CN1400329A - 相互匹配的压缩机活塞基材、叶片基材及润滑剂 - Google Patents
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Abstract
一种环保型旋转式压缩机的活塞基材、叶片基材和与之相匹配的润滑剂,活塞基材为一种加大普通灰铸铁中镍、铬、钼元素含量的镍、铬、钼铸铁,其中,Ni为0.2-0.4%,Cr为0.5-1.0%,Mo为0.15-0.40%;叶片基材为一种经浸硫氮化处理的高速工具钢;润滑剂采用多元醇类油,该油与HFC制冷剂有良好的相溶性,并具有良好的润滑性、低挥发性、高溶解度以及良好的热稳定性和氧化稳定性。实验表明,当镍、铬、钼铸铁活塞、经浸硫氮化处理的叶片、多元醇类油和HFC冷冻油共同组合使用时,可大幅度降低叶片和活塞的磨耗,从而大大提高了压缩机运行的可靠性。
Description
技术领域:本发明涉及空调、冰箱制冷用旋转式压缩机,尤指环保型旋转式压缩机中的活塞基材和、叶片基材及润滑剂。
背景技术:旋转式压缩机由于其效率高,体积小,重量轻,近年来已得到广泛应用。图1为一旋转式压缩机气缸部分的示意图,气缸1中偏心配置一圆柱形滚动活塞2,该活塞2与气缸1的圆柱面相切,形成一月牙状空间,一安装在气缸体上的叶片3在弹簧4的作用下,紧贴活塞2的圆柱面,将所述月牙形空间分为吸气腔5和排气腔6。当活塞2偏心旋转时,吸气腔5和压缩排气腔6的大小不断变化,并使从吸气口7吸入的气体经压缩后从排气口8排出。在所述压缩机中,由于叶片3的前端始终紧贴活塞2的圆柱面,其接触部分极易磨损,因此所述活塞和叶片的材质及其润滑状况对提高压缩机的可靠性至关重要。
原有的非环保型旋转式压缩机,一般以普通灰铸铁为活塞材料,以高速工具钢为叶片材料,以CFC(如R22)为工质,以矿物油为润滑剂,由于R22中含有一个氯原子,可以在滑动部件表面形成一层耐磨的金属氯化物,从而可以减少滑动部分的摩擦和磨损。但CFC对臭氧层的破坏已成为全球性的环境问题。一种替代的制冷剂是不含氯的HFC。与CFC相比,使用HFC尽管减轻了对环境的破坏,但HFC中不含氯原子,使压缩机的制冷剂和润滑剂的润滑特性变差,导致叶片与活塞接触部位的磨损加剧,无法满足压缩机的可靠性要求。
发明内容:
本发明是从优选活塞材质、改进叶片的材质及挑选润滑剂着手,提出一组适用于环保型旋转式压缩机的、并相互匹配的压缩机活塞基材、叶片基材及润滑剂,从而改善叶片与活塞之间的润滑性能,降低活塞和叶片的磨损,提高压缩机运行的可靠性。
本发明的一组适用于环保型旋转式压缩机的、相互匹配的压缩机活塞基材、叶片基材及润滑剂,其中所述活塞基材为一种有目的地加大普通灰铸铁中Mo、Ni、Cr元素含量的镍、铬、钼铸铁,在该镍、铬、钼铸铁中,Ni为0.2-0.4%,Cr为0.5-1.0%,Mo为0.15-0.40%,所述叶片的基材为一种经浸硫氮化处理的高速工具钢,所述润滑剂采用多元醇类油(POE油)。
所述高速工具钢的一组化学组成可以为:C为0.8-0.9%,Si≤0.4%,Mn≤0.40%,P≤0.030%,S为0.030%,Cr为3.80-4.50,Mo为4.50-5.50%,W为5.50-6.70%,V为1.60-2.20%,其余为Fe.
