空调压缩机上热轧酸洗板的运用昆山远方机电设备有限公司-欧洲杯买球网址
空调压缩机上热轧酸洗板的运用
昆山远方机电设备有限公司 2018/5/25 11:58:40
x代表压缩机外壳的横向，y代表压缩机外壳的纵向。外壳的成形需要经过卷板，焊接，冲孔，翻边，涂装等十几道工序后才能完成，因此对外壳产品质量要求空调压缩机的外观图要体现在有优良的冲压成形性能，尺寸精度要求高，在表面质量方面要求也很高，接近冷轧板的表面质量，而且空调压缩机是全封闭型的压缩机，工作压力较高，因此对壳体还要求具有较高的耐压能力，目前新冷媒r410a用的空调压缩机要求耐压约为20mpa.但是，在空调压缩机外壳的实际制造过程中，热轧酸洗板冲压时，有时发生冲压开裂和冲压后产生不均匀变形，影响厂家的正常使用。因此在选用合适的空调压缩机外壳用热轧酸洗板时必须对其多项性能进行考核和调查。
1热轧酸洗板的性能
钢板的成形性能主要受到化学成分及金相组织的影响。要提高钢板的成形性能，首先要获得超低的碳（c），磷（p），硫（s）的钢水，再加入适量的合金元素钛（ti）或者铌（nb）后，进行严格和高难度的冶炼，轧制等工艺控制，使c，氮（n）等非金属元素和合金属元素充分地结合并析出，以固定钢中残留c和n，使钢成为无间隙原子状态和大量有利织构的晶体结构，从而具有优异的深冲性能，高塑性应变比，高延伸率，高硬化指数，以及较低的屈强比.
1.1化学成分
化学成分作为空调压缩机生产厂家采购壳体材料的重要指标之一，热轧酸洗板的化学成分与其成形性能密切相关，因此使用单位必须密切关注。
1.2金相组织
热轧酸洗深冲钢板的组织特征是铁素体等轴晶粒和极少量渗碳体。这种纯铁素体组织及其晶粒度决定了钢的伸长率和屈服强度。较大的晶粒尺寸对应于较小的屈服强度，相应的成形性能较好。
渗碳体数量极少也是热轧酸洗深冲钢板伸长率高的主要原因之一。渗碳体作为脆性相，不利于伸长率提高，尤其是在晶界上呈网状分布，分割基体，破坏组织连续性，削弱晶界的结合力，降低钢的伸长率和成形性。由于热轧酸洗钢板中c含量很低，又经过ti部分固定，因而形成的渗碳体数量极为有限，在金相组织中反映不明显，这可以在图2sphe试样表面金相组织中看出。
另外上文提到的ti，一方面固定c，n间隙原子，可以减少间隙原子的固溶强化作用，有利于提高钢板的伸长率和深冲性能；另一方面形成碳氮化物第2相粒子，对控制晶粒尺寸起重要作用，在钢板加热，轧制和卷取各阶段发生变化，并阻止晶粒长大，从而降低钢板的伸长率和提高屈服强度，对成形性能不利。第2相粒子对热轧酸洗深冲钢板的伸长率和屈服强度及成形性能有双重作用，因此第2相粒子数量应该适中，钢中ti的加入量要适当.第2相粒子可以在扫描电子显微镜下通过背散射扫描进行观察，并通过能谱仪进行具体成分的确认。
综上所述，热轧酸洗深冲钢板要求化学成分中c含量超低和ti微合金化，以及极少量的渗碳体组织。sphe试样表面以及横纵截面金相组织。金相检验表明，晶粒度在8级左右，夹杂物都在0.5~1.5级之间，游离渗碳体级别也正常。
参考相关标准，对热轧酸洗钢板，晶粒度要求不小于6级，所有试样的夹杂物都在0.5~1.5级，允许有游离渗碳体组织存在。按gb/t13299第一评级图评级，最深冲级的级别范围为0，1，2，3级，呈点状，短链状分布。
1.3力学性能
冲压所用的材料，不仅要满足产品设计的要求，还应当满足冲压工艺和冲压后的加工要求（如切削加工，焊接，涂装等）。在空调压缩机外壳的生产过程中涉及的各种冲压工序对热轧酸洗钢板的变形要求是不同的，如冲裁，弯曲，拉深，挤压等，对板材性能的具体要求也有所差异。对热轧酸洗钢板的冲压性能主要通过其力学性能表征，但是目前对力学性能的规定主要存在以下问题：通常只规定屈服强度，抗拉强度，断裂延伸率等，而对其他指标未作规定，如屈强比，弹性模量，硬化指数n，塑性应变比（板厚方向性系数）r，板平面方向性r；对样品性能的测试不考虑材料的各向异性，应该从同一部位的0#，45#，90#方向进行测试，了解材料的性能差异.
