CN104264033A

CN104264033A - 压缩机用高强度高刚性球墨铸铁材料及其应用

Info

Publication number: CN104264033A
Application number: CN201410538766.5A
Authority: CN
Inventors: 屈彦松; 龚沛; 周红涛
Original assignee: Panasonic Wanbao Appliances Compressor Guangzhou Co Ltd
Current assignee: Panasonic Wanbao Appliances Compressor Guangzhou Co Ltd
Priority date: 2014-10-13
Filing date: 2014-10-13
Publication date: 2015-01-07

Abstract

本发明公开一种压缩机用高强度高刚性球墨铸铁材料及其应用，其按重量百分比计算含有以下化学成分：C:3.0％～3.9％，Si：2.2％～3.7％，Mn：≤1.0％，P：≤0.1％，S：≤0.1％，Cu：0.10％～1.00％，Mo：≤1.0％，Ni：≤2.0％，V：≤0.5％，Sb：≤0.03％，Sn：≤0.1％，其余为Fe及不可避免杂质。本发明的球墨铸铁材料应用于制造压缩机的上、下轴承，可令它们强度、刚性显著提高，当压缩机高负荷高速长时间运转时，上、下轴承与曲轴形成的摩擦面的磨耗量得到改善，降低了轴承与曲轴烧结的风险，压缩机运转稳定性和长久运转可靠性提高，而且减小了压缩机运转时由于各种力而发生的径向变形量，能够大幅度地改善马达定、转子变形间隙不均匀而引起的间隙音，压缩机振幅降低，噪音低减。

Description

压缩机用高强度高刚性球墨铸铁材料及其应用

技术领域

本发明涉及压缩机材料领域，特别是一种压缩机用高强度高刚性球墨铸铁材料及其应用。

背景技术

现有技术中，压缩机的结构如图1所示，现行的压缩机包括壳体组件1、置于壳体内的马达组件和泵体组件4。马达组件包括定子2和转子3。如图2所示，泵体组件4包括曲轴21、气缸23、气缸内绕曲轴21旋转的活塞25、滑块26，以及位于气缸23的上、下端面的上轴承22和下轴承24。如图3所示，曲轴21由U轴31、偏心部32和L轴33组成。马达组件中，定子2通过过盈配合固定在壳体内部，转子3通过过盈配合固定在曲轴的U轴31，定子2套在转子3外周，定子2内径与转子3外径存在一定的间隙。泵体组件中，上轴承22套接在曲轴的U轴31下部，且上轴承22外周通过焊接固定在壳体1上；下轴承24则套接在曲轴的L轴33上。一方面，上、下轴承22、24与气缸23形成密封的压缩容积腔体，与滑块26和活塞25将气缸23内形成的密封压缩容积腔体分隔为吸气部分和压缩部分；另一方面，上轴承22对电机动力传动件的曲轴21形成支撑，使压缩机稳定运行。马达组件带动曲轴21连同活塞25偏心运转，通过活塞25的旋转和滑块26的往复运动，冷媒在气缸23内形成吸气、压缩、排气的循环做功过程，并由低温、低压的气态转变为高温、高压的气态。

压缩机在高负荷高速运转时的受力分析如图4所示，由于马达定子2、转子3产生的磁性吸引力传递到曲轴21上的力F1和泵体组件4的偏心质量组件的偏心运转而产生的偏心力F2，导致上、下轴承22、24的上、下柄部与曲轴21外圆周紧密贴合形成摩擦副。该摩擦副为局部面接触，接触面压力F3、F4极高，接触面易发生较大磨损甚至烧结，影响压缩机运转稳定性和长久运转可靠性。同时，由于受到马达组件的磁性吸引力F1和偏心力F2的作用，导致曲轴21产生变形，并将偏心力矩传递给支撑曲轴21的上轴承22、下轴承24，使泵体组件4产生径向变形。随着高效机种的开发，小轴径曲轴和薄肉化轴承的使用，以及高压力新冷媒的使用，使泵体径向变形加剧，而且马达定子2和转子3间隙分布不均匀，产生间隙音，同时使得压缩机泵体振幅和噪音增加。

