CN104294176A - 不锈钢无磁材料及由其制成的平衡块 - Google Patents

Abstract

本发明属于无磁材料技术领域，特别涉及一种不锈钢无磁材料，其成分按重量百分比计为：C：≤0.7%；Si：0.7～1.0%；Mn：7.5～12%；P：≤0.045%；S：≤0.040%；Cr：10.0～15.0%；Ni：0.9～1.1%；N：0.18～0.3%；余量为Fe。相对于现有技术，本发明通过合理的选择各元素及其含量，使得本发明的不锈钢无磁材料的剩磁在1.0高斯以下，其在800℃以下性能不发生变化，而且由其制成的平衡块的密度较大，即重量与体积比较大，因此适用性较强，而且成本较低。

Description

不锈钢无磁材料及由其制成的平衡块

技术领域

本发明属于无磁材料技术领域，特别涉及一种不锈钢无磁材料及由其制成的平衡块。

背景技术

由于偏心轴质量的不平衡，压缩机在旋转过程中会引起振动。为平衡偏心轴质量，需要在其适当位置加上重量平衡块。因此，平衡块是压缩机转子的重要部件，可起到平衡、降噪、减振的作用。但是，由于压缩机空间的限制，一般需要采用密度较大的黄铜平衡块。但是，黄铜平衡块的价格较高，使得压缩机的成本提高。

为了降低平衡块的成本，可以选择密度相对较大、价格相对较低的铸铁和钢，但是普通铸铁或钢组织中含有大量的铁素体和/或马氏体，而铁素体和马氏体都是有磁性的。若以含有大量的铁素体和/或马氏体的普通铸铁或者钢作为平衡块，那么压缩机运转时，平衡块在受到电磁场作用时会产生涡流损耗，导致电机扭矩下降，影响压缩效率。如果压缩机机种越大，所配平衡块也越高，这种影响就越大。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种不锈钢无磁材料，其剩磁低，成本也较低。

为了实现上述目的，本发明所采用如下技术方案：

不锈钢无磁材料，所述无磁材料的成分按重量百分比计为：

余量为Fe。

其中，Fe作为本发明材料的基础成分，其具有成本低廉的优势，从降低成本的角度看，人们一般希望其含量越高越好，但是出于性能的考虑，还需要添加一些辅助成分，使其性能更好。

C的重量百分比含量小于或等于0.7％，C能够起到在熔炼期间的脱氧剂的功能，而且C对稳定奥氏体组织具有良好的作用，使材料不具有磁性，若C的含量超过0.7％时，则C容易与Cr反应生成Cr的碳化物，生成的Cr碳化物周边的Cr缺乏，容易引起粒界腐蚀，降低强度和韧性。

Si的重量百分比含量为0.7％～1.0％，Si的作用主要是脱氧，但是若存在大量的Si会降低强度和韧性。

Mn的重量百分比含量为7.5％～9.0％，Mn和Si一样也是有用的脱氧元素，而且由于Mn和Fe属于同一周期的相邻元素，性质非常接近，在Fe中混入Mn，可以起到稳固奥氏体的作用，使材料不具有磁性，同时，Mn的耐腐蚀性要远强于Fe，用其替代部分的镍，可达到无磁性、耐腐蚀的效果，而且，用Mn取代部分的Ni还具有成本更低的优势，此外，由于Mn的熔点远低于Ni的熔点，因此便于合金的熔炼，但当其过量存在时会使冲击强度及拉伸延展性等机械性质下降。

P的重量百分比含量小于或等于0.045％，P在晶界的偏析会降低热加工性和冷加工性。

S的重量百分比含量小于或等于0.040％；在材料中加入S可以提高材料的可切削性，但其含量不能太高，因为S在晶界的偏析也会降低热加工性和冷加工性。

Cr的重量百分比含量为12.0％～15.0％；Cr是形成α相的主要元素，其还可以增强材料的防锈效果、抗氧化和耐腐蚀性能，而且可以防止Ni的析出，但是，由于Cr是铁素体相稳定化元素，所以若添加过多，则会使奥氏体相不稳定而阻碍非磁性化。

