CN114836680A - 铸件材料、压缩机气缸及其铸造方法、转子式压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压缩机技术领域,提供一种铸件材料、压缩机气缸及其铸造方法、转子式压缩机。所述铸件材料用于铸造压缩机气缸,所述铸件材料由如下重量百分比的元素组成:碳:3.40%~3.80%;硫:0.03%~0.15%;硅:2.29%~2.70%;锰:0.50%~1.00%;磷:0.10%~0.40%;钛:0.07%~0.13%;锡:0.04%~0.08%;余量为铁。本发明的铸件材料可应用于小体积的压缩机气缸,降低压缩机气缸的成本,同时改善压缩机气缸的装配变形量。
Description
技术领域
本发明涉及压缩机技术领域,具体地说,涉及一种铸件材料、压缩机气缸及其铸造方法、转子式压缩机。
背景技术
现有的转子式压缩机,其泵体所用的气缸材料主要为HT250灰铸铁材料。采用HT250灰铸铁材料加工形成气缸时,为保证气缸装配至压缩机的装配变形量在可控范围内,只能用于体积大的气缸。由于HT250灰铸铁材料的弹性模量比粉末冶金低,因此体积小的气缸无法使用HT250灰铸铁材料,只能使用粉末冶金材料。
随着国家能效等级的提升,体积小的变频压缩机逐渐成为市场上的主力机种。变频压缩机由于体积小,其气缸只能使用弹性模量更高的粉末冶金材料。而粉末冶金材料成本高昂,导致气缸成本难以下降。
需要说明的是,上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解,因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种铸件材料、压缩机气缸及其铸造方法、转子式压缩机,本发明的铸件材料可应用于小体积的压缩机气缸,降低压缩机气缸的成本,同时改善压缩机气缸的装配变形量。
本发明的一个方面提供一种铸件材料,用于铸造压缩机气缸,所述铸件材料由如下重量百分比的元素组成:碳:3.40%~3.80%;硫:0.03%~0.15%;硅:2.29%~2.70%;锰:0.50%~1.00%;磷:0.10%~0.40%;钛:0.07%~0.13%;锡:0.04%~0.08%;余量为铁。
在一些实施例中,所述铸件材料由如下重量百分比的元素组成:碳:3.40%;硫:0.06%;硅:2.29%;锰:0.83%;磷:0.10%;钛:0.11%;锡:0.06%;余量为铁。
在一些实施例中,所述铸件材料的性能如下:布氏硬度:≥228N/mm2;抗拉强度:≥396.5Mpa;弹性模量:≥144.22Gpa;珠光体含量:≥40%。
本发明的另一个方面提供一种压缩机气缸的铸造方法,包括步骤:将所有原材料按预设百分比进行配比,所述预设百分比为上述任意实施例所述的各元素的重量百分比,获得铸件材料;将所述铸件材料放入熔炉中加热,获得熔融混合物;使所述熔融混合物保持为熔融状态,并将熔融状态的熔融混合物注入气缸模具,固化成型,形成压缩机气缸。
在一些实施例中,所述将所述铸件材料放入熔炉中加热的步骤中,加热温度为1510℃~1541℃;所述使所述熔融混合物保持为熔融状态的步骤中,使所述熔融混合物的温度保持为1420℃。
在一些实施例中,所述获得熔融混合物的步骤后,还包括:利用部分熔融混合物产出白口样块;对所述白口样块进行光谱元素分析,判断所述白口样块的元素百分比是否满足所述预设百分比;若是,执行所述使所述熔融混合物保持为熔融状态的步骤;若否,通过添加原材料的方式调整所述熔融混合物的元素百分比,至所述熔融混合物的元素百分比满足所述预设百分比,并执行所述使所述熔融混合物保持为熔融状态的步骤。
本发明的又一个方面提供一种压缩机气缸,所述压缩机气缸采用上述任意实施例所述的铸造方法铸造成型。
本发明的再一个方面提供一种转子式压缩机,所述转子式压缩机中装配有上述实施例所述的压缩机气缸。
