CN104032208B

CN104032208B - 绕动涡盘或固定涡盘的制造方法

Info

Publication number: CN104032208B
Application number: CN201410084146.9A
Authority: CN
Inventors: 朴载奉
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2034-03-07
Also published as: CN104032208A; KR20140110621A; US20140255233A1

Abstract

本发明提供一种绕动涡盘或固定涡盘用石墨铸铁及利用其的绕动涡盘或固定涡盘的制造方法，根据本发明的一实施例，以重量比为准，其包括：C:3.4～3.9%、Si:1.7～2.6%、Mn:0.2～0.8%、P:0.02～0.07%、S:0.01～0.03%、Ti:0.02～0.1%，及作为残余量的Fe及不可避免的不纯物，其CV率为50%以上。

Description

绕动涡盘或固定涡盘的制造方法

技术领域

本发明涉及一种绕动涡盘或固定涡盘用CV石墨铸铁及利用其的绕动涡盘或固定涡盘的制造方法,特别是涉及用于制造在涡旋压缩机中作为压缩部使用的绕动涡盘或固定涡盘的材质及利用其的制造方法。

背景技术

通常，涡旋压缩机是变化通过固定涡盘和相对所述固定涡盘进行绕动运动的绕动涡盘而形成的压缩室的体积，来压缩冷媒气体的压缩机。与往复式压缩机或旋转式压缩机相比，涡旋压缩机的效率高，震动及噪音少，可实现小型化及轻量化，因此，尤其广泛应用于空调设备上。

上述绕动涡盘及固定涡盘分别包括镜板部及涡卷部，所述涡卷部相对于镜板部螺旋形地延长，且相互吻合而形成压缩室。在这种涡旋压缩机中，影响运行效率的因素有多种，但其中之一就是所述涡卷部的高度及厚度的比例（H/T）。在规定范围内，涡卷部的厚度越薄高度越高，压缩机的压缩效率越高。

但是，整体压缩机的体积是规定的，增加高度是有限制的，因此，为了提高压缩效率，应减少厚度。但这又受到所述涡卷部材质硬度的限制。

以往的绕动涡盘或固定涡盘是利用灰铸铁，通过铸造方法制造的，但因灰铸铁的特性，在缩减厚度上受到限制。

发明内容

本发明是为了克服如上所述现有技术的问题点而提出的，其课题在于提供一种可以进步缩小涡卷部的厚度的绕动涡盘或固定涡盘用CV石墨铸铁，以代替以往的灰铸铁。

并且，本发明的又一课题在于提供一种利用上述CV石墨铸铁制造绕动涡盘或固定涡盘的方法。

为了达成上述技术课题，根据本发明的某一例子，提供一种绕动涡盘或固定涡盘用石墨铸铁，以重量比为准，其包括：C:3.4～3.9%、Si:1.7～2.6%、Mn:0.2～0.8%、P:0.02～0.07%、S:0.01～0.03%、Ti:0.02～0.1%，及残余量的Fe及不可避免的不纯物，且其CV率为50%以上。

以往的灰铸铁具备良好的铸造性、减震性及导热性，具备适合铸造的特性，但如上所述，具有强度及韧性较弱而耐磨性及耐冲击性较低的问题。并且，作为改善上述灰铸铁的物理特性的材质有球墨铸铁。球墨铸铁析出的石墨为球状，其耐磨性、耐热性、耐腐蚀性等良好，强度及韧性高，其切割性也好，因此，具有非常适合铸造的特征。但是，上述球墨铸铁的导热性较低，存在难以制造成复杂的形状的问题。

并且，在涡旋压缩机中，绕动涡盘或固定涡盘的形状也会对压缩效率带来很大影响。其中之一为，涡卷部的高度（H）及厚度（T）的比例。即，涡卷部的厚度越薄，高度越高，压缩机的气体压力容积变大，工作效率也变高。但是，增大压缩机的外形有限，涡卷部的高度受限，因此，为了提高压缩效率应缩小其厚度。但是，以往的灰铸铁具有如果缩小厚度则无法满足其强度要求的问题，就球墨铸铁来说，因铸造性的问题，将涡卷部铸造成具有较薄厚度的结构比较困难。

CV石墨铸铁是指在基体组织中析出的石墨的形状为片状石墨和球状石墨的中间形状的铸铁，也被称为蠕虫状石墨铸铁或紧密石墨铸铁。其具备灰铸铁和球墨铸铁的所有优点。因此，将具有上述特性的CV石墨铸铁作为绕动涡盘或固定涡盘的材质使用，则能够有效减少其厚度，从而可以提高涡旋压缩机的压缩效率。