Ni的重量百分比含量为0.9％～1.1％，镍铬合金具有抗氧化性好、强度高和耐腐蚀等优点，因此，在材料中引入部分的镍可以与铬一起发挥协同作用而提高上述性质。

N的重量百分比含量为0.18％～0.3％，N对稳定奥氏体组织具有良好的作用，使材料不具有磁性。而且N能够固溶于奥氏体相中，有效的提高不锈钢的强度和耐应力腐蚀破裂性。

本发明主要以Mn、Ni和N来扩大和稳定奥氏体区，使合金获得单一稳定的奥氏体组织，以满足材料的无磁性能。

作为本发明不锈钢无磁材料的一种改进，所述无磁材料的成分按重量百分比计为：

余量为Fe。

作为本发明不锈钢无磁材料的一种改进，所述无磁材料的剩磁在1.0高斯以下。

相对于现有技术，本发明通过合理的选择各组分及其含量，使得本发明的不锈钢无磁材料的剩磁在1.0高斯以下，其在800℃以下性能不发生变化，而且由其制成的平衡块的密度较大，即重量与体积比较大，因此适用性较强，而且成本较低。

本发明的另一个目的在于提供一种平衡块，该平衡块是由上述不锈钢无磁材料制成，其制备方法包括以下步骤：

第一步，先配制蜡料，然后采用射腊机制造腊胚；

第二步，选择模头对腊胚进行组树，组树后的模组放入清洗槽中脱脂，并用清水漂洗干净；

第三步，配制陶壳层浆料(耐火材料)，然后将模组徐徐浸入浆料中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组表面形成陶壳层；其中，取出模组后还可以用毛刷或者压缩空气将尖角、凹孔、窄缝及难涂部位涂刷(或吹)一遍。

第四步，对腊胚进行脱蜡处理，剩下的陶壳层形成型壳，然后对型壳进行焙烧，同时将不锈钢无磁材料熔融，然后将完全熔融的不锈钢无磁材料浇铸于型壳内，冷却后得到平衡块，最后再进行表面处理。

作为本发明平衡块的一种改进，第一步所述蜡料为石蜡和硬脂酸的混合物，二者的质量比为(1～5)：1，这两种物质混合而成的蜡料易溶，在后期容易被溶去而脱落；制造腊胚时的射腊压力为0.2MPa～0.4MPa，保压时间为1min～3min，温度为50℃～60℃。

作为本发明平衡块的一种改进，第二步中清洗槽中的清洗液为洗洁精或洗衣粉的水溶液，所述洗洁精或洗衣粉与水的重量比为(0.3～0.5)：100。

作为本发明平衡块的一种改进，第三步所述陶壳层材料包括30％～35％的硅溶胶液、20％～30％的莫来粉和35％～50％生耐火砂，所述硅溶胶液的模数为3～3.4，比重为1.31～1.34，所述莫来粉的粒径为150目～250目。实际制作时，陶壳层至少包括四层：面层、第二层、第三层和第四层，其中，面层和第二层为硅溶胶，第三层为过渡层，其所用到的浆料是通过将莫来粉与硅溶胶液液按照质量比(0.5～0.9)：1进行配制的，第四层为加固层，其所用到的浆料是通过将、莫来粉和硅溶胶液按照质量比(0.5～0.7)：(0.7～0.9)：1进行配制的，加固层还可以设置为多层。因此，在实际的制作过程中，第三步需要根据每层的材质进行多次的操作。

作为本发明平衡块的一种改进，第四步所述脱蜡是在蒸汽电炉中进行的，温度为150℃～170℃，压力为0.6MPa～1.0MPa。

作为本发明平衡块的一种改进，第四步所述表面处理是指用表面抛丸机对平衡块的铸造表面所产生的氧化皮进行清洗处理。

表面抛丸机是利用抛丸器抛出的高速弹丸清理或强化铸件表面的铸造设备，表面抛丸机能同时对铸件进行落砂、除芯和清理。

采用本发明的方法制备的平衡块具有高的尺寸精度(可达到4～6级)和表面光洁度(表面粗糙度可达到0.4～1.6μm)，可以节约大量的设备及加工，提高金属的利用率，并可减少铸件的切削加工余量，甚至可实现无余量铸造。而且采用本发明的方法还可以铸造形状复杂的铸件。

