叶片泵用转子及其制造方法 |
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| 申请号 | CN201410083526.0 | 申请日 | 2014-03-07 | 公开(公告)号 | CN104032204A | 公开(公告)日 | 2014-09-10 |
| 申请人 | LG电子株式会社; | 发明人 | 朴载奉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 叶片 泵 用 转子 及其制造方法。根据本发明的一实施方式，提供一种 叶片泵 用转子，是以放射状形成有多个插槽并具有圆盘形状的叶片泵用转子，其特征在于，所述叶片泵用转子的材质以重量比包含生 铁 ：20～70％、Cu：0.2～0.5％、Fe：0.1～0.4％，余量为废料及废 钢 ，并且，所述叶片泵用转子由在奥氏体基体组织中析出有球状 石墨 的球墨 铸铁 构成。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种叶片泵用转子，是以放射状形成有多个插槽并具有圆盘形状的叶片泵用转子，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 叶片泵用转子及其制造方法技术领域背景技术[0002] 目前，为了增加汽车转向装置的转向力，使用多种装置，当为液压式转向装置的情况下，使用用于供给液压的动力转向泵。作为这种动力转向泵，可使用多种泵，但通常使用不仅效率高、体积和重量小，而且振动小的叶片泵。 [0003] 图1为简要示出这种叶片泵的一例的剖视图，其中，上述叶片泵包括本体部1以及内置于上述本体部1的泵芯包3，上述泵芯包3包括：转子31，其以能够旋转的方式设置在上述本体部1的内部；以及定子30，其内置有上述转子31。并且，在上述转子31上形成有多个插槽，上述叶片32以可在上述插槽的内部进行滑动的方式安装于该插槽的内部。在此，通过未图示的弹簧等将上述叶片32向上述定子30的内壁加压，从而防止叶片32的端部与定子30的内壁面之间的泄漏。 [0005] 因此，上述转子需要具有高的耐磨性及耐冲击性。为此，以往是利用20CrMo或Cr12MoV等的低合金钢，并通过渗碳淬火等热处理进行制造。就这种制造方法而言，不仅处理复杂，而且还需要切断条状的连续铸件来加工，因而存在材料消耗量多、且加工时间也变长的问题。 [0006] 尤其是，就渗碳淬火处理而言，由于原材料消耗量高、且淬火后部件的尺寸变化大，因而存在难以制造的缺点。 发明内容[0007] 本发明是为了克服如上所述的现有技术中的缺点而提出的，其课题在于，提供耐磨耗性及耐冲击性优秀，且容易制造的叶片泵用转子。 [0008] 本发明的技术课题还在于，提供制造如上所述的叶片泵用转子的方法。 [0009] 为了解决上述技术课题，本发明的一实施方式提供叶片泵用转子，是以放射状形成有多个插槽并具有圆盘形状的叶片泵用转子，其特征在于，其材质是以重量比包含生铁：20～70％、Cu：0.2～0.5％、Fe：0.1～0.4％，余量为废料（scrap）和废钢，并且，所述叶片泵用转子由在奥氏体基体组织中析出有球状石墨的球墨铸铁构成。 [0010] 在此，废料（scrap）是指在机械加工过程中生成的碎屑等，废钢是指使用后废弃的钢材等。在本发明的上述实施方式中，利用球墨铸铁获得作为叶片泵用转子充分的强度和耐磨耗性，并且作为材料利用低廉且容易获得的废料及废钢，从而能够减少制造费用。 [0011] 在此，废钢的重量比可相同或小于废料的重量比，具体地，可使废料与废钢的重量比达到1:1至5:1。 [0012] 根据本发明的另一个实施方式，提供叶片泵用转子的制造方法，其特征在于，包括：以重量比计生铁：20～70％、Cu：0.2～0.5％、Fe：0.1～0.4％，且余量为废料和废钢的方式配合原料而熔炼原液熔液的步骤；向熔炼后的上述原液熔液投入球化剂和孕育剂而获得熔液的步骤；将上述熔液注入至铸模而获得转子半成品的铸造步骤；对上述转子半成品进行机械加工以使其具有规定形状的步骤；以及对机械加工后的转子半成品进行等温淬火的步骤。 [0013] 在此，在上述熔炼原液熔液的步骤中，可在1500～1550℃温度下取出上述原液熔液。 [0015] 另一方面，上述等温淬火的步骤可包括：将上述转子半成品加热至890～950℃温度并保持60～90分钟的步骤；将上述转子半成品投入到温度为280～340℃的液体中并保持1～3小时的步骤；以及在大气中冷却至常温的步骤。 [0016] 并且，上述液体是将KNO3和NaNO3以1:1的质量比混合而成的硝酸盐溶液。 [0018] 根据具有如上所述构成的本发明的实施方式，将利用球墨铸铁，该球墨铸铁具有析出了球状石墨的奥氏体组织。