一种压缩机用平衡块及其制备方法与流程

1.本发明属于压缩机制备领域，具体涉及一种压缩机用平衡块及其制备方法。


背景技术：

2.平衡块是压缩机转子的重要部件，起到平衡、降噪、减振等作用。对平衡块，一般要求其具备较高的密度，比较精确的尺寸精度、较高的重量精度、防锈等特点，且随着现在技术的发展，对于压缩机转子性能的要求越来越高，平衡块除了需满足上述的基本性能要求，还应当具备良好的力学性能、耐磨性、无磁或极低磁性。但是，传统的平衡块组成及制造方法较难实现较理想的高强度及耐磨性能。因此，目前仍需继续开发一种新型的平衡块，以便满足实际需求，拓宽平衡块的应用场景。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术涉及平衡块强度低等问题，本发明将提供一种压缩机用平衡块及其制备方法。
4.为实现上述目的，具体包括以下技术方案：
5.一种压缩机用平衡块，其化学成分按质量比计为：碳0.5-1％，锰13-16％，镍0.5-2.5％，钒0.04-0.2％，硅0.4-0.9％，铬≤0.25％，硫≤0.08％，磷≤0.09％，余量铁以及不可避免的杂质。
6.本发明通过调控平衡块的化学组成，改善平衡块中的内部组织结构，实现提高平衡块的抗拉伸强度。其中，镍协同钒在热处理中稳定奥氏体或由铁素体或马氏体转化后形成的奥氏体，使得平衡块具有更高的力学强度；锰和碳是形成奥氏体的主要成分；硅在平衡块中起脱氧作用，残存的硅固溶于奥氏体中，是非碳化物形成元素，能降低碳在奥氏体中的溶解度而促进高锰钢中碳化物析出，但是随着硅含量的增加，碳化物析出数量增加，对奥氏体组织稳定性不利，控制硅含量不大于0.9％。
7.作为本发明进一步优选的实施方式，所述压缩机用平衡块的化学成分按质量比计为：碳0.5-1％，锰13-16％，镍1-1.5％，钒0.08-0.15％，硅0.4-0.9％，铬≤0.25％，硫≤0.08％，磷≤0.09％，余量铁以及不可避免的杂质。
8.作为本发明优选的实施方式，所述镍和钒的质量之比为镍:钒＝(6-19):1。
9.作为本发明更进一步优选的实施方式，所述镍和钒的质量之比为镍:钒＝(9-11):1。
10.本发明的体系中，镍和钒存在协同作用，如果在上述的质量比之下，抗拉伸强度会更优。
11.作为本发明更进一步优选的实施方式，所述压缩机用平衡块的化学成分按质量比计为：碳0.6％，锰16％，镍1.5％，钒0.15％，硅0.7％，铬≤0.25％，硫≤0.08％，磷≤0.09％，余量铁以及不可避免的杂质。
12.一种压缩机用平衡块的制备方法，包括如下步骤：
13.(1)按照压缩机用平衡块的组分配置原料，将原料进行熔炼、浇注，经冷却后得到铸钢；
14.(2)将所述铸钢在非氧化性气体氛围下进行热处理，经水冷后，再将水冷后的铸钢进行热时效处理，得到压缩机用平衡块。
15.作为本发明优选的实施方式，所述热处理分两阶段：第一热处理阶段的温度为400-600℃，第一热处理阶段的时间为10-60min，第二热处理阶段的温度为1000-1200℃，第二热处理阶段的时间为30min-2.5h。
16.作为本发明进一步优选的实施方式，所述第一热处理阶段的温度为500-600℃。
17.本发明热处理分两阶段进行，第一热处理阶段可以预先调制铸钢内部的应力，避免铸钢的产生过高的内应力导致平衡块的开裂，同时提高材料的塑性，增强其抗拉强度。
18.作为本发明优选的实施方式，所述热处理的升温速率为30-80℃/h。
19.通过热处理可降低和消除铸钢的磁性，实现平衡块的无磁或极低磁性，本发明通过镍和钒的协同作用在热处理中能够稳定平衡块中的由铁素体或马氏体转化后形成的奥氏体，获得更高强度的平衡块。
20.作为本发明优选的实施方式，所述热时效处理的温度为300-390℃，时间为20min-1h，升温速率为3-5℃/min。
21.作为本发明优选的实施方式，所述热时效的处理温度为370℃，时间为30min，升温速率为5℃/min。
22.热时效处理可以对热处理后的奥氏体钢进行细晶强化，进一步增强平衡块的力学强度。
23.作为本发明优选的实施方式，所述熔炼的温度为1500-1800℃，时间为20min-2h。
24.作为本发明优选的实施方式，所述熔炼的温度为1570-1650℃，时间为45min。
25.作为本发明优选的实施方式，所述冷却为自然冷却。
26.作为本发明优选的实施方式，所述非氧化性气体氛围为氢气。
27.在非氧化性气体氛围下，避免铸钢在热处理过程中表面发生氧化。
28.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
29.(1)本发明通过调控平衡块的化学组成，改善平衡块中的内部组织结构，实现提高平衡块的抗拉伸强度的目的。
30.(2)本发明通过镍和钒的协同作用在热处理中能够稳定平衡块中的由铁素体或马氏体转化后形成的奥氏体，获得更高强度的平衡块。
31.(3)本发明通过热时效处理，进行固溶细晶强化，提高平衡块的抗拉伸强度、耐磨性及耐腐蚀性。
附图说明
32.图1为实施例1制得的平衡块的金相测试结果。
33.图2为实施例1平衡块的热分析结果。
具体实施方式
34.为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将通过具体实施例对本发明
作进一步说明。下述实施例和对比例所涉及的原料皆是从市场购买。
35.实施例1
36.(1)蜡模和壳膜的制备
