CN1187535C

CN1187535C - 空调压缩机球铁曲轴及其制备方法

Info

Publication number: CN1187535C
Application number: CNB031169546A
Authority: CN
Inventors: 徐清
Original assignee: HUAXIN ALLOY CO Ltd SHANGHAI
Current assignee: HUAXIN ALLOY CO Ltd SHANGHAI
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: CN1455121A

Abstract

本发明提供了一种空调压缩机球铁曲轴及其制备方法。产品珠光体量在30～70%范围，整体珠光体量差值小于20%。硬度在175～240HB范围；整体硬度差值小于38HB。制备中把曲轴的冒口部位放在曲轴长轴的端部，增加了Sn元素和降低Cr、Ti含量，采用开放式浇注系统。曲轴本体硬度差值小，整体硬度下降，加工性能好；稳定了产品珠光体量值；减少了产品中气孔和夹渣缺陷的产生，降低了废品率，提高了市场竞争力。

Description

空调压缩机球铁曲轴及其制备方法

技术领域

本发明涉及冶金与铸铁合金领域，具体是指一种空调压缩机球铁曲轴及其制备方法。

背景技术

曲轴是旋转式空调压缩机的重要零件之一，它是传递电动机的动能进行高速旋转，在气缸体内将套在偏心轴上的活塞与阀片进行高速接触滑动，引起气室容积的变化，形成具有一定压力的压缩性气体。曲轴铸件要求有高的抗拉强度及疲劳强度，同时要有较高的冲击韧性。并且曲轴硬度的均匀性是解决加工切削性能的关键，这些性能在曲轴铸件产品上都必须具备。

市场所见日本产品H01型曲轴的毛坯存在如下缺陷和问题，曲轴检测点的硬度和珠光体量符合要求，而多个非检测剖位的硬度和珠光体量不符合技术条件要求，曲轴整体的珠光体量和硬度的均匀性不是很好，且产品价格较高。如何在材质上保证曲轴本体的硬度均匀性是本产品的技术难点，为了了解现有技术曲轴材质状况，请参阅附图2所示，图2是现有技术日本H01型曲轴解剖检测点简图，其金相组织与硬度检测结果列于表1。

表1现有技术日本H01型曲轴金相组织与硬度检测结果

		检测点
		检测点						A₁	B₁	C₁	D₁	E₁	硬度及珠光体差
		硬度(HB)	上表面	163	170	170	185	A₁	B₁	C₁	D₁	E₁	硬度及珠光体差	197	34
下表面	163		上表面	163	170	170	185	175	170	185	201	38		197	34
下表面	163		断面中心	163	185	185	187	175	170	185	201	38	201	38
金相组织	球化率(％)		断面中心	163	185	185	187	90	90	90	90	90	201	38	0
	球化率(％)	珠光体(％)	20	35	35	35	40	90	90	90	90	90	20		0

由表1可见，(1)现有技术曲轴珠光体含量从A₁点到E₁点逐渐增多，珠光体差值为20％；(2)除了A₁点外，各断面的中心硬度比表面硬度高，其差值最大在B₁、C₁二个断面，差值为HB15。(3)曲轴的纵向硬度分布均匀性不是很好，最低点为HB163(A₁点)，最高点为HB201(E₁点)，最大硬度差值为HB38。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空调压缩机球铁曲轴及其制备方法，使曲轴整体的珠光体量差值及硬度差值小于现有技术的曲轴，曲轴的材质全面达到技术条件，曲轴的机械加工性能良好。

即提供一种空调压缩机球铁曲轴，其抗拉强度≥560Mpa，延伸率≥6％，球化率≥80％，珠光体量在30～70％范围，整体珠光体量差值小于20％；硬度在175～240HB范围，整体硬度差值小于38HB。

空调压缩机球铁曲轴的有关技术要求如下：

(1)曲轴尺寸要求：曲轴毛坯尺寸长161.3mm，φ19.1mm。偏心短轴φ29.4mm，长34mm，位于长轴一端面后21.5mm处。偏心短轴与长轴的轴偏离3.5mm。

(2)曲轴材料技术条件：

①材质牌号：QT560-6；

②金相组织：球化率≥80％；珠光体量：30～70％；

③化学成份列于表2。

表2

元素	C	Si	Mn	P	S	Mg	Fe
元素	C	Si	Mn	P	S	Mg	Fe	含量(％)	3.3～3.8	2.0～3.0	0.2～0.5	≤0.08	≤0.02	0.02～0.07	余量

