无磁性铸铁和使用该无磁性铸铁的往复式压缩机

摘要

本发明提供了一种无磁性铸铁和使用该无磁性铸铁的往复式压缩机。在通过在铁（Fe）中加入碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、镍（Ni）、铬（Cr）和铜（Cu）而制备的无磁性铸铁中，在Fe中加入2.0至4.0wt%的C、2.0至5.0wt%的Si、4.0至5.0wt%的Mn、7.9至8.0wt%的Ni、0至1.5wt%的Cr以及4.0至5.0wt%的Cu，或者在Fe中加入2.1至2.7wt%的C、2.4至5.1wt%的Si、4.5至4.9wt%的Mn、8.7至9.5wt%的Ni、0.2至1.0wt%的Cr以及5.2至5.7wt%的Cu。由此，通过改善无磁性的性能和机械加工性能，可以提高经济效益。此外，该无磁性铸铁被应用于其中转子进行往复运动的往复式压缩机的缸体或活塞，进而提高了压缩机的性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于压缩机或类似物的无磁性铸铁，尤其涉及一种含 有镍（Ni）的无磁性铸铁和使用该无磁性铸铁的往复式压缩机，该无磁性铸 铁能够通过减少所加入的Ni的量而提高经济效益和机械加工性能。

背景技术

一般而言，无磁性铸铁被用于多个产业领域。无磁性铸铁是通过将多种 元素加入到普通的铸铁而具有无磁性。通过利用砂模铸造，将无磁性铸铁形 成为期望的形状，并随后用于多种产品。

此处，表1中示出了构成传统的无磁性铸铁的合金元素。

表1

合金元素 C Si Mn Ni Cr Cu Fe wt% 2.6~2.8 2.6~3.2 1.0~1.2 14.2~15 1.8~2.2 5.0~6.0 其它

如表1中所示，在传统的无磁性铸铁中，是在铁（Fe）中加入2.6至2.8wt% 的碳（C），2.8至3.2wt%的硅（Si），1.0至1.2wt%的锰（Mn），14.2至 15.0wt%的镍（Ni），1.8至2.2wt%的铬（Cr）以及5.0至6.0wt%的铜（Cu）。

用高斯计（磁应计）测量的传统的无磁性铸铁的磁通密度约为100高斯。

特别地，在上述传统的无磁性铸铁中，加入的Ni是14.2至15wt%，这 是一个较大的量。由于镍的熔点为1453℃，所以镍的融化过程难以进行， 并且镍因其硬度水平高而机械加工性能较差。另外，由于镍的价格高，所以 所有的镍都要依靠进口，因此难以控制镍的供给和需求。在无磁性铸铁被用 于往复式压缩机的缸体和活塞的情况下，能够通过防止磁通损失而提高压缩 机的性能。然而，由于无磁性铸铁价格高，所以使得无磁性铸铁在压缩机中 的应用受到限制。

发明内容

因此，本说明书的一个方面提供了一种无磁性铸铁，和一种使用这种无 磁性铸铁的往复式压缩机，该无磁性铸铁能够通过减少所加入的Ni的量， 在提高经济效益和机械加工性能的同时保持预定的强度。

为了实现上述及其它的优点，并根据本申请的目的，如这里所体现和宽 泛描述的，在一种通过在铁（Fe）中加入碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、 镍（Ni）、铬（Cr）和铜（Cu）而制备的无磁性铸铁中，在Fe中加入2.0 至4.0wt%的C、2.0至5.0wt%的Si、4.0至5.0wt%的Mn、7.9至8.0wt%的 Ni、0至1.5wt%的Cr以及4.0至5.0wt%的Cu。

为了实现上述及其它的优点，并根据本申请的目的，如这里所体现和宽 泛描述的，在一种通过在铁（Fe）中加入碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、 镍（Ni）、铬（Cr）和铜（Cu）而制备的无磁性铸铁中，在Fe中加入2.1 至2.7wt%的C、2.4至5.1wt%的Si、4.5至4.9wt%的Mn、8.7至9.5wt%的 Ni、0.2至1.0wt%的Cr以及5.2至5.7wt%的Cu。

