高锰无磁性高密度平衡块制造方法与流程

1.本发明属于平衡块领域，涉及一种低铜无磁性高密度平衡块，特别是一种高锰无磁性高密度平衡块制造方法。


背景技术：

2.旋转活塞式压缩机是利用带偏心轴的曲轴带动活塞在汽缸内旋转。利用叶片端部的圆弧面与活塞表面接触，将气缸分成二个区域，进行吸气-压缩-排气。电机转子带动曲轴旋转时，由于曲轴存在的偏心，运转时会产生不平衡，由此压缩机产生振动和噪音。为减少压缩机的振动与噪音，在压缩机转子的两端各安装一块平衡块，以平衡由于带偏心轴的曲轴在运转时产生的不平衡。
3.为了提高动平衡的效果和减少在磁场中的发热效果，平衡块大都采用比重比较大、对电磁感应比较不敏感的材料制作。黄铜是优选材料之一，但随着国际铜价的不断攀升，导致平衡块的制作成本也不断攀升。
4.为了降低成本，采用低磁或无磁的高锰钢制作平衡块。为此申请人曾提出了压缩机高锰钢平衡块和压缩机高锰钢平衡块制作方法（申请号201811050978.3），第一步，混合合金粉末；第二步，将合金粉末压制成平衡块压坯；第三步，将平衡块压坯高温烧结定型，得到平衡块烧结坯；第四步，待平衡块烧结坯冷却到750℃-800℃时，放入挤压模具内进行挤压成型，得到平衡块成品。通过挤压整形虽然能提高平衡块精度和密度，但也增加了加工工序和制造成本，进而降低了平衡块的市场竞争力。