相对于现有技术，本发明的平衡块具备在强磁下不受干扰、产品剩磁低于1.0高斯的特点，而且，该平衡块还具有较大的密度，适用性强，当将其应用于压缩机中时，对压缩机的可靠性没有明显的不良影响，该平衡块在800℃以下性能不改变，而且由于该平衡块为不锈钢，因此在特种环境(如风吹雨淋日晒等环境)下可以正常使用，而且使用寿命较长，此外，本发明生产成本远低于黄铜材质的平衡块。

此外，本发明提供的不锈钢无磁材料还可以应用于机电、医疗器械、深海探测仪器和航空等诸多领域。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明的一个目的在于提供一种不锈钢无磁材料。

实施例1至4提供的不锈钢无磁材料的化学组成见表1。

表1：实施例1至4提供的不锈钢无磁材料的化学组成。

本发明的另一个目的在于提供一种采用上述不锈钢合金材料制成压缩机平衡块。

实施例5

本实施例提供的平衡块是由实施例1的不锈钢无磁材料制作而成的，该平衡块的制备方法包括以下步骤：

第一步，先配制蜡料：将石蜡和硬脂酸按照质量比1：1混合均匀配制成蜡料，然后采用射腊机制造腊胚，射腊时的各项参数为：射腊压力为0.3MPa，保压时间为2min，温度为55℃。

第二步，选择模头对腊胚进行组树，组树后的模组放入盛有洗洁精的水溶液的清洗槽中脱脂，并用清水漂洗干净，其中，洗洁精的水溶液中，洗洁精与水的质量比为0.4：100；

第三步，(1)将模组徐徐的浸入硅溶胶中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组表面形成面层；

(2)将经过步骤(1)处理的模组再次浸入硅溶胶中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组的面层表面形成第二层；

(3)将经过步骤(2)处理的模组浸入第一陶壳层浆料中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组的第二层的表面形成过渡层；该第一陶壳层浆料是通过将莫来粉与硅溶胶液按照质量比0.7：1进行配制而制成的，其中，硅溶胶液的模数为3.2，比重为1.32，莫来粉的粒径为200目。

(4)将经过步骤(3)处理的模组浸入第二陶壳层浆料中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组的过渡层的表面形成加固层；该第二陶壳层浆料是通过将生耐火砂、莫来粉和硅溶胶液按照质量比0.6：0.8：1进行配制而制成的；其中，硅溶胶液模数为3.2，比重为1.32，莫来粉的粒径为200目。

第四步，在温度为160℃、压力为0.8MPa的蒸汽电炉中进行脱蜡处理，剩下由第一层、第二层、过渡层和加固层共同组成的具有耐火性能的型壳，然后对脱蜡后的型壳进行焙烧，同时将不锈钢无磁材料在中频电炉中加热熔融，然后将完全熔融的不锈钢无磁材料浇铸于型壳内，冷却后得到平衡块，最后再用用表面抛丸机对平衡块的铸造表面所产生的氧化皮进行清洗处理。

实施例6

本实施例提供的平衡块是由实施例2的不锈钢无磁材料制作而成的，该平衡块的制备方法包括以下步骤：

第一步，先配制蜡料：将石蜡和硬脂酸按照质量比2：1混合均匀配制成蜡料，然后采用射腊机制造腊胚，射腊时的各项参数为：射腊压力为0.2MPa，保压时间为1min，温度为50℃。

第二步，选择模头对腊胚进行组树，组树后的模组放入盛有洗洁精的水溶液的清洗槽中脱脂，并用清水漂洗干净，其中，洗洁精的水溶液中，洗洁精与水的质量比为0.45：100；

第三步，(1)将模组徐徐的浸入硅溶胶中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组表面形成面层；

(2)将经过步骤(1)处理的模组再次浸入硅溶胶中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组的面层表面形成第二层；

(3)将经过步骤(2)处理的模组浸入第一陶壳层浆料中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组的第二层的表面形成过渡层；该第一陶壳层浆料是通过将莫来粉与硅溶胶液按照质量比0.8：1进行配制而制成的；其中，硅溶胶液的模数为3，比重为1.31，莫来粉的粒径为150目。