为了实现上述及其它的优点，并根据本申请的目的，如这里所体现和宽 泛描述的一种往复式压缩机包括：支撑在气密容器内的框架；往复式电机， 固定并安装到该框架，并具有在该框架中往复运动的推进部（mover）；固 定构件，固定到该框架；活动构件，联接到该推进部，以便与固定构件一起 形成压缩空间，并在相对于该固定构件进行往复运动的同时压缩制冷剂；吸 入阀，打开/关闭压缩空间的吸入侧；排出阀，打开/关闭压缩空间的排出侧； 以及弹簧，其通过弹性地支撑该推进部和该活动构件而引发共振运动，其中 该固定构件和该活动构件中的至少一者由无磁性铸铁制成。

通过下文给出的详细说明，本申请的进一步的范围将变得更为显而易 见。然而应理解的是，由于从详细说明中，处于本发明的精神和范围内的多 种更改和变型对于本领域技术人员而言将变得显而易见，所以这种详细说明 及特定的示例尽管阐明了本发明的多个优选实施例，但是仅被作为例证而给 出。

附图说明

附图被包括在内以提供对本发明进一步的理解，而且被并入和构成本 申请的一部分，这些附图示出了本发明的示范性实施例，并与说明书一起 用于解释本发明的原理。

在附图中：

图1是示出根据一个示范性实施例的往复式压缩机的纵向剖视图，该往 复式压缩机中的活塞采用无磁性铸铁。

具体实施方式

以下将参照附图详细说明根据一示范性实施例的无磁性铸铁及使用这 种无磁性铸铁的往复式压缩机。

图1是示出根据一个示范性实施例的往复式压缩机的纵向剖视图，该往 复式压缩机中的活塞采用无磁性铸铁。

如该图中所示，在根据该示范性实施例的往复式压缩机中，框架20被 弹性地安装在气密容器10的内部空间11中，而往复式电机30和缸体41（其 为固定构件）都被固定到该框架20。作为联接到往复式电机30的推进部32 的活动构件的活塞42被插入到缸体41中以便执行往复运动。在沿活塞42 的运动方向的两侧分别安装有用于引发活塞42的共振运动的多个共振弹簧 51和52。

在缸体41中形成压缩空间S1，而在活塞42中形成吸入流道F。在吸 入流道F的端部安装有用于打开/关闭吸入流道F的吸入阀43，而在缸体41 的前端面安装有用于打开/关闭压缩空间S1的排出阀44。

在该图中，附图标记12表示吸入管，附图标记13表示排放管，附图标 记25表示吸入消音器，附图标记36表示磁体，附图标记60表示支撑弹簧， 而附图标记S2表示排放空间。

在如上述那样配置的根据该示范性实施例的往复式压缩机中，如果向往 复式电机30的线圈35供电，则往复式电机30的推进部32作往复运动。于 是，联接到推进部32的活塞42在缸体41内作线性往复运动的同时抽吸、 压缩及排放制冷剂。

例如，若活塞42后移，则气密容器10中的制冷剂通过活塞42的吸入 流道F被吸入压缩空间S1中。若活塞42前移，则在吸入流道F关闭的同 时，压缩空间S1中的制冷剂被压缩。若活塞42进一步前移，则在打开排 出阀44的同时，压缩空间S1中被压缩过的制冷剂被排出，以便移动到外 部冷却循环。

在上述的往复式压缩中，在因往复式电机30被安装在压缩部附近而使 得往复式电机30中产生的磁通量泄漏到压缩部的情况下，活塞42的往复运 动被漏出的磁通量打断，因而会降低压缩机的性能。因此，活塞42优选由 无磁性铸铁形成。这是因为活塞42防止了往复式电机30的磁通量泄漏到压 缩部，或者尽管往复式电机30的磁通量泄漏到压缩部，但活塞42（的运动） 不会被漏出的磁通量打断，由此提高了压缩机的性能。另外，由于活塞42 是相对于缸体41作往复运动的部件，所以活塞42必须具有耐磨性和高的润 滑能力，以便提高压缩机的可靠性。

亦即，为了在缸体41中进行顺畅的往复运动，活塞42不仅必须具有无 磁性，以防止磁体的磁通量泄漏，或不受因磁体的磁通量而造成的影响，而 且必须具有耐磨性和高润滑能力，以防止在活塞42的往复运动中，活塞42 与缸体41之间过度摩擦和磨耗。

这里，耐磨性和高润滑能力可通过含碳的石墨形态和金属间化合物 （inter-metal compound）来实现。这样，本申请的重点在于无磁性。由此， 在本申请的无磁性（材料）中，位列各种合金元素之中的关键元素是决定着 磁性和无磁性的镍。

