CN107676264A - 旋转压缩机用活塞及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了旋转压缩机用活塞及其制备方法，其中，制备旋转压缩机用活塞的方法包括：提供20CrMnTi钢棒或者20CrMnTi钢管；根据活塞的内外径和高度对20CrMnTi钢棒或者所述20CrMnTi钢管进行切割，以便得到活塞坯；将所述活塞坯进行粗加工；将经过所述粗加工的活塞坯进行渗碳处理、淬火处理和回火处理，以便得到活塞预成品；以及将所述活塞预成品进行精加工，以便获得所述旋转压缩机用活塞。本发明提出的制备旋转压缩机用活塞的方法简单易行，能够显著降低旋转压缩机用活塞的制造成本和工业“三废”的排放，具有费料少、材料利用率以及环保等优点，且制备得到的旋转压缩机用活塞具有更加优异的耐磨性、表面光洁度，以及较好的抗疲劳性、抗腐蚀能力和较长的使用寿命。

Description

旋转压缩机用活塞及其制备方法
技术领域
本发明属于压缩机领域，具体而言，本发明涉及旋转压缩机用活塞及其制备方法。
背景技术
滚动活塞是旋转式压缩机关键部件之一，其与气缸、滑片、曲轴组成了压缩机压缩机构部。随着旋转式压缩机采用新型环保制冷剂及对效率和节能等要求的日益提高，对能适用于高负荷、高功率、高温、高压等严酷条件下的滚动活塞提出了更高要求。长期以来，滚动活塞的材料通常采用含有Ni、Mo、Cr合金元素的灰铸铁件。虽然这种材料能够满足压缩机使用要求，但是从制作性及成本方面，仍有很大改进空间。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出旋转压缩机用活塞及其制备方法。本发明提出的制备旋转压缩机用活塞的方法简单易行，能够显著降低旋转压缩机用活塞的制造成本和工业“三废”的排放，具有费料少、材料利用率以及环保等优点，且制备得到的旋转压缩机用活塞具有更加优异的耐磨性、表面光洁度，以及较好的抗疲劳性、抗腐蚀能力和较长的使用寿命。
本发明是基于以下发现完成的：
压缩机活塞的制造一般采用铸造的方法，先铸出活塞毛坯，再进行内孔、外圆及端面车削、最后径向磨削加工，因此铸造后的毛坯需要留有较多余量，活塞材料的利用率只有60％左右，制造过程复杂且成本高；同时，采用铸造方法制造活塞还会产生大量的“三废”，严重污染环境，且工作环境较差，对操作人员的身体健康极为不利。本发明中，发明人巧妙地采用20CrMnTi钢棒或者钢管为原料制备旋转压缩机用活塞，有效替代了传统采用铸造工艺制备灰铸铁活塞的方法，不仅简化了活塞的制备方法，还能提高原料的利用率，方便易行。
根据本发明的一个发明，本发明提出了一种制备旋转压缩机用活塞的方法，包括：
提供20CrMnTi钢棒或者20CrMnTi钢管；
根据活塞的内外径和高度对所述20CrMnTi钢棒或者所述20CrMnTi钢管进行切割，以便得到活塞坯；
将所述活塞坯进行粗加工；
将经过所述粗加工的活塞坯进行渗碳处理、淬火处理和回火处理，以便得到活塞预成品；以及
将所述活塞预成品进行精加工，以便获得所述旋转压缩机用活塞。