所述高速工具钢叶片的浸硫氮化处理工艺为:(1)将含硫磺的氰酸(MCNO)为基本盐的碱金属盐在565±5℃条件下加热保温;(2)将待加工叶片浸入熔化的盐浴中,在其表面附近形成化合物层,在该化合物层下层,形成氮原子扩散于母材的扩散层。
所述多元酯类油(POE油)系由多元混合醇,如新戊醇、三甲基丙醇或季戊四醇,和直链或支链酸反应生成,这类酯与HFC制冷剂有良好的相溶性,使用于HFC设备中的POE油,通常为直链、支链或混合型,如季戊酯。
由于镍、铬、钼铸铁的基体中均匀分布着硬质碳化物颗粒,使材料抵抗粘着和微区变形的能力增强,从而提高了活塞的耐磨损性能,同时由于高速工具钢经过浸硫氮化处理后,生成的化合层由多孔质层和氮化物(主要成分为Fe3N)的单一组织,可有效地消除粘着磨损和擦损,提高叶片的耐磨损性能,同时,由硫化物和氮化物组成的多孔质层有存储润滑油的作用,且硫化物的晶体结构为六方型,易剪切,从而提高了叶片表面的润滑性能,所以,当镍、铬、钼铸铁活塞、经浸硫氮化处理的叶片和POE油共同用于HFC冷冻油时,可大幅度降低叶片和活塞的磨耗,从而大大提高了压缩机运行的可靠性。
实验证明,采用普通灰铸铁活塞、高速工具钢(SKH51)叶片、POE油和R407C制冷剂共用的压缩机经过较长期连续运转后,活塞外径纵筋、圆度严重磨耗,且活塞外径圆周方向有较深的划痕,同时叶片前端严重磨耗。而采用本发明的镍、铬、钼铸铁活塞、经浸硫氮化处理的叶片、R407C制冷剂及POE油装机进行压缩机的长期寿命运转试验后,活塞和叶片均无明显磨耗,表明在同样在使用R407C制冷剂的情况下,该活塞、叶片与POE油的组合具有良好的耐磨性能。
附图说明:
图1为本发明的旋转式压缩机气缸部分的示意图;
图2为复合碳化物(磷共晶)分布图(深腐蚀,×50);
图3为石墨形状与布图(未浸蚀,×100);
其中3a、3b、3c为ASTM标准A型;
3d为ASTM标准(A+E型);
3e为ASTM标准C型;
3f为ASTM标准E型;
图4为叶片经浸硫氮化处理后的表层金相结构示意图。
具体实施方式:
在本实施例中,用于活塞的镍、铬、钼铸铁的化学成分为:C为3.0-3.6%,Si为1.8-2.4%,Mn为0.5-1.0%,P为0.1-0.3%,S<0.15%,Ni为0.2-0.4%,Cr为0.5-1.0%,Mo为0.15-0.40%,其余为Fe。
这种镍、铬、钼铸铁的抗拉强度要求≥294MPa,洛氏硬度(HRB)要求达到95-108。其组织中,基体为珠光体,复合碳化物(磷共晶)的析出量为3-6%,且在基体中均匀分布,见图2,地方铁素体含量≤3%。用显微镜观察活塞的径向断面可见,石墨呈均匀的片状分布,其平均大小为ASTM标准4-6级,其中以ASTM标准的A型为主(如图3a,b,c),分布有少量的A+E型(如图3d)及B型石墨的混合组织,C(如图3e)、D、E型(如图3f)的面积在1/3以下。
用于叶片的高速工具钢的化学成分为:C为0.8-0.9%,Si≤0.4%,Mn≤0.40%,P≤0.030%,S为0.030%,Cr为3.80-4.50,Mo为4.50-5.50%,W为5.50-6.70%,V为1.60-2.20%,其余为Fe,其硬度应达到HRC58-65。
所述高速工具钢叶片的浸硫氮化处理工艺为:(1)将含硫磺的氰酸(MCNO)为基本盐的碱金属盐在565±5℃条件下加热保温;(2)将待加工叶片浸入熔化盐浴中,在其表面附近形成化合物层,在该化合物层的下层,形成氮原子扩散于母材的扩散层。