奥氏体组织不仅具有高的耐冲击性和耐磨耗性，还通过加工硬化，在生产过程中表面硬度进一步得到提高。并且，由于球状石墨所具有的高润滑性能，能够更加提高耐磨耗性。 [0020] 图1为简要示出以往叶片泵的结构的剖视图。 [0021] 图2为表示本发明转子的一实施例的内部结构的照片。 具体实施方式[0022] 以下，参照附图，对本发明的叶片泵的实施例进行详细的说明。在此，本发明并不是涉及叶片泵所包含的转子的形态，而是与其材质相关，因而不受转子形态的限制。在以下说明中，根据具有上述图1所述的形态的叶片泵进行说明。 [0023] 通常，铸铁由于其硬度高，因而具有耐磨性优秀、切削性良好的特性，但是，由于拉伸强度低、脆性强，因而不适合作为露出在高压环境中的部件使用。尤其是，当为上述叶片泵用转子的情况下，由于以紧贴于叶片侧面部的方式进行滑动，因而需要比以往更高的耐磨性。在本发明中，为了克服铸铁的缺点，作为转子的材质使用球墨铸铁，该球墨铸铁具有析出了球状石墨的奥氏体组织。 [0024] 根据本发明的一实施例，在作为叶片泵用转子的材质的球墨铸铁中，生铁的含量以重量比计为20～70%，可以为30～60%，也可以为40～50%。 [0025] 生铁是由铁矿石直接制造的铁的一种，除了包含2.2～7％（大致为2.5～4.5％）的C之外，还包含硫、磷等杂质。生铁具有易碎的特性，因而不能进行压延或锻造，但由于熔点低，因而具有适合用作铸件原料的特性。 [0026] 另一方面，意味着在对钢材进行机械加工的过程中生成的碎屑或碎块的废料，会保持母材所具有的特性。并且，曾经用作建材或各种结构物等但使用寿命已到期的废钢，也保持原来的钢材所具有的柔性和韧性，因此，若在铸造工序中与生铁一同混合使用，则可改善生铁的特性。 [0027] 根据本发明的一实施例，在作为叶片泵用转子的材质的球墨铸铁中，铁（Fe）的含量以重量比计为0.1～0.4%，可以为0.15～0.35%，也可以为0.25～0.35%。 [0028] 根据本发明的一实施例，在作为叶片泵用转子的材质的球墨铸铁中，添加以重量比计为0.2～0.5％的铜。铜是使石墨的形状变粗变短，减少D型、E型过冷石墨，并促进A型片状石墨的元素。另外，铜对石墨形态的改善起到非常好的作用，在共析转变过程中抑制石墨化，减轻铸铁的冷硬倾向。而且，改善碳化物的分布，形成珠光体，并使组织微细化。 [0029] 并且，在促进珠光体的形成的情况下，缩短珠光体之间的距离，以使珠光体微细化。另外，通过提高熔液的流动性来提高铸造性，并由此具有降低残留应力的效果。并且，铜使组织致密化，并使铸铁的拉伸强度和硬度等有所提高。为此，添加以重量比计为0.2～0.5％的铜。另外，铜的含量以重量比计可以为0.3～0.5%，也可以为0.3～0.4%。 [0030] 以下，对本发明的用于制造转子的制造工序进行说明。 [0031] （1）熔炼（smelting） [0032] 以适当的比率选择生铁、废料、废钢、铜和Fe来制备原料，将该原料放入中频感应炉（middle frequency induction furnace），并进行加热以使原料全部溶解后进行熔炼，从而获得原液熔液。此时，从炉中取出原液熔液的温度大致为1500～1550℃。 [0033] （2）球化处理及孕育（inoculation） [0034] 在由上述熔炼步骤熔炼的原液熔液中，接种用于石墨球化的球化剂和孕育剂。此时，作为球化剂，可使用包含已知用于促进石墨球化的元素即Mg、Ca和稀土类（RE）的球化剂，具体地，可使用具有Mg：5.5～6.5％、Si：44～48％、Ca：0.5～2.5％、AL＜1.5％、RE：0.8～1.5％、MgO＜0.7％等成分的球化剂，例如，添加上述原液熔液质量的1.0～1.2％的FeSiMg6RE1。 [0035] 另一方面，通过接种产生大量的石墨核，因此促进了石墨化，并使石墨的分布均匀化，从而有助于增加强度。此时，作为孕育剂使用硅钡铁合金（F eSi72Ba2），其添加量为上述原液熔液质量的0.4～0.8％。 [0036] （3）铸造（casting） [0037] 将由上述孕育步骤进行孕育处理的熔液注入至预先以具有所需形态的腔体而制作的铸模中。此时，利用湿砂模（green sand mold）进行铸造，注入过程中熔液温度被控制为1380～1420℃。在将上述熔液注入铸模的同时，进行随流注入处理（随流孕育（stream inoculation）），而注入剂为硫氧注入剂，其添加量为原液熔液质量的0.05～0.2％。冷却注入至铸模的熔液，获得包含球状石墨、铁素体及珠光体的球状铸铁转子。 [0038] （4）机械加工（Machining） [0039] 对由上述铸造步骤获得的转子半成品进行一次清洗后，去除附着于表面上的砂子和氧化层，再进行机械加工以使其具有所需形态。 [0040] （5）等温淬火处理 [0041] 对上述机械加工后的转子半成品进行等温淬火处理（热处理过程）。上述等温淬火处理是为了使基体组织奥氏体化而进行，具体地，利用可控制空气温度的电阻炉，将机械加工后的具有珠光体基体组织的转子半成品加热至890～950℃的状态下保持60～90分钟之后，迅速放入温度为280～340℃的硝酸盐溶液中保持1～3小时，然后取出并在空气中冷却至常温。通过如此的热处理，转变为奥氏体基体组织，由此可大大提高韧性及耐冲击性。 [0042] 在此，上述硝酸盐溶液使用以1:1重量比混合KNO3和NaNO3的硝酸盐溶液。在此，对上述硝酸盐溶液的浓度以及用于形成硝酸盐溶液的KNO3、NaNO3浓度并没有特别的限定。上述硝酸盐溶液作为淬火溶剂，与通常的淬火油相比具有以下所述的具体优点。 [0043] -在硝酸盐溶液的淬火过程中，没有蒸汽膜步骤，高温区域的冷却速度非常快，因此较厚的构件可以具有良好的淬火组织。 [0044] -硝酸盐溶液在低温区域等温时冷却速度接近0，因此，淬火变形非常小。 [0045] -硝酸盐的冷却速度可通过调整水含量来进行调整（在热油冷却速度与油冷却速度的四倍之间），因此非常方便。 [0046] -构件表面呈应力压迫状态，并呈现降低构件分离现象的趋势，提高构件的寿命。 [0048] （6）精密研磨及抛光（fine grinding and polishing） [0049] 通过精密研磨及抛光加工，对通过上述热处理获得的碳化物的球墨铸铁转子进行加工，以使其具有最终形状和所需的表面品质。 [0050] 以下，对本发明的叶片泵用转子的多个实施例进行说明。 [0051] 实施例1 [0052] 以重量比配合生铁：40％、废料：30％、废钢：30％、Cu：0.4％和Fe：0.25％，将所有原料放入中频感应电炉，熔炼成球墨铸铁原液熔液，从炉中取出原液熔液的温度为1530℃。 [0053] 对熔炼后从炉中取出的球墨铸铁原液熔液进行球化处理及孕育处理，作为球化剂添加了相当于原液熔液质量的1.0%的稀土类硅铁镁合金（FeSiMg6RE1），作为孕育剂添加了相当于原液熔液质量的0.5%的钡硅铁合金（FeSi72Ba2）。 [0054] 将球化处理和孕育处理后的熔液注入预先制成的湿砂模中，此时的熔液温度控制为1390℃，然后进行冷却，从而获得包含球状石墨、铁素体及珠光体的球状铸铁转子。 [0055] 之后，将球状铸铁转子加工成所需的转子形状，利用可连续加热的炉，将球状铸铁转子加热至900℃温度并保持60分钟之后，迅速投入到温度为300℃的硝酸盐溶液2小时。之后，取出并在空气中冷却至室温，从而获得奥氏体球墨铸铁转子。 [0056] 最后，进行精密研磨和抛光处理，从而最终加工成其表面具有所需的表面粗糙度。 [0057] 实施例2 [0058] 配合生铁：50％、废料：40％、废钢：10％、Cu：0.3％和Fe：0.35％并进行熔融之后，在1540℃温度下取出原液熔液，并投入原液熔液质量的1.1％的FeSiMg6RE1和原液熔液质量的0.6％的FeSi72Ba2。之后，注入到1400℃温度的湿砂模后进行冷却。对所获得的转子半成品进行机械加工之后，实施等温淬火处理。此时，将转子半成品加热至920℃温度并保持70分钟之后，在290℃温度的硝酸盐溶液中投入2小时。之后，在空气中冷却至室温后，进行精密研磨及抛光加工。 [0059] 实施例3 [0060] 配合生铁：60％、废料：25％、废钢：15％、Cu：0.3％及Fe：0.35％并进行熔融之后，在1550℃温度下取出原液熔液，并投入原液熔液质量的1.15％的FeSiMg6RE1和原液熔液质量的0.6％的FeSi72Ba2。之后，注入到1410℃温度的湿砂模后进行冷却。对所获得的转子半成品进行机械加工之后，实施等温淬火处理。此时，将转子半成品加热至915℃温度并保持70分钟之后，在290℃温度的硝酸盐溶液中投入2小时。之后，在空气中冷却至室温后，进行精密研磨及抛光加工。 [0061] 实施例4 [0062] 配合生铁：30％、废料：30％、废钢：40％、Cu：0.2％及Fe：0.15％并进行熔融之后，在1545℃温度下取出原液熔液，并投入原液熔液质量的1.2％的FeSiMg6RE1和原液熔液质量的0.7％的FeSi72Ba2。之后，注入到1410℃温度的湿砂模后进行冷却。对所获得的转子半成品进行机械加工之后，实施等温淬火处理。此时，将转子半成品加热至905℃温度并保持90分钟之后，在320℃温度的硝酸盐溶液中投入2小时。之后，在空气中冷却至室温后，进行精密研磨及抛光加工。 [0063] 图2为拍摄上述实施例1的内部组织的照片，根据图2可以确认实施例1由奥氏体及球状石墨组成。 |
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