④机械性能：抗拉强度≥560Mpa；延伸率≥6％，硬度175～240HB。

本发明目的中的制备方法，即通过如下技术方案完成：选用FR516A射压造型生产线制型，用500Kg中频感应电炉熔炼铁水，球化孕育处理后进行浇注。其中主要关键是，把曲轴的冒口部位放在曲轴长轴的端部，以改善产品硬度均匀性。增添Sn元素，在0.03～0.035％范围，以提高产品球光体量。降低Cr、Ti，即将Cr量下降到0.04～0.05％，将Ti量下降到0.045～0.05％。，以改善产品机械加工性能。采用开放式浇注系统，避免曲轴产生气孔、夹渣缺陷，以降低铸造废品率。

本发明具有以下有益效果：

1、曲轴造型工艺把曲轴的冒口部位放在曲轴长轴端部，避免了传统工艺浇注后按顺序凝固而造成的曲轴本体硬度差很大，导致加工性能不好；

2、选择Sn元素作为提高珠光体量的措施。Sn加入球铁铁水中后，在提高珠光体的同时，没有细化珠光体片间距，因而产品硬度的提高不明显。避免了常用的用Mn和Cu元素在提高珠光体的同时，细化了珠光体片间距，因而硬度提高比较大，带来了加工的困难。

3、在保证珠光体40％的前提下，降低曲轴的Cr、Ti含量，下降了曲轴的整体硬度，进一步改善了加工性能。

4、本曲轴结构特点是细长呈条形，极易产生气孔夹渣缺陷。本发明采用了开放式的浇注系统，减少产生曲轴的气孔及夹渣缺陷，大大降低了废品率。

5、本发明曲轴产品的各项技术指标全面达标，经试制，产品的机械加工铸造废品率小于1％，综合铸造废品率小于3％，同时机械加工性能考核合格。并降低了生产成本，提高了市场竞争力，促进了空调压缩机行业的发展。

附图说明

图1为曲轴毛坯尺寸要求示意图。

图2为现有技术日本H01型曲轴解剖检测点简图。

图3为本发明曲轴解剖检测点示意图。

图4为本发明曲轴产品生产工艺流程图。

图5为本发明曲轴型板布置简图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明，请参阅各附图。

本曲轴产品选用FR516A射压造型生产线进行浇注，用500公斤中频感应电炉熔炼铁水，球化孕育处理后进行浇注，其工艺流程在图4中列出。

1、造型工艺方案

(1)请参阅图5所示，其砂型尺寸为600×470×(120～300)，在该砂型内排列曲轴16件，把曲轴的冒口部位放在曲轴长轴的端部，以缩小铁水在偏心轴部位与曲轴长轴端部的冷却速度之差，而减小此二部位的珠光体差值和硬度差值。本曲轴的厚大部位为偏心轴φ29.4部位，该偏心轴的模数M_s为0.51cm。按照选取冒口原则，冒口模数M_R≥1.2Ms，冒口模数M_R＝0.62cm。为此，起补缩作用的冒口尺寸取为22.5×25mm²，其模数为0.625cm。取冒口径为φ13mm。

(2)为了使进入型腔的铁水减少冲击力，浇口杯与直浇道错开。并由于高压造型的铸型透气性比较差，为便于型腔内的气体排出，曲轴短轴尾端设置了φ10的共同出气通道。

(3)为了减少产生曲轴的气孔及夹渣缺陷，采用了开放式的浇注系统，大大提高了成品率，使铸造废品率低于1％以下。

(4)本工艺出品率核算：铸件毛重＝0.45公斤/件×16件/型＝7.2公斤/型。浇冒系统重量6.0公斤/型。工艺出品率＝7.2公斤/(7.2公斤+6.0公斤)＝54.5％。

2、熔炼工艺方案

(1)铁水是用500公斤中频感应电炉熔炼的，当铁料熔清后，温度达到1450℃时，取样分析化学成份，当铁水成份调整到位后，并在铁水温度达到工艺规定时，就进行球化孕育及浇注工序。

(2)化学成份中，选择中碳和中硅是合理的。碳当量控制在4.50～4.55％，锰含量控制在0.35～0.40％，加用0.03～0.035％Sn保证有40％左右的珠光体，使曲轴的硬度不至于过高，化学成份的选择如表3所示。

表3曲轴的化学成份(％)