本发明上述实施例的制备旋转压缩机用活塞的方法不仅能够有效替代传统采用铸造工艺制备灰铸铁活塞的方法，而且还具有如下优点：第一、采用该方法不仅能够显著减轻对活塞内外径以及高度的粗加工工艺，使粗加工的切削量降低50％，还能显著降低制造成本和工业“三废”对环境造成的污染，具有简单易行、费料少、原料利用率高以及环保等优点。第二、采用该方法能够显著改善操作人员的工作环境，进而避免采用铸造方法制备活塞对操作人员的身体健康造成的不利影响。第三、采用20CrMnTi钢棒或20CrMnTi钢管为原料得到的活塞坯相对于灰铸铁具有更好的加工性能。第四、采用该方法制备得到的旋转压缩机用活塞具有更加优异的耐磨性、表面光洁度，以及较好的抗疲劳性、抗腐蚀能力和较长的使用寿命。
另外，根据本发明上述实施例的制备旋转压缩机用活塞的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述渗碳处理是在850-1000摄氏度的温度下进行0.5-4小时完成的。由此，可以使碳原子能够有效渗入到活塞坯的表面。
在本发明的一些实施例中，所述淬火处理的温度为800-930摄氏度，保温时间为1-2小时。由此，可以进一步使旋转压缩机用活塞具有优异的耐磨性、抗疲劳性、抗腐蚀能力和更长的使用寿命等性能。
在本发明的一些实施例中，所述回火处理的温度为350-550摄氏度。由此，可以有效消除淬火处理后活塞坯的残余应力，进而进一步使旋转压缩机用活塞具有优异的耐磨性、抗疲劳性、较高的冲击韧性和更长的使用寿命等性能。
在本发明的一些实施例中，经过所述渗碳处理后的活塞坯的渗碳层深度为0.15-1.0mm。由此，可以进一步使旋转压缩机用活塞具有优异的耐磨性、抗疲劳性、抗腐蚀能力和更长的使用寿命等性能。
在本发明的一些实施例中，所述旋转压缩机用活塞的硬度为HRC30-55。由此，可以进一步使旋转压缩机用活塞具有较好的耐磨性、较高的冲击韧性、抗疲劳性和更长的使用寿命等性能。
根据本发明的第二个方面，本发明还提出了一种旋转压缩机用活塞，所述旋转压缩机用活塞由本发明上述实施例的制备旋转压缩机用活塞的方法制备得到。
由此，本发明上述实施例的旋转压缩机用活塞不仅制备方法简单、费料少、原料利用率高、对环境污染小，而且还具有更加优异的耐磨性、表面光洁度，以及较好的抗疲劳性、抗腐蚀能力和较长的使用寿命。
根据本发明的第三个方面，本发明还提出了一种压缩机，所述压缩机具有本发明上述实施例的旋转压缩机用活塞。
由此，本发明中通过将具有更加优异的耐磨性和表面光洁度，以及较好的抗疲劳性和抗腐蚀能力的旋转压缩机用活塞用于压缩机，可以显著降低由于活塞故障而影响压缩机正常工作的现象，进而有效提高本发明上述实施例的压缩机的工作效率。
附图说明
图1是根本发明一个实施例的制备旋转压缩机用活塞的方法流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的一个发明，本发明提出了一种制备旋转压缩机用活塞的方法，如图1所示，包括：
提供20CrMnTi钢棒或者20CrMnTi钢管；根据活塞的内外径和高度对20CrMnTi钢棒或者20CrMnTi钢管进行切割，以便得到活塞坯；将活塞坯进行粗加工；将经过粗加工的活塞坯进行渗碳处理、淬火处理和回火处理，以便得到活塞预成品；以及将活塞预成品进行精加工，以便获得旋转压缩机用活塞。