因此，现行压缩机均存在由于泵体各部件之间磨耗加大而影响压缩机使用寿命和稳定性、运转时出现间隙音、压缩机振幅大、噪音高等的技术课题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种压缩机用高强度高刚性球墨铸铁材料，强度、刚性显著提高。

本发明的另一个目的是提供上述球墨铸铁材料应用于制备压缩机的上、下轴承，使压缩机泵体的整体强度、刚性增加，噪音降低，可靠性更高。

本发明目的是这样实现：一种压缩机用高强度高刚性球墨铸铁材料，其特征在于按重量百分比计算含有以下化学成分：C:3.0％～3.9％，Si：2.2％～3.7％，Mn：≤1.0％，P：≤0.1％，S：≤0.1％，Cu：0.10％～1.00％，Mo：≤1.0％，Ni：≤2.0％，V：≤0.5％，Sb：≤0.03％，Sn：≤0.1％，其余为Fe及不可避免杂质。

所述的碳主要以球状石墨形态存在。

所述的球墨铸铁材料的基体组织为珠光体基体，珠光体含量在30％以上。

所述的球墨铸铁材料的抗拉强度为500Mpa～800Mpa。

所述的球墨铸铁材料的杨氏模量为150Gpa～180Gpa。

上述球墨铸铁材料应用于制备压缩机的上轴承和/或下轴承。

本发明的球墨铸铁材料具有高强度、高刚性的特点，应用于制造压缩机的上、下轴承，可令到上、下轴承强度、刚性显著提高，从而使压缩机泵体的整体强度、刚性增加，当压缩机高负荷高速长时间运转时，上、下轴承与曲轴形成的摩擦面的磨耗量得到改善，降低了轴承与曲轴烧结的风险，使得压缩机运转稳定性和长久运转可靠性提高，而且减小了压缩机运转时由于马达电磁吸引力、转子离心力以及偏心质量(平衡块、曲轴偏心质量)产生离心力而发生的径向变形量，能够大幅度地改善马达定、转子变形间隙不均匀而引起的间隙音，压缩机振幅降低，噪音低减。

附图说明

图1是压缩机内部结构图；

图2是压缩机泵体组件的剖面图；

图3是压缩机曲轴的结构示意图；

图4是压缩机泵体组件的受力分析图；

图5是本发明实施例1-3所制得材料的基体组织图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述，但本发明并不限于此。

本发明是一种压缩机用高强度高刚性球墨铸铁材料，球墨铸铁材料为珠光体基体，珠光体含量在30％以上。按重量百分比计算含有以下化学成分：

C:3.0％～3.9％，Si：2.2％～3.7％，Mn：≤1.0％，P：≤0.1％，S：≤0.1％，Cu：0.10％～1.00％，Mo：≤1.0％，Ni：≤2.0％，，V：≤0.5％，Sb：≤0.03％，Sn：≤0.1％，其余为Fe及不可避免杂质。

其中，C、Si、Mn、P、S是球墨铸铁材料的基本元素，C主要是以球状石墨形态存在；P、S主要是以难以去除的杂质元素在原料中存在；Mn一方面与S形成MnS，降低杂质S含量，避免异型石墨出现，另一方面促进珠光体形成，强化基体组织，提高强度；Sb能够促进石墨孕育，细化石墨，稳定珠光体；Ni能够稳定和细化珠光体，提高抗拉强度和硬度，与Mo、V同时添加效果优于单一元素的添加；Cu能稳定和细化珠光体，优选的，0.5％～1.0％含量的Cu能获得全部珠光体组织；Sn能稳定珠光体，强化基体组织。