然而，由于镍的价格高而且硬度水平高，其在经济效益和机械加工性能 方面是不利的。因此，非常重要的是，应将镍（的含量）设定为具有确保在 往复式发动机的活塞42中所需的无磁性能够充分展示的最小含量。

更具体而言，如果简单地减少镍的含量，则无磁性铸铁的基体组织会变 成铁素体（α）组织而不是奥氏体（γ）组织，因而使无磁性铸铁具有磁性。 因此，重要的是，通过在降低镍的含量的同时控制其它元素（尤其是硅和锰） 的含量，使无磁性铸铁的基体组织保持为奥氏体组织。

在此情况下，奥氏体与铁素体之间的差异意味着由碳的含量、熔化温度、 冷却温度等方面的不同所导致的金属之间的晶格结构的差异。奥氏体与铁素 体之间的差异在决定磁性或无磁性中起到了重要的作用。表2是示出根据所 述示范性实施例、当在无磁性铸铁中加入约8wt%的镍时的最优元素含量的 表。

表2

合金元素 C Si Mn Ni Cr Cu Fe wt% 2.0~4.0 2.0~5.0 4.0~5.0 7.9~8.0 0~1.5 4.0~5.0 71.5~80.1

如表2中所示，在根据该示范性实施例的无磁性铸铁中，在铁（Fe）中 加入了2.0至4.0wt%的碳（C）、2.0至5.0wt%的硅（Si）、4.0至5.0wt% 的锰（Mn）、7.9至8.0wt%的镍（Ni）、0至1.5wt%的铬（Cr）以及4.0 至5.0wt%的铜（Cu）。

特别地，当将根据本示范性实施例的无磁性铸铁与传统的无磁性铸铁相 比时，决定无磁性的镍的含量从14.2至15.0wt减少至7.9至8.0wt。硅的含 量从2.8至3.2wt增加到2.0至5.0wt，锰的含量从1.0至1.2wt增加到4.0 至5.0wt。这样，在构成无磁性铸铁的元素中，价高的镍的含量减少，使得 可以在减小成本和保持硬度水平的同时保持无磁性。

同时，镍的含量可被调节至如下表3所示的约9wt。在此情况下，最优 的元素含量如下。

表3

合金元素 C Si Mn Ni Cr Cu Fe wt% 2.1~2.7 2.4~5.1 4.5~4.9 8.7~9.5 0.2~1.0 5.2~5.7 71.1~76.9

如表3中所示，在根据该示范性实施例的无磁性铸铁中，在Fe（铁） 中加入了2.1至2.7wt%的C、2.4至5.1wt%的Si、4.5至4.9wt%的Mn、8.7 至9.5wt%的Ni、0.2至1.0wt%的Cr以及5.2至5.7wt%的Cu。

当将根据本示范性实施例的无磁性铸铁与传统的无磁性铸铁相比时，决 定无磁性的镍的含量从14.2至15.0wt减少至8.7至9.5wt。硅的含量从2.8 至3.2wt增加到2.4至5.1wt，锰的含量从1.0至1.2wt增加到4.5至4.9wt。。

结果，在根据该示范性实施例的无磁性铸铁中，从传统的无磁性铸铁的 合金元素中减少了决定无磁性的镍的含量，而其它合金元素的含量（例如硅 和锰的含量）有所增加，使得可以在满足无磁性材料性能的同时，提高经济 效益和机械加工性能。

作为参考，在该示范性实施例中，无磁性铸铁被应用于往复式压缩机的 活塞。然而，即便将无磁性铸铁用于该往复式压缩机的缸体，也能够获得相 同的效果。

前述实施例和优点仅仅是示意性的，其不应被解释为用以限制本发 明。本发明的教示内容能够容易地适用于其它类型的装置。该说明书用于 示例性的说明，而并非限制权利要求书的范围。对本领域技术人员而言，多 种替代、更改和变型将是显而易见的。可将在此描述的示例性实施例的特 征、结构、方法和其它特性以各种方式进行结合，以获得另外的和/或备选 的示范性实施例。

由于在不背离本发明的特性的情况下，本发明的特征可以按照若干形式 实施，因此应理解的是，若非另有说明，则上述实施例不受前文的描述的 任何细节所限制，而是应在随附的权利要求书所限定的范围内被广义地解 释，因此，随附的权利要求书旨在涵盖所有落入权利要求书的界限和范围之 内或者这种界限和范围的等效方案内的所有变型和更改。