根据本发明上述实施例的制备旋转压缩机用活塞的方法，可以根据活塞的内外径尺寸提供20CrMnTi钢棒或者钢管，并对该20CrMnTi钢棒或者钢管依次进行切割、粗加工、渗碳处理、淬火处理、回火处理以及精加工，得到旋转压缩机用活塞。本发明上述实施例的制备旋转压缩机用活塞的方法不仅能够有效替代传统采用铸造工艺制备灰铸铁活塞的方法，而且还具有如下优点：第一、采用该方法不仅能够显著减轻对活塞内外径以及高度的粗加工工艺，使粗加工的切削量降低50％，还能显著降低制造成本和工业“三废”对环境造成的污染，具有简单易行、费料少、原料利用率高以及环保等优点。第二、采用该方法能够显著改善操作人员的工作环境，进而避免采用铸造方法制备活塞对操作人员的身体健康造成的不利影响。第三、采用20CrMnTi钢棒或钢管为原料得到的活塞坯相对于灰铸铁具有更好的加工性能。第四、采用该方法制备得到的旋转压缩机用活塞具有更加优异的耐磨性、表面光洁度，以及较好的抗疲劳性、抗腐蚀能力和较长的使用寿命。
根据本发明的具体实施例，20CrMnTi渗碳钢的化学成分的重量百分比可以为：碳含量为0.17-0.23重量％，硅含量为0.17-0.37重量％，锰含量为0.80-1.10重量％，铬含量为1.00-1.30重量％，钛含量为0.04-0.10重量％。由此，可以进一步使由20CrMnTi渗碳钢制备得到的活塞坯具有良好的加工性能和加工变形小的优点，且淬火处理后仍具有较高的强度和韧性，进而可以进一步使旋转压缩机用活塞具有优异的耐磨性、抗疲劳性、抗腐蚀能力和更长的使用寿命等性能。
根据本发明的具体实施例，渗碳处理可以在850-1000摄氏度的温度下进行0.5-4小时完成的。发明人发现，当选用渗碳处理的温度过低时，即渗碳处理的温度小于800摄氏度时，碳原子不能有效深入活塞坯表面。当选用渗碳处理的温度过高时，即渗碳处理的温度大于1000摄氏度时，工件变形过大。本发明中通过采用上述渗碳处理条件，可以使碳原子能够有效渗入到活塞坯的表面，从而使经过后续淬火处理和回火处理后得到的活塞预成品表面层具有高硬度和耐磨性，而中心部分仍然保持低碳钢的韧性和塑性，进而能够进一步使旋转压缩机用活塞具有优异的耐磨性、抗疲劳性、抗腐蚀能力和更长的使用寿命等性能。
根据本发明的具体实施例，渗碳处理可以优选在900-940摄氏度的温度下进行，由此，可以进一步提高渗碳处理的效率，并使旋转压缩机用活塞具有优异的耐磨性、抗疲劳性、抗腐蚀能力和更长的使用寿命等性能。
根据本发明的具体实施例，通过采用上述渗碳处理条件对经过粗加工的活塞坯进行渗碳处理，可以使活塞坯的渗碳层深度达到0.15-1.0mm。由此，可以进一步提高旋转压缩机用活塞的表面硬度和耐磨性，并使旋转压缩机用活塞的中心部分仍然保持低碳钢的韧性和塑性，进而进一步使旋转压缩机用活塞具有优异的耐磨性、抗疲劳性、抗腐蚀能力和更长的使用寿命等性能。
根据本发明的具体实施例，淬火处理的温度可以为800-930摄氏度，保温时间可以为1-2小时。发明人发现，当淬火处理的温度小于800摄氏度时，材料达不到相变温度，硬度不能有效提高。当淬火处理的温度高于930摄氏度时，会使基体晶粒粗大，组织粗化，工件变形过大。本发明中通过采用上述淬火处理的温度，可以使制备得到的活塞预成品具有较好的硬度和韧性，进而可以进一步使最终制备得到的旋转压缩机用活塞具有优异的耐磨性、抗疲劳性、较高的冲击韧性和更长的使用寿命等性能。根据本发明的具体实施例，淬火处理的温度可以优选为850-880摄氏度，由此，可以进一步提高旋转压缩机用活塞的综合性能。
根据本发明的具体实施例，淬火处理可以为油淬。本发明中通过采用油淬可以进一步减小淬火处理后活塞坯的变形量，并使最终制备得到的旋转压缩机用活塞具有优异的表面光洁度、抗腐蚀能力和更长的使用寿命等性能。
