R410A空调压缩机用滑片的表面处理
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摘要
臭氧层破坏是当今全球面临的环境问题。制冷、空调行业广泛采用的氢氯氟烃类工质对臭氧层产生破坏,威胁人类生存。禁止生产和使用氢氯氟烃类工质、寻找新的替代工质,已经成为制冷及空调领域近年来最为迫切和热门的研究内容之一。作为家用空调器心脏的压缩机的冷媒替代要求也已提上日程。采用R410A新工质,压缩机润滑条件恶化,滑动部件中的滑片表面磨损增大,导致压缩机效率降低。当严重磨损时,压缩机可能堵转失效。所以探讨优化滑片表面氮化处理方式既是R410A压缩机开发的重要课题,又是保护环境的重要技术变更(气体氮化方式对环境影响较小,而盐浴氮化方式对环境有相当的污染)。
本文通过对R410A压缩机滑片与活塞的运动特点和润滑条件的了解,指出叶片表面磨损形式及磨损增大的原因,并提出滑片表面氮化处理将对滑片的耐磨性起到积极作用。
通过对滑片的选材进行研究,最终确定以W6Mo5Cr4V2钢为滑片的原材料,并对滑片的制造工艺过程及W6Mo5Cr4V2钢的材料组织特点进行总结,特别是其化学成分和合金元素的作用,并对钴元素的作用予以了分析。
分别采用盐浴浸硫氮化处理方式和气体氮碳共渗处理方式,通过对这两种氮化方式工艺原理、特点及氮化后滑片表面硬度、组织成分等的比较,发现气体氮碳共渗方式和盐浴浸硫氮化方式基本技术点数据相当。
通过简单的磨损试验对两种氮化方式的耐磨性进行评价,通过对各自的微观形貌分析显示,氮化层厚度、过渡层厚度等技术要求均符合预定的标准,结果二者的耐磨性测定基本相似,性能相当。
采用气体碳氮共渗处理滑片的R410A压缩机顺利通过台架试验考核,压缩机主要滑动部件未发生异常磨损,试验后压缩机效率保持不变。气体氮碳共渗处理滑片不仅符合R410A压缩机开发中对滑片耐磨性的要求,而且在制造生产中减少了对环境的污染,使企业能及时推出新品,参与国际竞争,使中国的压缩机和空调器技术水平紧跟世界制冷技术。
Ozone layer destruction is the environment problem, which the whole world faces now. HCFC working fluid which is widely used by HVAC industry destroys the ozone layer and threatens the human survival. Prohibition on production and use of HCFC working fluid, as well as seeking the new substitution working fluids, are the most urgent and popular research contents in the HVAC industry in recent years. For compressor being the heart of room air-conditioner,the refrigerant substitution requirement has also brought into schedule. Due to the use of the the new working fluid R410A, the compressor lubrication condition worsens and vane’s surface in the sliding part increases, causing the low compressor efficiency; Once abrasion is serious, the compressor will be failure. Therefore the discussion of enhancing wear resistance of the vane’s surface disposal is the important topic in the development of R410A compressor .
In this paper, the movement characteristics and lubrication condition of R410A compressor vane and piston have been analyzed at first. It is pointed out the abrasion of vane’s surface form and the reason why the abrasion increased, Improving infiltrate nitride method of vane is useful for decreasing the abrasion of vane’s surface.
The choosing of vane’s material has been analyzed.At last, W6Mo5Cr4V2 steel is choosed for vane’s material. The technology of vane’s manufacture and characteristic of W6Mo5Cr4V2 steel’s composing have been analyzed. Especially, the effect of W6Mo5Cr4V2 steel’s alloy elements with the emphases on the Co elements.
Infiltrate nitride method of vane have been analyzed.The methods involve solt bath (immersed S element) infiltrate nitride method and both the nitrogen and carbon infiltrating by gas infiltrate nitride method.Through the analysis of these two infiltrate nitride method’s technology principle, characteristic , rigidity of vane’s surface and organization of vane.At last it is found these two infiltrate nitride method’s technic data is similar.
Carries on the appraisal to the wear resistance of two infiltrate nitride method’s vanes through the simple wear test resistance to wear. After the wear test, the electricity microscope observation of vane outside surface indicated that, so many technology requirement just like the thickness of nitride and transition tier are according with the standard. The result showed the vanes of two infiltrate nitride method wearing weightlessness is obviously similar.
Finally, the R410A compressor which adopting the vane of gas infiltrate nitride pass through the bench test smoothly, the mainly sliding parts of compressor didn’t happen exceptionally abrasion, the compressor efficiency keep invariableness after the experiment . The new vane of gas infiltrate nitride research has solved the difficult problem in the development of R410A compressor , enabled the enterprise promptly to put forward the new product and participating the international competition; and making Chinese compressor and air-conditioner technical level follows close to the world refrigeration technology.
