺陷。

3、本发明材料抗氟利昂和海水腐蚀能力强。

4、本发明工艺简单，成本低，仅锻造铝合金的1/4，适于批量生产。

附图说明

图1为本发明材料本体机械性能测试的叶轮局部结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员详细了解本发明的生产工艺和技术效果，下面以具体的生产实例来进一步介绍本发明的应用和技术效果。

实施例1

一种离心制冷压缩机叶轮合金材料，所述合金材料包括下述重量百分比的成分：Si8%、Cu2%、Mg0.5%、Zr0.3%、Fe0.3%、Zn0.2%、Ti0.1%、余量的Al及杂质元素。

所述离心制冷压缩机叶轮合金材料的制备方法，包括以下步骤：

a、合金熔炼：

在坩埚内均匀涂覆滑石粉和水玻璃；

升温后加入预热至200℃的铝锭、含铜50%的Al-Cu中间合金及含硅25%的Al-Si中间合金，占总重量的60%，升温至其溶化后加入剩余铝锭；

待炉温升至700℃时，将预热至200℃的Mg压入，熔化完毕；将炉温升至730℃，将预热至200℃的精炼剂（SRWJ1型六氯乙烷精炼剂，按炉料重量的0.5%准备）压入铝液，缓慢均匀搅拌，待除气精炼作用完毕后，扒净炉渣；

当炉温达到740℃时，将预热至200℃的变质剂（SRNB3型三元变质剂，主要成分为NaF、NaCl和K2ZrF6，按炉料重量的1%准备）均匀撒在金属液面上，静置8分钟后，压入坩锅中部，上下缓慢搅拌8分钟，制得合金熔体；

将合金熔体浇铸至模具中，温度控制在720℃，制得合金铸件；

b、合金热处理：将铸件在200℃下放入热处理炉中进行固溶，升温速度110℃/小时；温度控制在515℃，保温时间6小时；热处理后的铸件淬入50℃的水中，铸件出炉至入水时间控制在15秒内；人工时效：温度160℃，保温3.5小时，空冷，制得合金材料。

实施例2

一种离心制冷压缩机叶轮合金材料，所述合金材料包括下述重量百分比的成分：Si10%、Cu1%、Mg0.2%、Zr0.2%、Fe0.2%、Zn0.1%、Ti0.05%、余量的Al及杂质元素。

a、合金熔炼：

在坩埚内均匀涂覆滑石粉和水玻璃；

升温后加入预热至300℃的铝锭、含铜50%的Al-Cu中间合金及含硅25%的Al-Si中间合金，占总重量的70%，升温至其溶化后加入剩余铝锭；

待炉温升至720℃时，将预热至300℃的Mg压入，熔化完毕；将炉温升至750℃，将预热至300℃的精炼剂（SRWJ1型六氯乙烷精炼剂，按炉料重量的0.5%准备）压入铝液，缓慢均匀搅拌，待除气精炼作用完毕后，扒净炉渣；

当炉温达到760℃时，将预热至300℃的变质剂（SRNB3型三元变质剂，主要成分为NaF、NaCl和K2ZrF6，按炉料重量的1%准备）均匀撒在金属液面上，静置10分钟后，压入坩锅中部，上下缓慢搅拌12分钟，制得合金熔体；

将合金熔体浇铸至模具中，温度控制在740℃，制得合金铸件；

b、合金热处理：将铸件在200℃下放入热处理炉中进行固溶，升温速度150℃/小时；温度控制在545℃，保温时间8小时；热处理后的铸件淬入80℃的水中，铸件出炉至入水时间控制在15秒内；人工时效：温度170℃，保温4.5小时，空冷，制得合金材料。

实施例3

一种离心制冷压缩机叶轮合金材料，所述合金材料包括下述重量百分比的成分：Si9%、Cu1.5%、Mg0.3%、Zr0.25%、Fe0.25%、Zn0.15%、Ti0.1%、余量的Al及杂质元素。

a、合金熔炼：

在坩埚内均匀涂覆滑石粉和水玻璃；

升温后加入预热至250℃的铝锭、含铜50%的Al-Cu中间合金及含硅25%的Al-Si中间合金，占总重量的65%，升温至其溶化后加入剩余铝锭；

待炉温升至710℃时，将预热至250℃的Mg压入，熔化完毕；将炉温升至740℃，将预热至250℃的精炼剂（SRWJ1型六氯乙烷精炼剂，按炉料重量的0.5%准备）压入铝液，缓慢均匀搅拌，待除气精炼作用完毕后，扒净炉渣；

当炉温达到750℃时，将预热至250℃的变质剂（SRNB3型三元变质剂，主要成分为NaF、NaCl和K2ZrF6，按炉料重量的1%准备）均匀撒在金属液面上，静置9分钟后，压入坩锅中部，上下缓慢搅拌10分钟，制得合金熔体；

将合金熔体浇铸至模具中，温度控制在730℃，制得合金铸件；

b、合金热处理：将铸件在200℃下放入热处理炉中进行固溶，升温速度130℃/小时；温度控制在530℃，保温时间7小时；热处理后的铸件淬入60℃的水中，铸件出炉至入水时间控制在15秒内；人工时效：温度165℃，保温4小时，空冷，制得合金材料。