在此，CV率是指相比于析出于组织内的石墨所具有的面积，CV化的石墨的面积的比例。本发明人进行研究的结果确认，上述CV率为50%以上时，适合做为涡旋压缩机的绕动涡盘或固定涡盘的材料使用。

根据本发明的又一例子，提供一种绕动涡盘或固定涡盘的制造方法，包括：以重量比为准，混合包括C:3.4～3.9%、Si:1.7～2.6%、Mn:0.2～0.8%、P:0.02～0.07%、S:0.01～0.03%、Ti:0.02～0.1%，及残余量的Fe的原料并熔炼，获得第一熔液的步骤；在所述第一熔液中投入球化剂，获得第二熔液的步骤；在注入有所述球化剂的所述第二熔液中注入反球化剂，获得第三熔液的步骤；利用铸模，铸造包含所述反球化剂的第三熔液获得半成品的步骤；及，对所述半成品进行机械加工而形成最终尺寸及形状的步骤。

在本发明的上述方案中，在制造CV石墨铸铁时，在注入球化剂而进行球化的状态下，注入反球化剂而阻止球化的进行，从而析出CV石墨。以往是使用送丝方法（wire feeding method）或注入蠕化剂（vermicular agent）而制造CV石墨铸铁，但其生产成本高，且存在很难控制适当比例的CV率的问题。但是，在本发明中使用上述球化剂及反球化剂，可容易生产CV石墨铸铁。

在此，所述球化剂为稀土类硅镁合金（FeSiMg6RE1）。此时，所述球化剂的添加量为第一熔液重量的0.5～0.9%。

并且，所述反球化剂是在将第二熔液注入至铸模的过程中注入。

并且，所述反球化剂以Si、S、O及Al为主要成分。所述反球化剂的添加量是第二熔液质量的0.01～0.02%。

并且，在注入所述球化剂的步骤中，将钡硅铁合金（FeSi72Ba2）作为孕育剂注入，注入所述孕育剂的含量是第一熔液质量的0.4～1.0%。

根据本发明的上述方案，通过将具备灰铸铁和球墨铸铁的优点的CV石墨铸铁作为绕动涡盘或固定涡盘的材料使用，在无刚性下降的情况下有效缩减涡卷部的厚度，从而可以提高涡旋压缩机的压缩效率。并且，因CV石墨铸铁的低密度，可减少压缩机的重量。

根据本发明的另一方案，通过依次使用球化剂及反球化剂可以制造CV石墨铸铁，因此，相比于以往使用送丝方法或者注入蠕虫剂的情况，可更容易地生产CV石墨铸铁。

附图说明

图1为表示本发明所述CV石墨铸铁的一实施例的内部结构的图。

图2为表示本发明所述CV石墨铸铁的另一实施例的内部结构的图。

具体实施方式

以下参照附图，对本发明所述CV石墨铸铁及其制造方法的实施例进行说明。

如上所述，在本发明的实施形态中，作为绕动涡盘或固定涡盘的材质使用 CV石墨铸铁，根据涡旋压缩机所要求的性能限定各个成分的适当范围。以下对各个成分进行说明。在此，在无特别标记的情况下，各个含量为重量比。

(1)碳(C)：3.4～3.9%

在本发明某一实施例所述CV石墨铸铁中，以重量比计算，碳（C）的含量为3.4～3.9%，也可以为3.5～3.9%，也可以为3.6～3.9%，也可以为3.4～3.5%。

存在于铸铁内部的碳是以石墨形态存在，或以Fe3C标记的碳化物（或carbide）形态存在。因此，如果碳含量少，则大部分碳会以碳化物的形态存在，球状石墨组织不容易呈现，因此，碳含量要添加3.4%以上，从而获得整体上均匀的球状石墨组织。另外，碳含量越高，凝固点越低，这虽然有助于铸造性的改善，但会导致石墨析出量过多，增加脆性，对拉伸强度带来不良影响。即，在碳饱和度（Sc）大约在0.8至0.9时,具有最佳拉伸强度，因此，将碳含量的上限值设为3.9%，可以获得良好的拉伸强度。

（2）硅(Si):1.7～2.6%

在本发明某一实施例所述CV石墨铸铁中，以重量比计算，硅(Si)的含量为1.7～2.6%，也可以为1.8～2.6%，也可以为2.1～2.6%，也可以是2.2～2.6%。