本文通过对R410A压缩机滑片与活塞的运动特点和润滑条件的了解,指出叶片表面磨损形式及磨损增大的原因,并提出滑片表面氮化处理将对滑片的耐磨性起到积极作用。
通过对滑片的选材进行研究,最终确定以W6Mo5Cr4V2钢为滑片的原材料,并对滑片的制造工艺过程及W6Mo5Cr4V2钢的材料组织特点进行总结,特别是其化学成分和合金元素的作用,并对钴元素的作用予以了分析。
分别采用盐浴浸硫氮化处理方式和气体氮碳共渗处理方式,通过对这两种氮化方式工艺原理、特点及氮化后滑片表面硬度、组织成分等的比较,发现气体氮碳共渗方式和盐浴浸硫氮化方式基本技术点数据相当。
通过简单的磨损试验对两种氮化方式的耐磨性进行评价,通过对各自的微观形貌分析显示,氮化层厚度、过渡层厚度等技术要求均符合预定的标准,结果二者的耐磨性测定基本相似,性能相当。
采用气体碳氮共渗处理滑片的R410A压缩机顺利通过台架试验考核,压缩机主要滑动部件未发生异常磨损,试验后压缩机效率保持不变。气体氮碳共渗处理滑片不仅符合R410A压缩机开发中对滑片耐磨性的要求,而且在制造生产中减少了对环境的污染,使企业能及时推出新品,参与国际竞争,使中国的压缩机和空调器技术水平紧跟世界制冷技术。
Ozone layer destruction is the environment problem, which the whole world faces now. HCFC working fluid which is widely used by HVAC industry destroys the ozone layer and threatens the human survival. Prohibition on production and use of HCFC working fluid, as well as seeking the new substitution working fluids, are the most urgent and popular research contents in the HVAC industry in recent years. For compressor being the heart of room air-conditioner,the refrigerant substitution requirement has also brought into schedule. Due to the use of the the new working fluid R410A, the compressor lubrication condition worsens and vane’s surface in the sliding part increases, causing the low compressor efficiency; Once abrasion is serious, the compressor will be failure. Therefore the discussion of enhancing wear resistance of the vane’s surface disposal is the important topic in the development of R410A compressor .
In this paper, the movement characteristics and lubrication condition of R410A compressor vane and piston have been analyzed at first. It is pointed out the abrasion of vane’s surface form and the reason why the abrasion increased, Improving infiltrate nitride method of vane is useful for decreasing the abrasion of vane’s surface.
The choosing of vane’s material has been analyzed.At last, W6Mo5Cr4V2 steel is choosed for vane’s material. The technology of vane’s manufacture and characteristic of W6Mo5Cr4V2 steel’s composing have been analyzed. Especially, the effect of W6Mo5Cr4V2 steel’s alloy elements with the emphases on the Co elements.
Infiltrate nitride method of vane have been analyzed.The methods involve solt bath (immersed S element) infiltrate nitride method and both the nitrogen and carbon infiltrating by gas infiltrate nitride method.Through the analysis of these two infiltrate nitride method’s technology principle, characteristic , rigidity of vane’s surface and organization of vane.At last it is found these two infiltrate nitride method’s technic data is similar.
Carries on the appraisal to the wear resistance of two infiltrate nitride method’s vanes through the simple wear test resistance to wear. After the wear test, the electricity microscope observation of vane outside surface indicated that, so many technology requirement just like the thickness of nitride and transition tier are according with the standard. The result showed the vanes of two infiltrate nitride method wearing weightlessness is obviously similar.
Finally, the R410A compressor which adopting the vane of gas infiltrate nitride pass through the bench test smoothly, the mainly sliding parts of compressor didn’t happen exceptionally abrasion, the compressor efficiency keep invariableness after the experiment . The new vane of gas infiltrate nitride research has solved the difficult problem in the development of R410A compressor , enabled the enterprise promptly to put forward the new product and participating the international competition; and making Chinese compressor and air-conditioner technical level follows close to the world refrigeration technology.