本发明与现有技术相比的有益效果至少包括:
本发明的铸件材料通过特殊的成分配比,碳元素的添加促进珠光体和石墨的形成,锡元素的添加进一步起到促进和稳定珠光体的作用,可以提高组织中的珠光体含量,珠光体含量提高能够加强材料的硬度、抗拉强度和弹性模量。硅元素和锡元素都能促进石墨的生成,且添加的锡元素可以促进蛛网状石墨和过冷石墨的生成,铸铁里石墨可以起到润滑作用。锰元素和硫元素协同增强铸铁的强度和硬度,抑制硫化铁的生成。磷元素使铁水的流动性增加,钛元素能细化晶粒,提高铸件强度和品质系数,且能略微增加硬度。本发明的铸件材料,实现相比于HT250灰铸铁材料,在材料性能,尤其是弹性模量方面,具有显著提高;
从而,本发明的铸件材料可代替粉末冶金材料,应用于小体积的压缩机气缸,在降低成本的同时,改善压缩机气缸的装配变形量,装配变形量可与粉末冶金气缸达到同一水平。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本发明。
具体实施方式
现在将全面地描述示例实施方式。然而,示例实施方式能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反,提供这些实施方式使本发明全面和完整,并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明的实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的一个实施例中,提供的用于铸造压缩机气缸的铸件材料的成分配比(按重量百分比)如下:
碳(C):3.40%~3.80%;硫(S):0.03%~0.15%;硅(Si):2.29%~2.70%;锰(Mn):0.50%~1.00%;磷(P):0.10%~0.40%;钛(Ti):0.07%~0.13%;锡(Sn):0.04%~0.08%;余量为铁(Fe)。
在实际配比时,碳元素的重量百分比可在最低值3.40%至最高值3.80%之间取值,例如碳元素的重量百分比为3.40%、3.50%、3.67%、3.72%、3.80%等;硫元素的重量百分比可在最低值0.03%至最高值0.15%之间取值,例如硫元素的重量百分比为0.03%、0.05%、0.06%、0.08%、0.11%、0.13%、0.15%等;硅元素的重量百分比可在最低值2.29%至最高值2.70%之间取值,例如硅元素的重量百分比为2.29%、2.30%、2.50%、2.62%、2.70%等;锰元素的重量百分比可在最低值0.50%至最高值1.00%之间取值,例如锰元素的重量百分比为0.50%、0.68%、0.83%、0.90%、1.00%等;磷元素的重量百分比可在最低值0.10%至最高值0.40%之间取值,例如磷元素的重量百分比为0.10%、0.15%、0.22%、0.35%、0.40%等;钛元素的重量百分比可在最低值0.07%至最高值0.13%之间取值,例如钛元素的重量百分比为0.07%、0.09%、0.11%、0.13%等;锡元素的重量百分比可在最低值0.04%至最高值0.08%之间取值,例如锡元素的重量百分比为0.04%、0.05%、0.06%、0.07%、0.08%等;剩余成分即为铁。
上述的成分配比相比于HT250灰铸铁材料有了突破性改进,通过碳、硫、硅、锰、磷、钛、锡材料之间的配合,实现相比于HT250灰铸铁材料,在材料性能,尤其是弹性模量方面,具有显著提高;从而,上述的铸件材料可代替粉末冶金材料,应用于小体积的压缩机气缸,在降低成本的同时,改善压缩机气缸的装配变形量,装配变形量可与粉末冶金气缸达到同一水平。
在一个具体示例中,铸件材料中各元素的重量百分比配比为:碳(C):3.40%;硫(S):0.06%;硅(Si):2.29%;锰(Mn):0.83%;磷(P):0.10%;钛(Ti):0.11%;锡(Sn):0.06%;余量为铁(Fe)。
