壓縮機用高強度高剛性球墨鑄鐵材料及其應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種壓縮機用高強度高剛性球墨鑄鐵材料及其應用，其按重量百分比計算含有以下化學成分：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％，其余為Fe及不可避免雜質。本發(fā)明的球墨鑄鐵材料應用于制造壓縮機的上、下軸承，可令它們強度、剛性顯著提高，當壓縮機高負荷高速長時間運轉時，上、下軸承與曲軸形成的摩擦面的磨耗量得到改善，降低了軸承與曲軸燒結的風險，壓縮機運轉穩(wěn)定性和長久運轉可靠性提高，而且減小了壓縮機運轉時由于各種力而發(fā)生的徑向變形量，能夠大幅度地改善馬達定、轉子變形間隙不均勻而引起的間隙音，壓縮機振幅降低，噪音低減。
【專利說明】壓縮機用高強度高剛性球墨鑄鐵材料及其應用

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及壓縮機材料領域，特別是一種壓縮機用高強度高剛性球墨鑄鐵材料及其應用。

【背景技術】
[0002]現有技術中，壓縮機的結構如圖1所示，現行的壓縮機包括殼體組件1、置于殼體內的馬達組件和泵體組件4。馬達組件包括定子2和轉子3。如圖2所示，泵體組件4包括曲軸21、氣缸23、氣缸內繞曲軸21旋轉的活塞25、滑塊26，以及位于氣缸23的上、下端面的上軸承22和下軸承24。如圖3所示，曲軸21由U軸31、偏心部32和L軸33組成。馬達組件中，定子2通過過盈配合固定在殼體內部,轉子3通過過盈配合固定在曲軸的U軸31,定子2套在轉子3外周，定子2內徑與轉子3外徑存在一定的間隙。泵體組件中，上軸承22套接在曲軸的U軸31下部，且上軸承22外周通過焊接固定在殼體I上；下軸承24則套接在曲軸的L軸33上。一方面，上、下軸承22、24與氣缸23形成密封的壓縮容積腔體，與滑塊26和活塞25將氣缸23內形成的密封壓縮容積腔體分隔為吸氣部分和壓縮部分；另一方面，上軸承22對電機動力傳動件的曲軸21形成支撐，使壓縮機穩(wěn)定運行。馬達組件帶動曲軸21連同活塞25偏心運轉，通過活塞25的旋轉和滑塊26的往復運動，冷媒在氣缸23內形成吸氣、壓縮、排氣的循環(huán)做功過程，并由低溫、低壓的氣態(tài)轉變?yōu)楦邷?、高壓的氣態(tài)。
[0003]壓縮機在高負荷高速運轉時的受力分析如圖4所示，由于馬達定子2、轉子3產生的磁性吸引力傳遞到曲軸21上的力Fl和泵體組件4的偏心質量組件的偏心運轉而產生的偏心力F2，導致上、下軸承22、24的上、下柄部與曲軸21外圓周緊密貼合形成摩擦副。該摩擦副為局部面接觸，接觸面壓力F3、F4極高，接觸面易發(fā)生較大磨損甚至燒結，影響壓縮機運轉穩(wěn)定性和長久運轉可靠性。同時，由于受到馬達組件的磁性吸引力Fl和偏心力F2的作用，導致曲軸21產生變形，并將偏心力矩傳遞給支撐曲軸21的上軸承22、下軸承24，使泵體組件4產生徑向變形。隨著高效機種的開發(fā)，小軸徑曲軸和薄肉化軸承的使用，以及高壓力新冷媒的使用，使泵體徑向變形加劇，而且馬達定子2和轉子3間隙分布不均勻，產生間隙音，同時使得壓縮機泵體振幅和噪音增加。
[0004]因此，現行壓縮機均存在由于泵體各部件之間磨耗加大而影響壓縮機使用壽命和穩(wěn)定性、運轉時出現間隙音、壓縮機振幅大、噪音高等的技術課題。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種壓縮機用高強度高剛性球墨鑄鐵材料，強度、剛性顯著提高。
[0006]本發(fā)明的另一個目的是提供上述球墨鑄鐵材料應用于制備壓縮機的上、下軸承，使壓縮機泵體的整體強度、剛性增加，噪音降低，可靠性更高。
[0007]本發(fā)明目的是這樣實現:一種壓縮機用高強度高剛性球墨鑄鐵材料，其特征在于按重量百分比計算含有以下化學成分:C:3.0%?3.9%, S1:2.2%?3.7%,Mn 1.0%,P:彡 0.1%，S:彡 0.l%，Cu:0.10%?1.00%，Mo:彡 1.0%，N1:彡 2.0%，V:彡 0.5%，Sb:(0.03%, Sn 0.1%，其余為Fe及不可避免雜質。