根据本发明的具体实施例，回火处理的温度可以为350-550摄氏度。发明人发现，当采用回火处理的温度过低时，硬度过高；当采用回火处理的温度过高时，硬度会偏低，所以应该适当的控制回火温度。本发明中通过采用上述回火处理的温度，可以有效消除淬火处理后活塞坯的残余应力，使活塞预成品具有较高的强度以及较好的塑形和韧性，进而可以进一步使旋转压缩机用活塞具有优异的耐磨性、抗疲劳性、抗腐蚀能力和更长的使用寿命等性能。根据本发明的具体实施例，回火处理的温度可以优选为400-500摄氏度。由此，可以进一步提高旋转压缩机用活塞的综合性能。
根据本发明的具体实施例，依次采用本发明上述实施例的渗碳处理、淬火处理和回火处理条件对对经过粗加工的活塞坯进行渗碳处理、淬火处理和回火处理，可以使旋转压缩机用活塞的硬度达到HRC30-55。由此，可以进一步使旋转压缩机用活塞具有较好的耐磨性、较高的冲击韧性、抗疲劳性和更长的使用寿命等性能。
根据本发明的第二个方面，本发明还提出了一种旋转压缩机用活塞，旋转压缩机用活塞由本发明上述实施例的制备旋转压缩机用活塞的方法制备得到。
由此，本发明上述实施例的旋转压缩机用活塞不仅制备方法简单、费料少、原料利用率高、对环境污染小，而且还具有更加优异的耐磨性、表面光洁度，以及较好的抗疲劳性、抗腐蚀能力和较长的使用寿命。
根据本发明的第三个方面，本发明还提出了一种压缩机，压缩机具有本发明上述实施例的旋转压缩机用活塞。
由此，本发明中通过将具有更加优异的耐磨性和表面光洁度，以及较好的抗疲劳性和抗腐蚀能力的旋转压缩机用活塞用于压缩机，可以显著降低由于活塞故障而影响压缩机正常工作的现象，进而有效提高本发明上述实施例的压缩机的工作效率。
实施例1
根据活塞的内外径尺寸提供20CrMnTi钢管，并根据活塞的高度切割20CrMnTi钢管得到5组活塞坯，对活塞坯进行粗加工后依次进行渗碳处理、淬火处理和回火处理得到活塞预成品，对活塞预成品进行精加工，得到5组旋转压缩机用活塞。其中，渗碳处理在900-940摄氏度的温度下进行0.5-4小时完成的，淬火处理在830-880摄氏度下保温时间为1-2小时完成，回火处理的温度为300-350摄氏度。
对旋转压缩机用活塞的综合性能进行评价，评价结果如表1所示。其中，摩擦磨损实验是将制备得到的活塞与现行压缩机采用的不锈钢渗氮滑片副配进行的，摩擦实验载荷为200N，油温为100摄氏度，转速为640rpm，实验时间为100h。
实施例2
根据活塞的内外径尺寸提供20CrMnTi钢管，并根据活塞的高度切割20CrMnTi钢管得到5组活塞坯，对活塞坯进行粗加工后依次进行渗碳处理、淬火处理和回火处理得到活塞预成品，对活塞预成品进行精加工，得到5组旋转压缩机用活塞。其中，渗碳处理在900-940摄氏度的温度下进行0.5-4小时完成的，淬火处理在830-880摄氏度下保温时间为1-2小时完成，回火处理的温度为350-450摄氏度。
对旋转压缩机用活塞的综合性能进行评价，评价结果如表1所示。其中，摩擦磨损实验是将制备得到的活塞与现行压缩机采用的不锈钢渗氮滑片副配进行的，摩擦实验载荷为200N，油温为100摄氏度，转速为640rpm，实验时间为100h。
实施例3
根据活塞的内外径尺寸提供20CrMnTi钢管，并根据活塞的高度切割20CrMnTi钢管得到5组活塞坯，对活塞坯进行粗加工后依次进行渗碳处理、淬火处理和回火处理得到活塞预成品，对活塞预成品进行精加工，得到5组旋转压缩机用活塞。其中，渗碳处理在900-940摄氏度的温度下进行0.5-4小时完成的，淬火处理在830-880摄氏度下保温时间为1-2小时完成，回火处理的温度为450-550摄氏度。