种类	元素
	元素							C	Si	Mn	P	S	Sn	Mg
	原铁水	3.7～3.8	1.5～1.9	0.3～0.4	≤0.08	≤0.03	-	C	Si	Mn	P	S	Sn	Mg	-
成品	原铁水	3.7～3.8	1.5～1.9	0.3～0.4	≤0.08	≤0.03	-	3.6～3.7	2.6～3.0	0.3～0.4	≤0.08	≤0.02	0.03～0.035	0.03～0.045	-

(3)球化与孕育处理工艺

因为是电炉熔炼铁水，为了防止产生气孔和夹渣缺陷的产生，需要有较高的球化处理和浇注温度，所以要用低镁低稀土球化剂。球化剂粒度为3～10mm。球化剂的化学成份如图4所示。

表4球化剂的化学成份(％)

元素	Mg	Re	Ca	Si	Al	Fe
元素	Mg	Re	Ca	Si	Al	Fe	含量(％)	5.5～6.5	1.2～2.5	1.5～2.5	43～45	≤1.0	余量

为了保证孕育剂中有较低的含铝量，防止产生气孔缺陷，选择FeSi75孕育剂，其粒度为1-3mm。

球化和孕育处理工艺是：球化处理在包底有提坝的250公斤球化包中进行。球化剂放入预热过的球化包反应室中椿紧后再覆盖厚度3～5mm的球铁铁屑，铁屑要干净、无锈、无油，并加预热，在椿紧后即可进行球化处理。球化处理时，铁水流向反应室的对面，第一次加铁水150～180公斤，待球化反应结束后，扒掉浮渣加入孕育剂进行搅拌，接着补加铁水70～100公斤。最后在搅拌、扒渣二次后，盖上覆盖剂进行浇注。

球化、孕育及浇注的工艺参数是：球化剂加入量1.4～1.5％；孕育剂加入量0.5～0.8％；球化处理温度1550～1560℃；浇注温度为1400～1450℃。

曲轴经取样解剖，表5列出了炉包号3-30-1-1的曲轴的硬度检测结果，其曲轴检测点参见附图3。

表5 3-30-1-1曲轴的硬度检测结果(HB)

位置	A	B	C	D	E	F	硬度差值
位置	A	B	C	D	E	F	硬度差值	表面	187	187	187	197	197	187	10
边缘	187	197	187	197	197	187	10	表面	187	187	187	197	197	187	10
边缘	187	197	187	197	197	187	10	中心	197	197	197	197	197	187	10

(4)把Mn限制在0.40％以下，加0.03～0.035％Sn来提高珠光体量，表6为加锡后曲轴的珠光体及硬度分布、曲轴检测点参见附图3。

表6加锡后曲轴的珠光及硬度分布

(5)在以上的二包曲轴中，各取一件曲轴加工成φ11的拉伸试棒，进行机械性能试验，其结果为5-16-1-1炉包次的抗拉强度为575Mpa，延伸率为7.8％。5-17-1-1炉包次的抗拉强度为582Mpa，延伸率为7.2％。

以上在限制Mn量小于0.40％的条件下，用加Sn来调整曲轴珠光体量的方法取得了很好的效果，测试结果符合曲轴技术条件。曲轴的整体硬度差只有10HB，珠光体量差只有5％，比现有技术日本的曲轴的硬度差(38HB)和珠光体量差(20％)小得多，从而保证了曲轴铸件具有良好的加工性能。

(6)在保证曲轴F点断面珠光体40％的前提下，降低曲轴的Cr、Ti含量，当Cr量从0.07～0.08％下降到0.04～0.05％的同时，Ti量从0.06～0.07％下降到0.045～0.05％时，曲轴F点的表面硬度从200～205HB下降到了(185～190HB，而且曲轴的加工切削性能更有了明显的改善，而使综合废品率小于3％。

Claims

1、一种空调压缩机球铁曲轴，其抗拉强度≥560Mpa，延伸率≥6％，球化率≥80％，其特征在于，珠光体量在30～70％范围，整体珠光量差值小于20％；硬度在175～240HB范围，整体硬度差值小于38HB。

2、如权利要求1所述的一种空调压缩机球铁曲轴的制造方法，选用FR516A射压造型生产线铸制，用500Kg中频感应电炉熔炼铁水，球化孕育处理后进行浇注，其特征在于：

2-1、把曲轴的冒口部位放在曲轴长轴的端部；

2-2、增加Sn在0.03～0.035％范围，把Mn元素限制在0.40％以下；

2-3、降低Cr、Ti含量，将Cr量下降到0.04～0.05％，将Ti量下降至0.045～0.05％；

2-4、采用开放式浇注系统。