[0008]所述的碳主要以球狀石墨形態(tài)存在。
[0009]所述的球墨鑄鐵材料的基體組織為珠光體基體，珠光體含量在30%以上。
[0010]所述的球墨鑄鐵材料的抗拉強度為500Mpa?800Mpa。
[0011]所述的球墨鑄鐵材料的楊氏模量為150Gpa?180Gpa。
[0012]上述球墨鑄鐵材料應用于制備壓縮機的上軸承和/或下軸承。
[0013]本發(fā)明的球墨鑄鐵材料具有高強度、高剛性的特點，應用于制造壓縮機的上、下軸承，可令到上、下軸承強度、剛性顯著提高，從而使壓縮機泵體的整體強度、剛性增加，當壓縮機高負荷高速長時間運轉時，上、下軸承與曲軸形成的摩擦面的磨耗量得到改善，降低了軸承與曲軸燒結的風險，使得壓縮機運轉穩(wěn)定性和長久運轉可靠性提高，而且減小了壓縮機運轉時由于馬達電磁吸引力、轉子離心力以及偏心質量(平衡塊、曲軸偏心質量)產生離心力而發(fā)生的徑向變形量，能夠大幅度地改善馬達定、轉子變形間隙不均勻而引起的間隙音，壓縮機振幅降低，噪音低減。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是壓縮機內部結構圖；
[0015]圖2是壓縮機泵體組件的剖面圖；
[0016]圖3是壓縮機曲軸的結構示意圖；
[0017]圖4是壓縮機泵體組件的受力分析圖；
[0018]圖5是本發(fā)明實施例1-3所制得材料的基體組織圖。

【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步描述，但本發(fā)明并不限于此。
[0020]本發(fā)明是一種壓縮機用高強度高剛性球墨鑄鐵材料，球墨鑄鐵材料為珠光體基體，珠光體含量在30%以上。按重量百分比計算含有以下化學成分:
[0021]C:3.0%?3.9%，S1:2.2%?3.7%，Mn:彡 1.0%，P:彡 0.1%，S:彡 0.1%，Cu:0.10%?1.00%，Mo:彡 1.0%，N1:彡 2.0%，，V:彡 0.5%，Sb:彡 0.03%，Sn:彡 0.1%，其余為Fe及不可避免雜質。
[0022]其中，C、S1、Mn、P、S是球墨鑄鐵材料的基本兀素，C王要是以球狀石墨形態(tài)存在；P、s主要是以難以去除的雜質兀素在原料中存在；Mn —方面與S形成MnS,降低雜質S含量，避免異型石墨出現，另一方面促進珠光體形成，強化基體組織，提高強度；Sb能夠促進石墨孕育，細化石墨，穩(wěn)定珠光體；Ni能夠穩(wěn)定和細化珠光體，提高抗拉強度和硬度，與Mo、V同時添加效果優(yōu)于單一兀素的添加；Cu能穩(wěn)定和細化珠光體,優(yōu)選的,0.5%?1.0%含量的Cu能獲得全部珠光體組織；Sn能穩(wěn)定珠光體，強化基體組織。
[0023]所得球墨鑄鐵材料的抗拉強度為500Mpa?800Mpa，楊氏模量為150Gpa?180Gpa。
[0024]本發(fā)明涉及的一種壓縮機用高強度高剛性球墨鑄鐵材料主要鑄造工藝流程分為:原材料準備、熔煉、球化處理、澆鑄、冷卻、落料分揀。
[0025]原材料準備:生鐵、增碳劑、回爐料、廢鋼、合金等按一定質量比例準備。
[0026]熔煉:將原材料投入熔煉爐中熔煉，并進行成分調整，獲得所需成分的鐵水。
[0027]球化處理:轉運包內裝好球化劑、孕育劑、覆蓋劑，將熔煉爐里的鐵水倒入轉運包，并完成一次孕育處理、二次孕育處理和球化處理。
[0028]澆鑄:將轉運包里的鐵水澆鑄到已準備好的砂型中，并進行隨流孕育。
[0029]冷卻:鐵水在型砂中自然冷卻。
[0030]落料分揀:將已冷卻好的球墨鑄鐵材料在型砂分離機作用下分離，對球墨鑄鐵材料進行除砂處理以及分揀歸類。
[0031]上述球墨鑄鐵材料可應用于制備壓縮機的上軸承和/或下軸承。
[0032]當壓縮機使用本發(fā)明的高強度、高剛性球墨鑄鐵件制作上軸承、下軸承或上、下軸承，可使壓縮機運轉穩(wěn)定性和長久運轉可靠性提高，間隙音改善，振幅降低，噪音低減。
[0033]實施例1