硅作为石墨化促进元素，其起到分解碳化物并使其析出为石墨的作用。即，硅的添加起到与增加碳量相同的效果。并且，硅还起到使得铸铁内存在的微细石墨组织生长为片状石墨组织的作用。如此生长的片状石墨组织通过镁或球化剂等的作用生成为球状石墨。特别是，贝氏体（bainite）基体组织的机械性能随Si含量的增加而提高。也就是说，如果大量添加硅，可以兼具强化贝氏体基体组织而提高拉伸强度的作用，这种效果在硅含量小于2.6%时更为突出。这是因为随着硅含量的增加，石墨的球径变小，铁素体（ferrite）量增加，从而可以促进贝氏体的转换。

也就是说，Si/C变大则石墨量减少，产生高硅引起的基体组织强化效果，从而可提高拉伸强度，这种效果在熔液中进行孕育处理（inoculation）的情况下更为明显。

但是，如果硅含量超过2.6%，则上述效果达到饱和。并且，如果硅含量过高，则会存在碳化物含量减少而降低材料的硬度及耐磨性，材料溶解变得困难的问题，不仅如此，还存在后续冷却过程中奥氏体结构转换为马氏体结构而导致脆性增加的问题。并且，硅含量越高，导热性越低，在冷却或加热过程中温度分布不均匀，从而增加残余应力。因此，将硅含量定为1.7～2.6%。

（3）锰(Mn)：0.2～0.8%

在本发明某一实施例所述CV石墨铸铁中，以重量比计算，锰(Mn)的含量为0.2～0.8%，也可以为0.2～0.52%，也可以为0.52～0.8%。

锰为抑制碳的石墨化的铸铁白口化促进元素，起到稳定化合碳（即碳化铁）的作用。并且，锰抑制铁素体的析出，微细化珠光体（pearlite），因此，可用于对铸铁的基体组织进行珠光体化的工程中。特别是，锰可以与铸铁中的硫结合而制造硫化锰，该硫化锰浮到熔液表面作为熔渣被去除，或者在凝固后作为非金属夹杂物残留在铸铁中，防止硫化铁的生成。也就是说，锰也作为中和硫的影响的元素使用。为了促进珠光体化及去除硫成分，锰的含量为0.2～0.8%。

（4）磷(P)：0.02～0.07%

在本发明某一实施例所述CV石墨铸铁中，以重量比计算，磷(P)的含量为0.02～0.07%，也可以为0.02～0.06%，也可以为0.06～0.07%。

磷形成磷化铁（Fe3P）化合物，与铁素体、碳化铁一同作为三元共晶斯氏体（steadite）存在。所述磷化铁容易出现过冷现象，在铸件中容易引起偏析。因此，磷含量越多其脆性更高，拉伸强度急剧下降。因此，磷含量在0.02～0.07%以下。

（5）硫(S)：0.01～0.03%

在本发明某一实施例所述CV石墨铸铁中，以重量比计算，硫(S)的含量为0.01～0.03%，也可以为0.012～0.02%，也可以为0.013～0.019%。

硫添加的量越大，熔液的流动性越是降低，增加其收缩量，也会成为产生收缩孔或龟裂的原因。因此，尽量少量包含硫为佳。但是，如果含量为0.01～0.03%范围，则上述不良影响就会不太明显，因此，控制在以上含量范围内。

（6）钛(Ti)：0.02～0.1%

在本发明某一实施例所述CV石墨铸铁中，以重量比计算，钛(Ti)的含量为0.02～0.1%，也可以为0.02～0.06%，也可以为0.06～0.1%。

钛用来微细化石墨、促进珠光体的形成，提高珠光体的高温稳定性。并且，钛对于熔液的脱酸、脱氮作用较强。因此，添加钛，则可以加快石墨化。钛使得石墨的尺寸变小，因此，可以提高拉伸强度，防止冷硬（chill）化，提高耐磨性。为此，钛含量为0.02～0.1%。

混合具有上述特性的元素，可以制造本发明所述CV石墨铸铁，其可以用于涡旋压缩机的绕动涡盘或固定涡盘的制造。以下，对其制造工序进行说明。

（1）熔炼(smelting)

选择适当比例的上述元素而制备原料，将其放入中频感应炉（middle frequency induction furnace）中加热至原料全部熔解后进行熔炼。利用铁水包取出熔炼的第一熔液，此时，从炉中取出第一熔液的温度为约1500～1540℃。