所得球墨铸铁材料的抗拉强度为500Mpa～800Mpa，杨氏模量为150Gpa～180Gpa。

本发明涉及的一种压缩机用高强度高刚性球墨铸铁材料主要铸造工艺流程分为：原材料准备、熔炼、球化处理、浇铸、冷却、落料分拣。

原材料准备：生铁、增碳剂、回炉料、废钢、合金等按一定质量比例准备。

熔炼：将原材料投入熔炼炉中熔炼，并进行成分调整，获得所需成分的铁水。

球化处理：转运包内装好球化剂、孕育剂、覆盖剂，将熔炼炉里的铁水倒入转运包，并完成一次孕育处理、二次孕育处理和球化处理。

浇铸：将转运包里的铁水浇铸到已准备好的砂型中，并进行随流孕育。

冷却：铁水在型砂中自然冷却。

落料分拣：将已冷却好的球墨铸铁材料在型砂分离机作用下分离，对球墨铸铁材料进行除砂处理以及分拣归类。

上述球墨铸铁材料可应用于制备压缩机的上轴承和/或下轴承。

当压缩机使用本发明的高强度、高刚性球墨铸铁件制作上轴承、下轴承或上、下轴承，可使压缩机运转稳定性和长久运转可靠性提高，间隙音改善，振幅降低，噪音低减。

实施例1

·其材质成分质量百分比为：C：3.57％，Si：2.58％，Mn：0.25％，P：0.039％，S：0.02％，Cu：0.20％，Sb：0.0035％，其余为Fe及不可避免杂质。

·基体组织如图5中的(A)所示：30％珠光体；石墨形态：球状石墨，球化率75％；

·抗拉强度：540Mpa

·杨氏模量：168Gpa

制备方法如下：

(1)原材料准备：生铁、增碳剂、回炉料、废钢、合金等按一定质量比例准备。

(2)熔炼：将原材料投入熔炼炉中熔炼，并进行成分调整，获得包含上述所需成分的铁水。

(3)球化处理：转运包内装好球化剂(稀土硅铁镁合金等)、孕育剂(硅铁等)、覆盖剂(C粉等)，将熔炼炉里的铁水倒入转运包，要求铁水温度≥1400℃，并完成一次孕育处理、二次孕育处理和球化处理，孕育时间一般控制在8分钟以内完成。

(4)浇铸：将转运包里的铁水浇铸到已准备好的砂型中，并进行随流孕育。

(5)冷却：铁水在型砂中自然冷却。

(6)落料分拣：将已冷却好的球墨铸铁材料在型砂分离机作用下分离，对球墨铸铁材料进行除砂处理以及分拣归类。

实施例2

·其材质成分质量百分比为：C：3.70％，Si：2.65％，Mn：0.30％，P：0.02％，S：0.01％，Cu：0.30％，Sb：0.005％，Ni：1.0％，其余为Fe及不可避免杂质。

·基体组织如图5中的(B)所示：40％珠光体；石墨形态：球状石墨，球化率80％；

·抗拉强度：620Mpa

·杨氏模量：172Gpa

制备方法同实施例1。

实施例3

·其材质成分质量百分比为：C：3.65％，Si：2.60％，Mn：0.41％，P：0.04％，S：0.019％，Cu：0.60％，Sb：0.010％，Ni：1.0％，Mo：0.3％，V：0.1％，其余为Fe及不可避免杂质。

·基体组织如图5中的(C)所示：60％珠光体；石墨形态：球状石墨，球化率80％；

·抗拉强度：650Mpa

·杨氏模量：175Gpa

制备方法同实施例1。

本发明的实施方案不仅限于此，在本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出若干替代或变型，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种压缩机用高强度高刚性球墨铸铁材料，其特征在于按重量百分比计算含有以下化学成分：C:3.0％～3.9％，Si：2.2％～3.7％，Mn：≤1.0％，P：≤0.1％，S：≤0.1％，Cu：0.10％～1.00％，Mo：≤1.0％，Ni：≤2.0％，V：≤0.5％，Sb：≤0.03％，Sn：≤0.1％，其余为Fe及不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的压缩机用高强度高刚性球墨铸铁材料，其特征在于：所述的碳主要以球状石墨形态存在。

3.根据权利要求1所述的压缩机用高强度高刚性球墨铸铁材料，其特征在于：所述的球墨铸铁材料的基体组织为珠光体基体，珠光体含量在30％以上。

4.根据权利要求1所述的压缩机用高强度高刚性球墨铸铁材料，其特征在于：所述的球墨铸铁材料的抗拉强度为500Mpa～800Mpa。

5.根据权利要求1所述的压缩机用高强度高刚性球墨铸铁材料，其特征在于：所述的球墨铸铁材料的杨氏模量为150Gpa～180Gpa。

6.权利要求1-5任一权利要求所述球墨铸铁材料应用于制备压缩机的上轴承和/或下轴承。

7.一种压缩机，包含有权利要求1-5任一权利要求所述球墨铸铁材料制得的上轴承和/或下轴承。