[0034].其材質成分質量百分比為:C:3.57%, S1:2.58%, Mn:0.25%, P:0.039%, S:0.02%, Cu:0.20%, Sb:0.0035%，其余為Fe及不可避免雜質。
[0035].基體組織如圖5中的㈧所示:30%珠光體；石墨形態(tài):球狀石墨，球化率75% ；
[0036].抗拉強度:540Mpa
[0037].楊氏模量:168Gpa
[0038]制備方法如下:
[0039](I)原材料準備:生鐵、增碳劑、回爐料、廢鋼、合金等按一定質量比例準備。
[0040](2)熔煉:將原材料投入熔煉爐中熔煉，并進行成分調整，獲得包含上述所需成分的鐵水。
[0041](3)球化處理:轉運包內裝好球化劑(稀土硅鐵鎂合金等)、孕育劑(硅鐵等)、覆蓋劑(C粉等)，將熔煉爐里的鐵水倒入轉運包，要求鐵水溫度> 140(TC，并完成一次孕育處理、二次孕育處理和球化處理，孕育時間一般控制在8分鐘以內完成。
[0042](4)澆鑄:將轉運包里的鐵水澆鑄到已準備好的砂型中，并進行隨流孕育。
[0043](5)冷卻:鐵水在型砂中自然冷卻。
[0044](6)落料分揀:將已冷卻好的球墨鑄鐵材料在型砂分離機作用下分離，對球墨鑄鐵材料進行除砂處理以及分揀歸類。
[0045]實施例2
[0046].其材質成分質量百分比為:C:3.70%, Si:2.65 %, Mn:0.30 %, P:0.02 %, S:0.01%, Cu:0.30%, Sb:0.005%, N1:1.0%，其余為 Fe 及不可避免雜質。
[0047].基體組織如圖5中的⑶所示:40%珠光體；石墨形態(tài):球狀石墨，球化率80% ；
[0048].抗拉強度:620Mpa
[0049].楊氏模量:172Gpa
[0050]制備方法同實施例1。
[0051]實施例3
[0052].其材質成分質量百分比為:C:3.65%, S1:2.60 %, Mn:0.41%, P:0.04%, S:0.019%, Cu:0.60%, Sb:0.010%,Ni:1.0%,Mo:0.3%,V:0.1%，其余為 Fe 及不可避免雜質。
[0053].基體組織如圖5中的(C)所不:60*%珠光體；石墨形態(tài):球狀石墨，球化率80% ；
[0054].抗拉強度:650Mpa
[0055]?楊氏模量:175Gpa
[0056]制備方法同實施例1。
[0057]本發(fā)明的實施方案不僅限于此，在本發(fā)明上述基本技術思想前提下，還可以做出若干替代或變型，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種壓縮機用高強度高剛性球墨鑄鐵材料，其特征在于按重量百分比計算含有以下化學成分:C:3.0%?3.9%，S1:2.2%?3.7%，Mn:彡 1.0%，P:彡 0.1%，S:彡 0.l%，Cu:0.10%?1.00%，Mo:彡 1.0%，N1:彡 2.0%，V:彡 0.5%，Sb:彡 0.03%，Sn:彡 0.1%，其余為Fe及不可避免雜質。
2.根據權利要求1所述的壓縮機用高強度高剛性球墨鑄鐵材料，其特征在于:所述的碳主要以球狀石墨形態(tài)存在。
3.根據權利要求1所述的壓縮機用高強度高剛性球墨鑄鐵材料，其特征在于:所述的球墨鑄鐵材料的基體組織為珠光體基體，珠光體含量在30%以上。
4.根據權利要求1所述的壓縮機用高強度高剛性球墨鑄鐵材料，其特征在于:所述的球墨鑄鐵材料的抗拉強度為500Mpa?800Mpa。
5.根據權利要求1所述的壓縮機用高強度高剛性球墨鑄鐵材料，其特征在于:所述的球墨鑄鐵材料的楊氏模量為150Gpa?180Gpa。
6.權利要求1-5任一權利要求所述球墨鑄鐵材料應用于制備壓縮機的上軸承和/或下軸承。
7.—種壓縮機，包含有權利要求1-5任一權利要求所述球墨鑄鐵材料制得的上軸承和/或下軸承。
【文檔編號】F04C29/00GK104264033SQ201410538766
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權日:2014年10月13日
【發(fā)明者】屈彥松, 龔沛, 周紅濤 申請人:松下·萬寶(廣州)壓縮機有限公司