37.将蜡料依次经过熔融、射蜡、压制、组件等工序制备蜡模组，将砂浆和胶水混合后，将蜡模组浸泡到混合物中，重复多次，制备得到在蜡模上得到光滑的壳膜预制体；壳膜预制体经过依次经过1700℃高温脱蜡及1120℃、45min的烧壳模工序，得到烧结后的半圆型壳模；
38.(2)熔炼和浇铸
39.将压缩机用平衡块的原料按重量比100％计进行配料：碳0.6％，锰16％，镍0.8％，钒0.02％，硅0.7％，铬≤0.25％，硫≤0.08％，磷≤0.09％，余量铁，在80公斤的中频炉1570-1650℃下熔炼45min得到钢水，将钢水在1570-1650℃下浇注到烧结后的壳膜中，自然冷却，得到铸钢；其中，配料时可以先用普通钢进行配料再辅助添加其他材料，节省成本，如本实施例中此处使用45号钢；
40.(3)热处理
41.将铸钢在置于带式热处理炉中，通入分解后的氨气气氛(850℃分解氨气，分解出氢气进入主炉里面，对产品表面进行保护及形成还原性氛围，利于表面晶粒的致密化，提高耐腐蚀性)，其中将带式热处理炉前段的加热段给热区间设置程序：第一热处理阶段的温度为500℃，第一热处理阶段的时间为30min，第二热处理阶段的温度为1050℃，第二热处理阶段的时间为1.5h，升温速率为50℃/h；经过热处理后的铸钢经过后端冷却段通过冷却水道进行冷却，冷却后，以升温速率为5℃/min升温至热时效处理的温度370℃，保温30min，自然冷却后得到平衡块。
42.实施例1-9和对比例1-7
43.平衡块的原料组分含量详见表1，实施例2-9和对比例2-7制备的方法同实施例1。
44.表1实施例1-9和对比例1-7的平衡块的组分含量(以质量百分比计％)
[0045][0046][0047]
实施例10
[0048]
与实施例1相比，区别在于，本实施例步骤(3)，在热处理后，进行热时效处理的温度为300℃，时间为1h。
[0049]
实施例11
[0050]
与实施例1相比，区别在于，在步骤(3)中，热处理后，进行热时效处理的温度为390℃，时间为30min。
[0051]
实施例12
[0052]
与实施例1相比，区别在于，第一热处理阶段的温度为400℃。
[0053]
实施例13
[0054]
与实施例1相比，区别在于，第一热处理阶段的温度为600℃。
[0055]
实施例14
[0056]
与实施例1相比，区别在于，第一热处理阶段的温度为700℃。
[0057]
对比例8
[0058]
与实施例1相比，区别在于，第一热处理阶段的温度为1050℃(即热处理不分阶段
处理)。
[0059]
对比例9
[0060]
与实施例1相比，区别在于，在步骤(3)中，热处理后，没有进行热时效处理。
[0061]
对比例10
[0062]
与实施例1相比，区别在于，在步骤(3)中，热处理后，进行热时效处理的温度为450℃，时间为30min。
[0063]
对比例11
[0064]
与实施例1相比，区别在于，在步骤(3)中，热处理后，进行热时效处理的温度为280℃，时间为2h。
[0065]
对比例12
[0066]
与实施例1相比，区别在于，本对比例用等量的cu替代ni，其余不变。
[0067]
对比例13
[0068]
与实施例1相比，区别在于，本对比例用等量的ti替代v，其余不变。
[0069]
性能测试
[0070]
(1)常温抗拉强度测试：在室温下按gb/t228.1-2021测试抗拉强度及伸长率；
[0071]
(2)磁性：使用高斯计检测磁性；
[0072]
(3)按照gb/t13298-2015，使用金相显微镜测试实施例1平衡块的金相，测试结果如图1所示；
[0073]
(4)热分析：按gb/t 1425-1996进行平衡块的热分析试验，设备tga德国耐驰209f3。
[0074]
表1实施例和对比例平衡块性能测试结果
[0075]
[0076][0077]
由图1可知，平衡块的金相组织是奥氏体，可见孪晶，中间晶粒粗大，边缘晶粒较细小。平衡块表面存在细小晶粒，形成保护层，其耐磨及耐腐蚀性好、加工硬度高。
[0078]
由图2可知，平衡块在500℃以下，没有明显的反应峰，无失重，无热变形。
[0079]
由实施例1-7和对比例1-3、12-13可知，在本发明的体系中，镍和钒组合时存在协同作用，通过镍和钒的协同作用在热处理中能够稳定平衡块中的由铁素体或马氏体转化后形成的奥氏体，获得更高抗拉强度的平衡块，同时制得的平衡块的磁性极低。且由实施例1、6-7、对比例4-7，钒的含量在0.08-0.15％，镍的含量在1.0-1.5％时，平衡块的抗拉强度更优，且当镍和钒的质量比值9-11时，平衡块的抗拉强度最优。
[0080]
由实施例1、10-11和对比例9-11可知，在制备平衡块时，通过热时效处理，能够使得平衡块内部部分晶粒细化，存在析出相，强化了平衡块的抗拉强度；但是热时效的温度及时长不宜过高，否则会出现过时效，导致拉伸强度明显下降。
[0081]
由实施例1、12-14和对比例8可知，在热处理时，预先在相对低温下进行热处理不仅避免出现热应力导致平衡块开裂的现象，而且能显著提升平衡块的抗拉强度，在500-600℃下预处理制得的平衡块抗拉强度更优。
[0082]
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保
护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