（2）球化处理及孕育处理（inoculation）

在上述熔炼步骤中熔炼而装在铁水包中的第一熔液中接种用于石墨球化的球化剂及孕育剂（接种剂）。此时，作为球化剂可以使用包括促进石墨球化的元素Mg、Ca及稀土类（RE）的物质，具体地，可以添加包括Mg：5.5-6.5%、Si：44-48%、Ca：0.5-2.5%、AL<1.5%、RE：0.8-1.5%等成分的稀土类硅铁镁合金（FeSiMg6RE1），其添加量为第一熔液质量的0.5～0.9%。

另外，孕育处理能够产生较多的石墨核从而促进石墨化，均匀化石墨的分布而有利于增强强度，作为孕育剂可以使用钡硅铁合金（FeSi72Ba2），其添加量为所述第一熔液质量的0.4～1.0%。

（3）反球化处理

在完成了球化处理及孕育处理的第二熔液中注入反球化剂从而停止球化的进行。此时，作为反球化剂，可以使用其主要成分包括Si、S、O、Al的物质，其添加量为第二熔液质量的0.01～0.02%。

（4）铸造(casting)

将上述投入有反球化剂的第三熔液注入至预先以具有所需形态的腔体（cavity）而制造的铸模中，然后进行冷却。此时，所述反球化剂可以直接注入至铁水包中，也可以在将第二熔液注入至铸模的上述步骤中一同注入。

（5）机械加工（Machining）

对在上述铸造步骤中获得的半成品进行研磨，进行机械加工使其具备最终尺寸及形状来完成。

以下表1为根据上述制造方法制造的六个实施例的组成及测量的CV率。以下六个实施例中仅使硫（S）的含量、球化剂及反球化剂的注入比例不同，可知都具备50%以上的CV率。在此，上述实施例中的C、Si、Mn、P及Ti含量如下表2。

【表1】

实施例	S	球化剂	反球化剂	CV率
					1	0.012	0.58	0.011	75%
2	0.019	0.75	0.011	65%
					3	0.013	0.75	0.011	55%
4	0.019	0.58	0.02	63%
					5	0.019	0.58	0.011	50%
6	0.012	0.58	0.02	78%
					7	0.013	0.75	0.02	85%
8	0.016	0.68	0.011	65%

【表2】

成分	C	Si	Mn	P	Ti
						含量	3.4	2.2	0.52	0.06	0.06

并且，图1及图2分别表示上述实施例中两个实施例的内部组织的照片，可以看出都包含适当范围的CV石墨铸铁。

Claims

1.一种绕动涡盘或固定涡盘的制造方法，其特征在于，包括：

以重量比为准，混合包括C:3.4～3.9％、Si:1.7～2.6％、Mn:0.2～0.8％、P:0.02～0.07％、S:0.01～0.03％、Ti:0.02～0.1％，及残余量的Fe的原料并进行熔炼，获得第一熔液的步骤；

在所述第一熔液中投入球化剂，获得第二熔液的步骤；

在注入有球化剂的所述第二熔液中注入反球化剂，获得第三熔液的步骤；

利用铸模，铸造含有上述反球化剂的第三熔液，获得半成品的步骤；及，

对所述半成品进行机械加工而形成最终尺寸及形状的步骤。

2.根据权利要求1所述的绕动涡盘或固定涡盘的制造方法，其中，所述球化剂为稀土类硅镁合金。

3.根据权利要求2所述的绕动涡盘或固定涡盘的制造方法，其中，所述球化剂的添加量为所述第一熔液重量的0.5～0.9％。

4.根据权利要求1所述的绕动涡盘或固定涡盘的制造方法，其中，所述反球化剂是在将所述第二熔液注入至所述铸模的过程中注入。

5.根据权利要求1所述的绕动涡盘或固定涡盘的制造方法，其中，所述反球化剂以Si、S、O及Al为主要成分。

6.根据权利要求5所述的绕动涡盘或固定涡盘的制造方法，其中，所述反球化剂的添加量是所述第二熔液质量的0.01～0.02％。

7.根据权利要求1所述的绕动涡盘或固定涡盘的制造方法，其中，在注入所述球化剂的步骤中，将钡硅铁合金作为孕育剂注入。

8.根据权利要求7所述的绕动涡盘或固定涡盘的制造方法，其中，所述孕育剂的注入量为所述第一熔液质量的0.4～1.0％。