所述化合物层11是由硫化物和氮化物组成的多孔质层11a及该多孔质层下面的氮化物(主要成分为Fe3N)的单一组织11b组成,化合物层的厚度小于30μm,其下层为氮原子扩散于母材的扩散层12,参见图4。该扩散层的硬度应达到如下要求:将叶片切断,使用显微维氏硬度计,载荷为2.94N,测定位置距表面30μm深度处(参见图4中的A点处)的扩散层硬度,应在HMV800以上。
使用于HFC设备中的POE油,通常为直链、支链或混合型,如季戊酯,其粘度等级一般选取为61-75cSt。这类酯与HFC制冷剂有良好的相溶性,并具有良好的润滑性、低挥发性、高溶解度以及良好的热稳定性和氧化稳定性。
Claims (10)
1.一组用于环保型旋转式压缩机的、相互匹配的压缩机活塞基材、叶片基材及润滑剂活塞基材,其特征在于所述活塞基材为一种有目的地加大普通灰铸铁中Mo、Ni、Cr元素含量的镍、铬、钼铸铁,在该镍、铬、钼铸铁中,Ni为0.2-0.4%,Cr为0.5-1.0%,Mo为0.15-0.40%,所述叶片的基材为一种经浸硫氮化处理的高速工具钢,所述润滑剂采用多元醇类油。
2.根据权利要求1所述相互匹配的压缩机活塞基材、叶片基材及润滑剂活塞基材,其特征在于所述镍、铬、钼铸铁的抗拉强度≥294MPa,洛氏硬度(HRB)为95-108。
3.根据权利要求1或2所述的相互匹配的压缩机活塞基材、叶片基材及润滑剂活塞基材,其特征在于所述镍、铬、钼铸铁的基体为珠光体,复合碳化物(磷共晶)的析出量为3-6%,且在基体中均匀分布,地方铁素体含量≤3%。
4.根据权利要求1或2所述的相互匹配的压缩机活塞基材、叶片基材及润滑剂活塞基材,其特征在于所述镍、铬、钼铸铁中的石墨呈均匀的片状分布,其平均大小为ASTM标准4-6级,其中以ASTM标准的A型为主,分布有少量的A+E型及B型石墨的混合组织,C、D、E型的面积在1/3以下。
5.根据权利要求1所述的相互匹配的压缩机活塞基材、叶片基材及润滑剂活塞基材,其特征在于所述活塞基材镍、铬、钼铸铁的化学成分为:C为3.0-3.6%,Si为1.8-2.4%,Mn为0.5-1.0%,P为0.1-0.3%,S<0.15%,Ni为0.2-0.4%,Cr为0.5-1.0%,Mo为0.15-0.40%,其余为Fe。
6.根据权利要求1所述的相互匹配的压缩机活塞基材、叶片基材及润滑剂,其特征在于所述高速工具钢的硬度(HRC)为58-65。
7.根据权利要求1或6所述的相互匹配的压缩机活塞基材、叶片基材及润滑剂活塞基材,其特征在于所述高速工具钢叶片的浸硫氮化处理工艺为:(1)将含硫磺的氰酸(MCNO)为基本盐的碱金属盐在565±5℃条件下加热保温;(2)将待加工叶片浸入熔化的盐浴中,在其表面附近形成化合物层,在该化合物层下层,形成氮原子扩散于母材的扩散层。
8.根据权利要求7所述的相互匹配的压缩机活塞基材、叶片基材及润滑剂活塞基材,其特征在于所述高速工具钢的化合物层由硫化物和氮化物组成的多孔质层及在其下面为氮化物(主要成分为Fe3N)的单一组织组成,所述化合物层的厚度小于30μm。
9.根据权利要求7所述的相互匹配的压缩机活塞基材、叶片基材及润滑剂活塞基材,其特征在于所述叶片的扩散层(在距表面30μm深度处)的硬度在HMV800以上。
10.根据权利要求1所述的相互匹配的压缩机活塞基材、叶片基材及润滑剂活塞基材,其特征在于所述多元醇类油通常为直链、支链或混合型,其粘度为61-75cSt。
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