对旋转压缩机用活塞的综合性能进行评价，评价结果如表1所示。其中，摩擦磨损实验是将制备得到的活塞与现行压缩机采用的不锈钢渗氮滑片副配进行的，摩擦实验载荷为200N，油温为100摄氏度，转速为640rpm，实验时间为100h。
对比例1
现行灰铸铁活塞的制备方法是，先根据活塞的内外径及高度尺寸，设计并制造铸造模具，然后采用灰铸铁铸造出5组活塞毛坯件，再进行粗加工，然后经过淬火处理，最后完成精加工，得到5组灰铸铁活塞。
对旋转压缩机用活塞的综合性能进行评价，评价结果如表1所示。其中，摩擦磨损实验是将制备得到的灰铸铁活塞与现行压缩机采用的不锈钢渗氮滑片副配进行的，摩擦实验载荷为200N，油温为100摄氏度，转速为640rpm，实验时间为100h。
表1旋转压缩机用活塞的综合性能
结果与结论：
从表1中可以看出，采用实施例1-3的方法制备旋转压缩机用活塞的原料利用率可达90％，而对比例1铸造方法制备灰铸铁的方法的原料利用率则仅为50％，因此本发明实施例的方法可以显著节省原材料，降低成本。其次，实施例1-3的方法制备得到活塞的表面光洁度可以达到现有灰铸铁同等水平。此外，从表1中还可以看出，实施例2得到的旋转压缩机用活塞与滑片配合较好，且活塞外径磨损与滑片头部磨损都很小，磨损形态也很好。实施例3得到的旋转压缩机用活塞与滑片配合后，活塞外径磨损形态出现轻微的犁沟效应，磨损形态不好；而实施例1得到的旋转压缩机用活塞与滑片对磨后，活塞外径基本没有什么磨损，但是滑片头部磨损非常严重，几乎失效(可以更换硬度更大的滑片配合使用)。而对比1得到的灰铸铁活塞与滑片对磨后，活塞外径磨损严重。
综合实施例1-3、对比例1以及表1的结果，采用实施例2方法制备得到的20CrMnTi活塞品质最优。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种制备旋转压缩机用活塞的方法，其特征在于，包括：
提供20CrMnTi钢棒或者20CrMnTi钢管；
根据活塞的内外径和高度对所述20CrMnTi钢棒或者所述20CrMnTi钢管进行切割，以便得到活塞坯；
将所述活塞坯进行粗加工；
将经过所述粗加工的活塞坯进行渗碳处理、淬火处理和回火处理，以便得到活塞预成品；以及
将所述活塞预成品进行精加工，以便获得所述旋转压缩机用活塞。
2.根据权利要求1所述的制备旋转压缩机用活塞的方法，其特征在于，所述渗碳处理是在850-1000摄氏度的温度下进行0.5-4小时完成的。
3.根据权利要求1所述的制备旋转压缩机用活塞的方法，其特征在于，所述淬火处理的温度为800-930摄氏度，保温时间为1-2小时。
4.根据权利要求1所述的制备旋转压缩机用活塞的方法，其特征在于，所述回火处理的温度为350-550摄氏度。
5.根据权利要求1所述的制备旋转压缩机用活塞的方法，其特征在于，经过所述渗碳处理后的活塞坯的渗碳层深度为0.15-1.0mm。
6.根据权利要求1所述的制备旋转压缩机用活塞的方法，其特征在于，所述旋转压缩机用活塞的硬度为HRC30-55。
7.一种旋转压缩机用活塞，其特征在于，所述旋转压缩机用活塞由权利要求1-6任一项所述的方法制备得到。
8.一种压缩机，其特征在于，所述压缩机具有权利要求7所述的旋转压缩机用活塞。
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