(4)将经过步骤(3)处理的模组浸入第二陶壳层浆料中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组的过渡层的表面形成加固层；该第二陶壳层浆料是通过将生耐火砂、莫来粉和硅溶胶液按照质量比0.7：0.9：1进行配制而制成的；其中，硅溶胶液的模数为3，比重为1.31，莫来粉的粒径为150目。

第四步，在温度为150℃、压力为0.7MPa的蒸汽电炉中进行脱蜡处理，剩下由第一层、第二层、过渡层和加固层共同组成的具有耐火性能的型壳，然后对脱蜡后的型壳进行焙烧，同时将不锈钢无磁材料在中频电炉中加热熔融，然后将完全熔融的不锈钢无磁材料浇铸于型壳内，冷却后得到平衡块，最后再用用表面抛丸机对平衡块的铸造表面所产生的氧化皮进行清洗处理。

实施例7

本实施例提供的平衡块是由实施例3的不锈钢无磁材料制作而成的，该平衡块的制备方法包括以下步骤：

第一步，先配制蜡料：将石蜡和硬脂酸按照质量比3：1混合均匀配制成蜡料，然后采用射腊机制造腊胚，射腊时的各项参数为：射腊压力为0.3MPa，保压时间为3min，温度为60℃。

第二步，选择模头对腊胚进行组树，组树后的模组放入盛有洗洁精的水溶液的清洗槽中脱脂，并用清水漂洗干净，其中，洗洁精的水溶液中，洗洁精与水的质量比为0.35：100；

第三步，(1)将模组徐徐的浸入硅溶胶中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组表面形成面层；

(2)将经过步骤(1)处理的模组再次浸入硅溶胶中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组的面层表面形成第二层；

(3)将经过步骤(2)处理的模组浸入第一陶壳层浆料中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组的第二层的表面形成过渡层；该第一陶壳层浆料是通过将莫来粉与硅溶胶液按照质量比0.6：1进行配制而制成的；其中，硅溶胶液的模数为3.4，比重为1.34，所述莫来粉的粒径为250目。

(4)将经过步骤(3)处理的模组浸入第二陶壳层浆料中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组的过渡层的表面形成加固层；该第二陶壳层浆料是通过将生耐火砂、莫来粉和硅溶胶液按照质量比0.5：0.7：1进行配制而制成的，其中，硅溶胶液的模数为3.4，比重为1.34，所述莫来粉的粒径为250目。

第四步，在温度为170℃、压力为0.9MPa的蒸汽电炉中进行脱蜡处理，剩下由第一层、第二层、过渡层和加固层共同组成的具有耐火性能的型壳，然后对脱蜡后的型壳进行焙烧，同时将不锈钢无磁材料在中频电炉中加热熔融，然后将完全熔融的不锈钢无磁材料浇铸于型壳内，冷却后得到平衡块，最后再用用表面抛丸机对平衡块的铸造表面所产生的氧化皮进行清洗处理。

实施例8

本实施例提供的平衡块是由实施例4的不锈钢无磁材料制作而成的，该平衡块的制备方法包括以下步骤：

第一步，先配制蜡料：将石蜡和硬脂酸按照质量比4：1混合均匀配制成蜡料，然后采用射腊机制造腊胚，射腊时的各项参数为：射腊压力为0.25MPa，保压时间为2.5min，温度为58℃。

第二步，选择模头对腊胚进行组树，组树后的模组放入盛有洗洁精的水溶液的清洗槽中脱脂，并用清水漂洗干净，其中，洗洁精的水溶液中，洗洁精与水的质量比为0.3：100；

第三步，(1)将模组徐徐的浸入硅溶胶中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组表面形成面层；

(2)将经过步骤(1)处理的模组再次浸入硅溶胶中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组的面层表面形成第二层；

(3)将经过步骤(2)处理的模组浸入第一陶壳层浆料中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组的第二层的表面形成过渡层；该第一陶壳层浆料是通过将莫来粉与硅溶胶液按照质量比0.5：1进行配制而制成的；其中硅溶胶液的模数为3.3，比重为1.32，莫来粉的粒径为180目。