采用本示例的成分配比形成的铸件材料,相比于HT250灰铸铁材料,在各项性能方面的具体参数检测结果如下表1所示。
表1:HT250灰铸铁材料与本示例的铸件材料的性能参数对比:
布氏硬度(HB) | 抗拉强度 | 弹性模量 | 珠光体含量 | |
HT250 | 207N/mm<sup>2</sup> | 327.29Mpa | 131.15Gpa | 珠30 |
铸件材料 | 228N/mm<sup>2</sup> | 396.5Mpa | 144.22Gpa | 珠40 |
其中,布氏硬度由布氏硬度机测得,抗拉强度由拉力试验机测得,弹性模量按《GB/T22315金属材料弹性模量和泊松比试验方法》测得。从上表1可以看出,本示例的铸件材料相比于传统的HT250灰铸铁材料,在布氏硬度、抗拉强度、弹性模量、珠光体含量等性能方面均有明显的提升。
在其他示例中,按照上述实施例的各元素的重量百分比范围,调整铸件材料的成分配比,并通过实验检测,发现铸件材料的各方面性能中,布氏硬度保持在228N/mm2以上,即≥228N/mm2;抗拉强度保持在396.5Mpa以上,即≥396.5Mpa;弹性模量保持在144.22Gpa以上,即≥144.22Gpa;珠光体含量保持在珠40以上,即≥40%。
在一个实施例中,分别对采用新铸件材料的气缸样品和现有批量气缸材料的气缸样品的摩擦性能做了对比,新铸件材料的气缸样品比批量气缸材料的气缸样品的摩擦系数有了提高。具体请参见下标2。
表2:新铸件材料的气缸样品与现有批量气缸材料的气缸样品的摩擦系数对比:
本发明还提供采用上述的铸件材料,铸造形成压缩机气缸的方法。
在本发明的一个实施例中,提供的压缩机气缸的铸造方法包括步骤:将所有原材料,即碳、硫、硅、锰、磷、钛、锡和铁按预设百分比进行配比,该预设百分比为上述任意实施例描述的各元素的重量百分比,获得铸件材料;将铸件材料放入熔炉中加热,获得熔融混合物;使熔融混合物保持为熔融状态,并将熔融状态的熔融混合物注入气缸模具,固化成型,形成压缩机气缸。
在实际铸造时,将铸件材料放入熔炉中加热时,加热温度为1510℃~1541℃,具体如1510℃、1520℃、1528℃、1541℃等,使铸件材料被加热至处于熔融状态。使熔融混合物保持为熔融状态时,通过温度控制,使熔融混合物的温度保持为1420℃,以利于浇注成型。
进一步地,在获得熔融混合物后,浇注形成压缩机气缸前,还包括:利用部分熔融混合物产出白口样块;对白口样块进行光谱元素分析,判断白口样块的元素百分比是否满足预设百分比;若是,则执行使熔融混合物保持为熔融状态,并浇注形成压缩机气缸的步骤;若否,通过添加原材料的方式,调整熔融混合物的元素百分比,至熔融混合物的元素百分比满足预设百分比,再执行使熔融混合物保持为熔融状态,并浇注形成压缩机气缸的步骤。
举例来说,在一个示例中,通过对熔融混合物的产出白口样块进行光谱元素分析,发现其中锡元素未达到预设百分比,例如锡元素的重量百分比仅为0.03%,则可通过在熔融混合物添加锡元素的方式,对熔融混合物的元素百分比进行微调,使再次熔融后,熔融混合物的元素百分比满足预设百分比。再如,在一个示例中,通过对熔融混合物的产出白口样块进行光谱元素分析,发现其中碳元素超出了预设百分比,例如碳元素的重量百分比达到3.90%,则可通过在熔融混合物添加除碳元素外的其他元素的方式,对熔融混合物的元素百分比进行微调,使再次熔融后,熔融混合物的元素百分比满足预设百分比。
进行微调后,熔融混合物中各元素的重量百分比满足碳3.40%~3.80%、硫0.03%~0.15%、硅2.29%~2.70%、锰0.50%~1.00%、磷0.10%~0.40%、钛0.07%~0.13%、锡0.04%~0.08%、其余为铁。然后将熔融混合物的温度保持至1420℃,进行浇注成型即可。
进一步地,本发明还提供采用上述任意实施例描述的铸造方法铸造成型的压缩机气缸,以及装配有该压缩机气缸的转子式压缩机。