引文
[1]马国远,李红旗.旋转压缩机.机械工业出版社,2003年1月第1版:1-3。
[2]谢利昌,徐剑等.R410A新冷媒家用空调压缩机设计与试验.家用电器科技,11,2000:68-71。
[3]邵莉,孙玲玲.制冷压缩机活塞环-缸体擦伤机理及预防措施.压缩机技术,3,2001:22-25。
[4]马国远,李红旗.旋转压缩机.机械工业出版社,2003年1月第1版:14-21。
[5]沈希,贾高顺.CFCs和HCFCs的替代.浙江工业大学学报,2,1997:20-22。
[6]谷波,李文华.R22的三种替代物R134a,R410A,R407C在空调系统中性能对比研究.流体机械,10,1999:41-42。
[7]姜华伟,岳向吉.HFC制冷剂压缩机和系统设计与应用分析.家电科技,10,2002:50-52。
[8]周春球.新制冷剂R410A在房间空调器中的应用.家用电器科技,2,2000:39-42。
[9]中島昌一,村上元.ロ-タリ压縮機用耐摩耗材料の摇動摩耗特性．日立研究所研究報告第33569号,1995年。
[10]田中真二,京極啓史.ベ-ン先端部の混合潤滑解析.トライボロジスト,Vol:41,Iss:3,1996:247-254。
[11]村上元,田口三夫.代替冷媒中にぉけるロ-タリ压縮機用材料の摇動摩耗特性评价.日立研究所研究報告第33673号,1995年。
[12]刘家浚.材料磨损原理及其耐磨性.清华大学出版社,1993年11月第一版:68-99。
[13]陈耕,汪一麟.摩擦与磨损.同济大学出版社,1991年3月第1版:64-72
[14]太田亮,飯塚董.HC冷媒対応冷凍機油の潤滑性及び改善法.日立研究所研究報告第37467号,2001年。
[15]本間吉治,川島寭一.冷凍機油のHFC134a溶解度と溶解粘度の推算.日立研究所研究報告第30953号,1991年。
[16]本間吉治.フロン雰围気下における金属の摩擦,摩耗特性.日立研究所研究報告第30345号,1990年。
[17]太田亮,川島寭一.エステル油の加水分解にょり生成する脂肪酸の摩耗に及ぼす影響とその対策.日立研究所研究報告第34437号,1996年。
[18]飯塚董,山田弘子.R410A/POE油を用いたエアコンシステムの信賴性技術.日立制作所枥木工場, 2001年。
[19]伊藤豊,田太亮.摺動材料の摩耗に対する油中遊離塩素の影響.日立研究所研究報告第33313号,1994年。
[20]本間吉治,太田亮.冷凍機油の耐荷重性に及ぼす極压添加剤の効果．日立研究所研究報告第30582号,1990年。
[21]高村友惠,本間吉治.各種添加剤の加水分解性とHClとの反応．日立研究所研究報告第21169号,昭和1975年。
[22]滚动活塞用连续铸造铸铁型材上海日立电器有限公司购买规格书
[23]宋学全,刘秀英,赵黎娟高速钢刀具材料及热处理工艺选择国外金属热处理第26卷第1期2005年2月
[24] W6Mo5Cr4V2钢冷作模具钢的性能数据钢铁材料1998年
[25]刘佐仁,淬火温度对高速钢力学性能的影响钢铁第36卷第7期2001年7月
[26]邓玉昆高速工具钢冶金工业出版社2002年1月
[27]刘亚民等钒含量对高碳高钒高速钢组织与性能的影响洛阳工学院学报第23卷第2期2002年6月
[28]胡建军等高速钢分级淬火规范对其组织和性能的影响南昌大学学报工科版第26卷第3期2004年9月
[29]沈晓军现代常用工具钢的热处理机械工人(热加工)2000年第3期
[30]李殿魁工具钢的发展和铌的合金化作用上海钢研1995年第1期
[31]马芙蓉等C、Co及C+Co双注入对高速钢机械性能影响的研究核技术第22卷第2期1999年2月
[32]上海日立电器有限公司生产压缩机滑片材料?高速钢?购买规格书。
[33]胡传炘表面处理技术手册北京工业大学出版社2001年7月
[34]孙希泰等材料表面强化技术化学工业出版社2005年4月
[35]李邓希模具盐浴氮化工艺的选择冶金从刊第5期总第140期2002年10月
[36]韦习成盐浴渗氮技术的现状和发展思考2005年第20卷第2期
[37]吴坚锋等低温液体渗硫处理在叶片泵中的应用集训诶工人(热加工)2003年第6期
[38]余洪波工具钢热处理盐浴综述电子工艺技术第25卷第3期2004年5月
[39] T型压缩机用叶片的浸硫氮化处理上海日立电器有限公司购买规格书
[40]赵茂程等气体渗氮中的氮势控制热加工工艺2005年第5期
[41]陈惠明等气体渗氮中氮势自动控制系统的研究林业机械与木工设备2004年第9期