实施例4

一种离心制冷压缩机叶轮合金材料，所述合金材料包括下述重量百分比的成分：Si8.5%、Cu2%、Mg0.4%、Zr0.15%、Fe0.15%、Zn0.2%、Ti0.1%、余量的Al及杂质元素。

a、合金熔炼：

在坩埚内均匀涂覆滑石粉和水玻璃；

升温后加入预热至280℃的铝锭、含铜50%的Al-Cu中间合金及含硅25%的Al-Si中间合金，占总重量的60%，升温至其溶化后加入剩余铝锭；

待炉温升至715℃时，将预热至280℃的Mg压入，熔化完毕；将炉温升至745℃，将预热至280℃的精炼剂（SRWJ1型六氯乙烷精炼剂，按炉料重量的0.5%准备）压入铝液，缓慢均匀搅拌，待除气精炼作用完毕后，扒净炉渣；

当炉温达到755℃时，将预热至280℃的变质剂（SRNB3型三元变质剂，主要成分为NaF、NaCl和K2ZrF6，按炉料重量的1%准备）均匀撒在金属液面上，静置10分钟后，压入坩锅中部，上下缓慢搅拌11分钟，制得合金熔体；

将合金熔体浇铸至模具中，温度控制在735℃，制得合金铸件；

b、合金热处理：将铸件在200℃下放入热处理炉中进行固溶，升温速度140℃/小时；温度控制在540℃，保温时间7小时；热处理后的铸件淬入70℃的水中，铸件出炉至入水时间控制在15秒内；人工时效：温度168℃，保温4.2小时，空冷，制得合金材料。

实施例5

一种离心制冷压缩机叶轮合金材料，所述合金材料包括下述重量百分比的成分：Si9.5%、Cu1%、Mg0.45%、Zr0.1%、Fe0.1%、Zn0.1%、Ti＜0.05%、余量的Al及杂质元素。

a、合金熔炼：

在坩埚内均匀涂覆滑石粉和水玻璃；

升温后加入预热至230℃的铝锭、含铜50%的Al-Cu中间合金及含硅25%的Al-Si中间合金，占总重量的60%，升温至其溶化后加入剩余铝锭；

待炉温升至705℃时，将预热至230℃的Mg压入，熔化完毕；将炉温升至735℃，将预热至230℃的精炼剂（SRWJ1型六氯乙烷精炼剂，按炉料重量的0.5%准备）压入铝液，缓慢均匀搅拌，待除气精炼作用完毕后，扒净炉渣；

当炉温达到745℃时，将预热至230℃的变质剂（SRNB3型三元变质剂，主要成分为NaF、NaCl和K2ZrF6，按炉料重量的1%准备）均匀撒在金属液面上，静置8分钟后，压入坩锅中部，上下缓慢搅拌9分钟，制得合金熔体；

将合金熔体浇铸至模具中，温度控制在725℃，制得合金铸件；

b、合金热处理：将铸件在200℃下放入热处理炉中进行固溶，升温速度120℃/小时；温度控制在525℃，保温时间6小时；热处理后的铸件淬入60℃的水中，铸件出炉至入水时间控制在15秒内；人工时效：温度162℃，保温3.7小时，空冷，制得合金材料。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种离心制冷压缩机叶轮合金材料的制备方法，其特征在于，所述合金材料包括下述重量百分比的成分：Si 8～10％、Cu 1～2％、Mg 0.2～0.5％、Zr＜0.3％、Fe＜0.3％、Zn＜0.2％、Ti＜0.1％、余量的Al及杂质元素，制备方法包括以下步骤：

a、合金熔炼：

在坩埚内均匀涂覆滑石粉和水玻璃；

升温后加入预热至200～300℃的铝锭、含铜50％的Al-Cu中间合金及含硅20％的Al-Si中间合金，占总重量的60～70％，升温至其溶化后加入剩余铝锭；

将合金熔体浇铸至模具中，制得合金铸件；

b、合金热处理：将铸件放入热处理炉中进行固溶，温度控制在(520～540)±5℃，保温时间6～8小时，水淬、人工时效，制得合金材料；

其中，步骤a中所述精炼剂为六氯乙烷精炼剂，主要成分为C₂Cl₆，按炉料重量的0.5％准备；所述a中所述变质剂为三元变质剂，主要成分为NaF、NaCl和K₂ZrF₆，按炉料重量的1％准备。

2.根据权利要求1所述的一种离心制冷压缩机叶轮合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤a中浇铸温度控制在720～740℃。

3.根据权利要求1所述的一种离心制冷压缩机叶轮合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤b中铸件在200℃进入热处理炉，升温速度≤150℃/小时。

4.根据权利要求1所述的一种离心制冷压缩机叶轮合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤b中水淬工艺为：热处理后的铸件淬入50～80℃的水中，铸件出炉至入水时间控制在15秒内。

5.根据权利要求1所述的一种离心制冷压缩机叶轮合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤b中人工时效工艺为：温度165±5℃，保温3.5～4.5小时，空冷。