技术特征：
1.一种压缩机用平衡块，其特征在于，其化学成分按质量比计为：碳0.5-1％，锰13-16％，镍0.5-2.5％，钒0.04-0.2％，硅0.4-0.9％，铬≤0.25％，硫≤0.08％，磷≤0.09％，余量铁以及不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的压缩机用平衡块，其特征在于，所述压缩机用平衡块的化学成分按质量比计为：碳0.5-1％，锰13-16％，镍1-1.5％，钒0.08-0.15％，硅0.4-0.9％，铬≤0.25％，硫≤0.08％，磷≤0.09％，余量铁以及不可避免的杂质。3.如权利要求2所述的压缩机用平衡块，其特征在于，所述镍和钒的质量之比为镍:钒＝(6-19):1。4.如权利要求3所述的压缩机用平衡块，其特征在于，所述镍和钒的质量之比为镍:钒＝(9-11):1。5.权利要求1-4任一项所述的压缩机用平衡块的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按照压缩机用平衡块的组分配置原料，将原料进行熔炼、浇注，经冷却后得到铸钢；(2)将所述铸钢在非氧化性气体氛围下进行热处理，经水冷后，再将水冷后的铸钢进行热时效处理，得到压缩机用平衡块；所述热时效处理的温度为300-390℃，时间为20min-1h，升温速率为3-5℃/min。6.如权利要求5所述的压缩机用平衡块的制备方法，其特征在于，所述热处理分两阶段：第一热处理阶段的温度为400-600℃，第一热处理阶段的时间为10-60min，第二热处理阶段的温度为1000-1200℃，第二热处理阶段的时间为30min-2.5h。7.如权利要求6所述的压缩机用平衡块的制备方法，其特征在于，所述第一热处理阶段的温度为500-600℃。8.如权利要求5所述的压缩机用平衡块的制备方法，其特征在于，所述热时效的处理温度为370℃，时间为30min，升温速率为5℃/min。9.如权利要求5所述的压缩机用平衡块的制备方法，其特征在于，所述熔炼的温度为1500-1800℃，时间为20min-2h。10.如权利要求5所述的压缩机用平衡块的制备方法，其特征在于，所述冷却为自然冷却；所述非氧化性气体氛围为氢气；所述热处理的升温速率为30-80℃/h。

技术总结
本发明属于压缩机制备领域，具体公开了一种压缩机用平衡块及其制备方法。本发明的压缩机用平衡块的化学成分按质量比计为：碳0.5-1％，锰13-16％，镍0.5-2.5％，钒0.04-0.2％，硅0.4-0.9％，铬≤0.25％，硫≤0.08％，磷≤0.09％，余量铁以及不可避免的杂质。本发明通过调控平衡块的化学组成，改善平衡块中的内部组织结构，实现提高平衡块的抗拉伸强度，同时改进制备过程的热处理方式，提高平衡块的抗拉伸强度、耐磨性及耐腐蚀性。耐磨性及耐腐蚀性。


技术研发人员：舒瑞哲 舒克章 熊伟
受保护的技术使用者：江门佳久精密制造科技有限公司
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/10/15