[42]黄勇等W6Mo5Cr4V2钢可控渗氮的研究新技术新工艺2001年第9期
[2]谢利昌,徐剑等.R410A新冷媒家用空调压缩机设计与试验.家用电器科技,11,2000:68-71。
[3]邵莉,孙玲玲.制冷压缩机活塞环-缸体擦伤机理及预防措施.压缩机技术,3,2001:22-25。
[4]马国远,李红旗.旋转压缩机.机械工业出版社,2003年1月第1版:14-21。
[5]沈希,贾高顺.CFCs和HCFCs的替代.浙江工业大学学报,2,1997:20-22。
[6]谷波,李文华.R22的三种替代物R134a,R410A,R407C在空调系统中性能对比研究.流体机械,10,1999:41-42。
[7]姜华伟,岳向吉.HFC制冷剂压缩机和系统设计与应用分析.家电科技,10,2002:50-52。
[8]周春球.新制冷剂R410A在房间空调器中的应用.家用电器科技,2,2000:39-42。
[9]中島昌一,村上元.ロ-タリ压縮機用耐摩耗材料の摇動摩耗特性．日立研究所研究報告第33569号,1995年。
[10]田中真二,京極啓史.ベ-ン先端部の混合潤滑解析.トライボロジスト,Vol:41,Iss:3,1996:247-254。
[11]村上元,田口三夫.代替冷媒中にぉけるロ-タリ压縮機用材料の摇動摩耗特性评价.日立研究所研究報告第33673号,1995年。
[12]刘家浚.材料磨损原理及其耐磨性.清华大学出版社,1993年11月第一版:68-99。
[13]陈耕,汪一麟.摩擦与磨损.同济大学出版社,1991年3月第1版:64-72
[14]太田亮,飯塚董.HC冷媒対応冷凍機油の潤滑性及び改善法.日立研究所研究報告第37467号,2001年。
[15]本間吉治,川島寭一.冷凍機油のHFC134a溶解度と溶解粘度の推算.日立研究所研究報告第30953号,1991年。
[16]本間吉治.フロン雰围気下における金属の摩擦,摩耗特性.日立研究所研究報告第30345号,1990年。
[17]太田亮,川島寭一.エステル油の加水分解にょり生成する脂肪酸の摩耗に及ぼす影響とその対策.日立研究所研究報告第34437号,1996年。
[18]飯塚董,山田弘子.R410A/POE油を用いたエアコンシステムの信賴性技術.日立制作所枥木工場, 2001年。
[19]伊藤豊,田太亮.摺動材料の摩耗に対する油中遊離塩素の影響.日立研究所研究報告第33313号,1994年。
[20]本間吉治,太田亮.冷凍機油の耐荷重性に及ぼす極压添加剤の効果．日立研究所研究報告第30582号,1990年。
[21]高村友惠,本間吉治.各種添加剤の加水分解性とHClとの反応．日立研究所研究報告第21169号,昭和1975年。
[22]滚动活塞用连续铸造铸铁型材上海日立电器有限公司购买规格书
[23]宋学全,刘秀英,赵黎娟高速钢刀具材料及热处理工艺选择国外金属热处理第26卷第1期2005年2月
[24] W6Mo5Cr4V2钢冷作模具钢的性能数据钢铁材料1998年
[25]刘佐仁,淬火温度对高速钢力学性能的影响钢铁第36卷第7期2001年7月
[26]邓玉昆高速工具钢冶金工业出版社2002年1月
[27]刘亚民等钒含量对高碳高钒高速钢组织与性能的影响洛阳工学院学报第23卷第2期2002年6月
[28]胡建军等高速钢分级淬火规范对其组织和性能的影响南昌大学学报工科版第26卷第3期2004年9月
[29]沈晓军现代常用工具钢的热处理机械工人(热加工)2000年第3期
[30]李殿魁工具钢的发展和铌的合金化作用上海钢研1995年第1期
[31]马芙蓉等C、Co及C+Co双注入对高速钢机械性能影响的研究核技术第22卷第2期1999年2月
[32]上海日立电器有限公司生产压缩机滑片材料?高速钢?购买规格书。
[33]胡传炘表面处理技术手册北京工业大学出版社2001年7月
[34]孙希泰等材料表面强化技术化学工业出版社2005年4月
[35]李邓希模具盐浴氮化工艺的选择冶金从刊第5期总第140期2002年10月
[36]韦习成盐浴渗氮技术的现状和发展思考2005年第20卷第2期
[37]吴坚锋等低温液体渗硫处理在叶片泵中的应用集训诶工人(热加工)2003年第6期
[38]余洪波工具钢热处理盐浴综述电子工艺技术第25卷第3期2004年5月
[39] T型压缩机用叶片的浸硫氮化处理上海日立电器有限公司购买规格书
[40]赵茂程等气体渗氮中的氮势控制热加工工艺2005年第5期
[41]陈惠明等气体渗氮中氮势自动控制系统的研究林业机械与木工设备2004年第9期
[42]黄勇等W6Mo5Cr4V2钢可控渗氮的研究新技术新工艺2001年第9期