经实验测定,将采用上述的铸造方法铸造成型的压缩机气缸装配至转子式压缩机后,气缸变形量与传统采用HT250灰铸铁材料的气缸相比,减小2um。在微型压缩机中,该减小的气缸变形量能够显著改善转子式压缩机的装配变形量,使装配变形量与粉末冶金气缸达到同一水平。
综上,本发明的铸件材料通过特殊的成分配比,通过碳、硫、硅、锰、磷、钛、锡材料之间的配合,实现相比于HT250灰铸铁材料,在材料性能,尤其是弹性模量方面,具有显著提高;从而,本发明的铸件材料可代替粉末冶金材料,应用于小体积的压缩机气缸,在降低成本的同时,改善压缩机气缸的装配变形量,装配变形量可与粉末冶金气缸达到同一水平。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种铸件材料,用于铸造压缩机气缸,其特征在于,所述铸件材料由如下重量百分比的元素组成:
碳:3.40%~3.80%;
硫:0.03%~0.15%;
硅:2.29%~2.70%;
锰:0.50%~1.00%;
磷:0.10%~0.40%;
钛:0.07%~0.13%;
锡:0.04%~0.08%;
余量为铁。
2.如权利要求1所述的铸件材料,其特征在于,所述铸件材料由如下重量百分比的元素组成:
碳:3.40%;
硫:0.06%;
硅:2.29%;
锰:0.83%;
磷:0.10%;
钛:0.11%;
锡:0.06%;
余量为铁。
3.如权利要求1所述的铸件材料,其特征在于,所述铸件材料的性能如下:
布氏硬度:≥228N/mm2;
抗拉强度:≥396.5Mpa;
弹性模量:≥144.22Gpa;
珠光体含量:≥40%。
4.一种压缩机气缸的铸造方法,其特征在于,包括步骤:
将所有原材料按预设百分比进行配比,所述预设百分比为权利要求1-3任一项所述的各元素的重量百分比,获得铸件材料;
将所述铸件材料放入熔炉中加热,获得熔融混合物;
使所述熔融混合物保持为熔融状态,并将熔融状态的熔融混合物注入气缸模具,固化成型,形成压缩机气缸。
5.如权利要求4所述的铸造方法,其特征在于,所述将所述铸件材料放入熔炉中加热的步骤中,加热温度为1510℃~1541℃;
所述使所述熔融混合物保持为熔融状态的步骤中,使所述熔融混合物的温度保持为1420℃。
6.如权利要求4所述的铸造方法,其特征在于,所述获得熔融混合物的步骤后,还包括:
利用部分熔融混合物产出白口样块;
对所述白口样块进行光谱元素分析,判断所述白口样块的元素百分比是否满足所述预设百分比;
若是,执行所述使所述熔融混合物保持为熔融状态的步骤;
若否,通过添加原材料的方式调整所述熔融混合物的元素百分比,至所述熔融混合物的元素百分比满足所述预设百分比,并执行所述使所述熔融混合物保持为熔融状态的步骤。
7.一种压缩机气缸,其特征在于,所述压缩机气缸采用权利要求4-6任一项所述的铸造方法铸造成型。
8.一种转子式压缩机,其特征在于,所述转子式压缩机中装配有如权利要求7所述的压缩机气缸。
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CN102115843A (zh) * | 2010-01-05 | 2011-07-06 | 罗云 | 生产高速重载汽车刹车鼓的蠕墨铸铁 |
CN102666896A (zh) * | 2009-12-22 | 2012-09-12 | 斗山英维高株式会社 | Cgi铸铁及其制造方法 |
CN109113969A (zh) * | 2017-06-23 | 2019-01-01 | 上海海立电器有限公司 | 一种压缩机及压缩机的上缸盖制造方法 |
-
2021
- 2021-02-01 CN CN202110137377.1A patent/CN114836680A/zh active Pending
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