技术实现要素：

5.本发明提出了一种高锰无磁性高密度平衡块制造方法，本发明要解决的技术问题是如何降低高锰无磁性平衡块的制造成本。
6.本发明的要解决的技术问题可通过下列技术方案来实现：一种高锰无磁性高密度平衡块制造方法是按以下顺序步骤进行的，第一步：混料；将铁锰合金粉、含磷添加剂和辅料加入混粉机中混合，制得成品粉；含磷添加剂中磷元素质量为成品粉质量的0.1%-0.8%；第二步，生坯成型；先将成品粉装入平衡块的刚性模具内，再压制成品粉，压制成型后取出制得平衡块生坯；第三步，烧结成型；将平衡块生坯置于烧结炉内加热，烧结成型后取出制得平衡块成品。
7.在成品粉中加入适量的含磷添加剂，使得平衡块生坯在烧结成型过程中，含磷添加剂形成一定量的液相，有利于粉末之间扩散、颗粒重排、烧结颈长大以及使孔隙球形化；进而有利于平衡块生坯在烧结过程中收缩，最终实现提高平衡块成品的密度。
8.铁锰合金粉可直接在市场中采购，也可按下述要求定制，所述铁锰合金粉中元素质量百分比为c：0.6%-2%，si：0.1%-1.5%，mn：10%-22%，ni：0-2%，cr：0-2%，不可避免杂质＜
2%，fe余量。
9.作为优先，所述铁锰合金粉不同粒度的百分比为80目-100目：《2%，100目-150目：10%-15%，150目-200目：15%-20%，200目-325目：余量。通过选用不同粒度的铁锰合金粉进行混合，提高平衡块成品组织致密性，降低空隙量，实现提高平衡块成品的密度。
10.在上述的高锰无磁性高密度平衡块制造方法中，含磷添加剂可采用下述任意一种方案：第一种，所述含磷添加剂为磷铜合金粉，磷铜合金粉中磷元素质量百分比大于等于13.8%；第二种，所述含磷添加剂为磷铁合金粉，磷铁合金粉中磷元素质量百分比大于等于20%；第三种，所述含磷添加剂为磷铜合金粉和纯铜粉的混合粉，磷铜合金粉中磷元素质量百分比大于等于13.8%；第四种，所述含磷添加剂为磷铁合金粉和纯铜粉的混合粉，磷铁合金粉中磷元素质量百分比大于等于20%；第五种，所述含磷添加剂为磷铁合金粉和磷铜合金粉的混合粉，磷铁合金粉中磷元素质量百分比大于等于20%，磷铜合金粉中磷元素质量百分比大于等于13.8%；第六种，所述含磷添加剂为磷铁合金粉、磷铜合金粉和纯铜粉的混合粉，磷铁合金粉中磷元素质量百分比大于等于20%，磷铜合金粉中磷元素质量百分比大于等于13.8%。
11.磷铁合金粉中铁元素为平衡块的基础元素；磷铜合金粉和纯铜粉中铜元素在平衡块生坯烧结成型过程中，也有利于使孔隙球形化，实现提高平衡块成品的密度；同时不仅铜的密度大于铁的密度，而且铜具有无磁特性，实现提高平衡块成品的密度和无磁特性。含磷添加剂不会加入对平衡块特性无用的金属元素。
12.作为优先，所述磷铁合金粉粒度为-60目；所述磷铜合金粉粒度为-60目；所述纯铜粉粒度为-100目。上述粒度数值的含磷添加剂能提高分布均匀性，单位体积内含磷添加剂的数量，提高孔隙球形化程度，实现提高平衡块成品的密度。
13.在上述的高锰无磁性高密度平衡块制造方法中，所述辅料由碳粉和微粉蜡组成，或辅料由碳粉、微粉蜡和粘结剂组成。
14.与现有技术相比，在平衡块生坯密度相同情况下，本高锰无磁性高密度平衡块通过调整成品粉的成分，使平衡块生坯在烧结成型过程中有利于粉末之间扩散、颗粒重排、烧结颈长大以及使孔隙球形化；同时通过调整成品粉的粒度配比，提高组织致密性，降低孔隙大小以及数量，最终实现提高平衡块成品的密度。
附图说明
15.图1是采用实施例四的成品粉制得平衡块的金相组织图。
具体实施方式
16.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
17.一种高锰无磁性高密度平衡块制造方法是依次按混料、生坯成型和烧结成型顺序步骤进行的。
18.混料在混粉机中进行，将称量后的铁锰合金粉、含磷添加剂和辅料倒入混粉机锥桶内，连续摇动混合40分钟，含磷添加剂和辅料均匀混入铁锰合金粉中，制得成品粉；成品粉还具有粗细分布均匀的优点。
19.铁锰合金粉中元素质量百分比为c：0.6%-2%，si：0.1%-1.5%，mn：10%-22%，ni：0-2%，cr：0-2%，不可避免杂质＜2%，fe余量。铁锰合金粉不同粒度的百分比为80目-100目：《2%，100目-150目：10%-15%，150目-200目：15%-20%，200目-325目：余量。
20.含磷添加剂为磷铜合金粉，选择磷元素质量百分比大于等于13.8%的磷铜合金粉，能降低磷铜合金粉使用量，进而降低平衡块制造成本，以及有利于控制加入铜元素的总量。磷铜合金粉粒度为-60目，作为优先磷铜合金粉粒度为200目-325目，磷铜合金粉与铁锰合金粉大部分颗粒大小相同，这样能提高成品粉粗细分布均匀。
21.辅料由碳粉和微粉蜡组成；根据实际情况，辅料还可以由碳粉、微粉蜡和粘结剂组成。碳粉质量为成品粉质量的0.1%-1.5%，微粉蜡质量为成品粉质量的0.6%-1.2%，粘结剂质量为成品粉质量的0.02%-0.1%。在混料过程中碳粉、微粉蜡和粘结剂可单独称重加入，也可按比例混合后称重加入。