(4)将经过步骤(3)处理的模组浸入第二陶壳层浆料中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组的过渡层的表面形成第一加固层；该第二陶壳层浆料是通过将生耐火砂、莫来粉和硅溶胶液按照质量比0.6：0.9：1进行配制而制成的；其中硅溶胶液的模数为3.3，比重为1.32，莫来粉的粒径为180目。

(5)将经过步骤(4)处理的模组再次浸入第二陶壳层浆料中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组的过渡层的表面形成第二加固层；

第四步，在温度为165℃、压力为0.95MPa的蒸汽电炉中进行脱蜡处理，剩下由第一层、第二层、过渡层、第一加固层和第二加固层共同组成的具有耐火性能的型壳，然后对脱蜡后的型壳进行焙烧，同时将不锈钢无磁材料在中频电炉中加热熔融，然后将完全熔融的不锈钢无磁材料浇铸于型壳内，冷却后得到平衡块，最后再用用表面抛丸机对平衡块的铸造表面所产生的氧化皮进行清洗处理。

用剩磁计测量实施例5至8提供的平衡块的剩磁，同时按照GB/T.2423.17-1993测试实施例5至8的平衡块的抗拉强度、延伸率、屈服强度、硬度和盐雾试验，所得结果见表2。

表2：实施例5至8提供的平衡块的性能测试结果。

由表2可以看出：采用本发明的不锈钢无磁材料制备的平衡块具有较低的剩磁，而且各项性能均能够满足平衡块的要求。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.不锈钢无磁材料，其特征在于，所述无磁材料的成分按重量百分比计为： 

余量为Fe。 

2.根据权利要求1所述的不锈钢无磁材料，其特征在于，所述无磁材料的成分按重量百分比计为： 

余量为Fe。 

3.根据权利要求1或2所述的不锈钢无磁材料，其特征在于：所述无磁材料的剩磁在1.0高斯以下。 

4.平衡块，其特征在于：所述平衡块由权利要求1至3任一项所述的不锈 钢无磁材料制成。 

5.根据权利要求4所述的平衡块，其特征在于，所述平衡块的制备方法包括以下步骤： 

第一步，先配制蜡料，然后采用射腊机制造腊胚； 

第二步，选择模头对腊胚进行组树，组树后的模组放入清洗槽中脱脂，并用清水漂洗干净； 

第三步，配制陶壳层浆料，然后将模组徐徐浸入浆料中至模组的浇口杯上缘，取出模组，干燥硬化，从而在模组表面形成陶壳层； 

第四步，对腊胚进行脱蜡处理，剩下的陶壳层形成型壳，然后对型壳进行焙烧，同时不锈钢无磁材料熔融，然后将完全熔融的不锈钢无磁材料浇铸于型壳内，冷却后得到平衡块，最后再进行表面处理。 

6.根据权利要求5所述的平衡块，其特征在于：第一步所述蜡料为石蜡和硬脂酸的混合物，二者的质量比为(1～5)：1；制造腊胚时的射腊压力为0.2MPa～0.4MPa，保压时间为1min～3min，温度为50℃～60℃。 

7.根据权利要求5所述的平衡块，其特征在于：第二步中清洗槽中的清洗液为洗洁精或洗衣粉的水溶液，所述洗洁精或洗衣粉与水的重量比为(0.3～0.5)：100。 

8.根据权利要求5所述的平衡块，其特征在于：第三步所述陶壳层浆料包括30％～35％的硅溶胶液、20％～30％的莫来粉和35％～50％生耐火砂，所述硅溶胶液的模数为3～3.4，比重为1.31～1.34，所述莫来粉的粒径为150目～250目。 

9.根据权利要求5所述的平衡块，其特征在于：第四步所述脱蜡处理是在蒸汽电炉中进行的，温度为150℃～170℃，压力为0.6MPa～1.0MPa。 

10.根据权利要求5所述的平衡块，其特征在于：第四步所述表面处理是指用表面抛丸机对平衡块的铸造表面所产生的氧化皮进行清洗处理。