[发明专利]经复合表面改性的20CrMnTi压缩机叶片及其制备工艺

说明书

 

技术领域

本发明涉及制冷行业的压缩机叶片，尤其涉及一种经复合表面改性的20CrMnTi压缩机叶片及其制备工艺。

 

背景技术

    随着制冷行业的发展和全球气候变暖，制冷空调、冰箱的使用越来越普遍。任何制冷系统都是由压缩机、冷凝器、蒸发器三大核心模块组成。制冷系统工作时，压缩机将冷冻剂压缩成高压饱和气体，这种气态冷冻剂经过冷凝器冷凝，并通过节流装置节流之后，通入到蒸发器蛇行管内，将所需要冷却的媒介（如房间的空气）冷却换热后变成低压蒸气流回到压缩机，再被压缩机压缩，这样反复循环运行就完成了制冷过程。制热系统也大致是这个原理，只是方式相反。

制冷压缩机种类和形式很多，根据原理可分容积型和速度型两类，其中容积式是最为普遍的。转子叶片式容积型压缩机具有结构紧凑、运动部件少；体积小，重量轻；排气压力脉动小，容积效率高等特点。目前在小容量的空调压缩机中占有主导地位，并在中央空调中已得到广泛应用。 

叶片作为转子叶片式压缩机的重要零部件,它将汽缸内部空间一分为二,当压缩机主轴带动偏心转子紧贴汽缸内壁旋转一周时，叶片始终与偏心转子滚动接触，并造成汽缸内月牙形空间容积发生周期性变化，致使制冷剂蒸气发生体积和温度上的变化,从而完成吸入和压缩制冷剂的任务。

    为了保证在压缩机偏心转子旋转过程中完成制冷剂吸入和压缩的任务，并达到低噪声和长寿命之目的，不仅要求叶片与滚动转子间，叶片与汽缸滑槽间配合紧密，还要求这两对摩擦副之间的摩擦系数尽量降低，长时间正常运行，因此，除对叶片加工精度要求很高外，它应具有低的摩擦系数和很好的抗磨、抗腐蚀性能。目前叶片通常采用高速钢等高级合金工具钢制成。由于合金工具钢中含碳量高，且含有大量的W、Mo、Cr、V等合金元素，冶炼、浇注、塑性成形和热处理工艺等整个加工制造流程十分复杂，其原材料成本高。以目前使用最为广泛的M2(W6Mo5Cr4V2)高速钢叶片为例，现今国内M2原材料市场价为5~7万元/吨。原材料进厂后，为了改善高速钢叶片本身的切削加工性，需要采用比较复杂的和严格的退火工艺；高速钢叶片粗加工后，则必须进行1200~1240℃高温淬火，促使钢中碳化物溶解，以提高奥氏体中合金元素和碳的含量（叶片的高温淬火是影响其使用性能最敏感的工序，也是工艺控制难度最大的工艺）；叶片随后再在出现“二次硬化”的温度（~560℃）下进行三次回火处理; 最后还要进行表面渗氮处理，以进一步提高高速钢叶片表面的强度、硬度，其加工工艺复杂，要求高。

    众所周知，由于摩擦磨损在叶片的表面进行，腐蚀也从表面开始，若采用加工性能好的结构钢作为基材，运用先进的表面改性技术赋予叶片表面以特殊的成分、组织结构和性能，从而能最经济而有效地提高叶片质量和延长使用寿命，并大大降低叶片成本。

 

发明内容

针对目前压缩机叶片原材料成本高，加工工艺复杂等问题，本发明的目的在于提供一种采用普通的结构钢，即20CrMnTi作为压缩机叶片的基材，经复合表面改性制得的压缩机叶片；

本发明的另一目的在于提供这种压缩机叶片的制备工艺。

实现本发明目的的技术方案如下：

    经复合表面改性的20CrMnTi压缩机叶片，叶片采用20CrMnTi作为压缩机叶片的基材，经整体调质热处理并采用短时渗氮工艺先对其表面进行化学热处理，渗氮层厚度0.18~0.25mm，硬度约为950HV； 然后在与偏心转子滚动接触的叶片处（R面）的渗氮层上再沉积Cr-Al-Ti-N膜，Cr-Al-Ti-N膜的纳米硬度高达23GPa，沉积厚度为3~5μm。所述20CrMnTi渗氮钢的化学成分（ｗｔ％）为：Ｃ：0.17~0.23；Cr：1.00~1.30；Mn：0.80~1.10；Ti：0.04~0.10；Si：0.17～0.37。

     经复合表面改性的20CrMnTi压缩机叶片的制备工艺，包括如下步骤：

    1）、以20CrMnTi为基材的叶片经割片和粗加工后进行整体调质热处理，调质热处理的工艺条件为：淬火：910~930℃油淬，高温回火：560~620℃空冷，调质后硬度为225HBW；