22.成品粉各组分质量百分比如下： 磷铜合金粉（20%磷）辅料铁锰合金粉成品粉实施例a0.51.45余量成品粉实施例b0.50.62余量成品粉实施例c0.52.8余量成品粉实施例d21.45余量成品粉实施例e20.62余量成品粉实施例f22.8余量成品粉实施例g41.45余量成品粉实施例h40.62余量成品粉实施例j42.8余量成品粉对比例x01.45余量概括来说，含磷添加剂中磷元素质量为成品粉质量的0.1%-0.8%；同时混入铜元素，铜元素质量为成品粉质量的0.4%-3.2%。
23.生坯成型是先将成品粉装入平衡块的刚性模具内，再压制成品粉，压制成型后取出制得平衡块生坯。
24.烧结成型是将平衡块生坯置于烧结炉内加热，烧结成型后取出制得平衡块成品。烧结成型时先预烧，再高温烧结，高温烧结时长为20-50分钟。
25.将上述成品粉实施例1和对比例1记载的成品粉压制相同形状且相同密度的平衡块生坯，再以相同烧结温度烧结成型，进一步说明成品粉对平衡块成品密度的影响。 成品粉生坯密度最高温度成品密度实施例一成品粉实施例a5.9g/cm
³
1180℃6.9g/cm
³
对比例一成品粉对比例x5.9g/cm
³
1180℃6.4g/cm
³
实施例二成品粉实施例a5.9g/cm
³
1100℃6.6g/cm
³
对比例二成品粉对比例x5.9g/cm
³
1100℃6.2g/cm
³
实施例三成品粉实施例a6.65g/cm
³
1200℃7.5g/cm
³
对比例三成品粉对比例x6.65g/cm
³
1200℃6.8g/cm
³
实施例四成品粉实施例a6.65g/cm
³
1260℃7.6g/cm
³
对比例四成品粉对比例x6.65g/cm
³
1260℃6.9g/cm
³
26.烧结成型加热的最高温度大于铜的熔点，这样在烧结中期铜完全熔化，形成液相，进而提高平衡块的密度。
27.由此可知，与现有技术相比，在平衡块生坯密度相同情况下，实现提高平衡块成品的密度，进而省略热挤压整形工序，降低制造成本。；从另外一方面来说，为了达到相同密度的平衡块成品，可降低平衡块生坯的密度，进而降低模具损耗，降低制造成本。
28.如图1所示，奥氏体紧密结合，排列有序，孔隙球形化，孔隙占比面积小且大部分孔隙面积极小，通过金相组织能体现平衡块成品具有密度高的优点。
29.实施例五：本实施例同上述实施例的结构及原理基本相同，基本相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于含磷添加剂：采用磷铁合金粉替换磷铜合金粉，磷铁合金粉粒度为-60目。磷铁合金粉中磷元素质量百分比大于等于20%；保持含磷添加剂中磷元素质量为成品粉质量的0.1%-0.8%。
30.实施例六：本实施例同上述实施例的结构及原理基本相同，基本相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于含磷添加剂：含磷添加剂为磷铜合金粉和纯铜粉的混合粉，磷铜合金粉中磷元素质量百分比大于等于13.8%；纯铜粉粒度为-100目。保持含磷添加剂中磷元素质量为成品粉质量的0.1%-0.8%；控制铜元素质量小于等于成品粉质量的5%，这样不仅能提高平衡块的密度，还能保持平衡块的价格，进而提高市场竞争力。
31.实施例七：本实施例同上述实施例的结构及原理基本相同，基本相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于含磷添加剂：含磷添加剂为磷铁合金粉和纯铜粉的混合粉，磷铁合金粉粒度为-60目，纯铜粉粒度为-100目。磷铁合金粉中磷元素质量百分比大于等于13.8%；保持含磷添加剂中磷元素质量为成品粉质量的0.1%-0.8%；控制铜元素质量小于等于成品粉质量的5%，这样不仅能提高平衡块的密度，还能保持平衡块的价格，进而提高市场竞争力。
32.实施例八：本实施例同上述实施例的结构及原理基本相同，基本相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于含磷添加剂：含磷添加剂为磷铁合金粉和磷铜合金粉的混合粉，磷铁合金粉中磷元素质量百分比大于等于20%，磷铜合金粉中磷元素质量百分比大于等于13.8%；磷铁合金粉粒度为-60目，纯铜粉粒度为-100目；保持含磷添加剂中磷元素质量为成品粉质量的0.1%-0.8%。
33.实施例九：本实施例同上述实施例的结构及原理基本相同，基本相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于含磷添加剂：含磷添加剂为磷铁合金粉、磷铜合金粉和纯铜粉的混合粉，磷铁合金粉中磷元素质量百分比大于等于20%，磷铜合金粉中磷元素质量百分比大于等于13.8%；磷铁合金粉粒度为-60目，纯铜粉粒度为-100目；保持含磷添加剂中磷元素质量为成品粉质量的0.1%-0.8%；控制铜元素质量小于等于成品粉质量的5%，这样不仅能提高平衡块的密度，还能保持平衡块的价格，进而提高市场竞争力。