在实际的应用中，如深冲过程，板料经受以压缩为主的变形，板料的屈服强度小，则变形区所受切向力较小，板料的起皱趋势小，对提高极限变形程度有利。冲压时，板料的抗拉强度越高，板料所能承受的应力也越高，因而也就越不容易发生断裂，即成形性好。所以对于热轧冲压薄板，除了要求具有足够的强度外，主要是希望易成形而不易失效，即低的屈强比。
n值大，不仅能提高钢板的局部应变能力，即增大失稳极限应变，而且能使应变分布趋于均匀化，提高板料成形时的总体成形极限。r值越大，钢板相对沿板平面方向容易变形，而沿厚度方向不易变形，不易产生冲压开裂现象。|r|值越大，板平面内各向异性越严重，结果使冲压件的边沿不齐，形成凸耳，从而影响冲压件的质量，并降低板料的利用率。而|r|值越小，则深冲钢板的成形性能越好。因此，用于冲压的板卷要有低的屈强比，高的n值，r值和低的|r|值。
另外，在确认材料性能参数的同时，也要考虑它的工艺性能，通常有2个试验：
（1）冷弯试验。gb/t710标准规定用08~35号钢轧制的钢板和宽钢带，在交货状态下应进行180#横向冷弯试验，弯心直径符合表2规定，弯曲处不得有裂纹，裂口和分层；
（2）杯突试验。轧制厚度不大于2mm的钢板和钢带，在交货状态下进行杯突试验时。
虽然gb/t710没有提到sphe热轧酸洗钢板，但是本标准主要针对优质碳素结构钢热轧薄钢板和钢带，因此笔者认为该标准也适用于目前大量使用的sphe材料。同时，材料的力学性能对于加工设备能力的选择有很大帮助。
1.4织构
织构是多晶体取向分布状态明显偏离随机分布的取向分布结构，它会导致钢板力学性能的各向异性，从而影响钢板的成形性。热轧钢板在特定的工艺条件下会产生较强的织构，它不仅影响后续冷轧钢板的织构形成，而且还会直接影响热轧钢板的性能。
热轧酸洗钢板在轧制以后，原始晶粒组织被拉长或呈扁平状。通过热处理，在温度的作用下，形变晶粒内部发生变化，产生新的细小晶粒，并不断长大，生成新的等轴晶，如图3中横向和纵向的组织所示。而表面晶粒较内部晶粒粗大，主要是温度场在表面和内部分布的不均匀造成的，表面温度高，再结晶晶粒生长速度快，如图2所示。实际上由于温度场存在，横向和纵向的组织生长速度也是有差异的，导致微观上，它们的晶粒在不同的方向上尺寸存在差异；另外，作为多晶体材料，在单向受力的条件下，由于各晶粒的取向有差异，滑移有先后，形变有大小，导致宏观上材料表现出一定的形变织构，即形变时大部分晶粒之间至少有一个晶向相互平行或接近平行，出现择优取向，即不同方向上力学性能存在差异，导致一定的各向异性。
1.5应力分析
热轧酸洗钢板经过加工以后，制成压缩机的外壳，由于这个过程一直受到外力的作用，同时不同部位经受不同的冲压工艺，因此成形后壳体不同部位存在残余应力分布。而残余应力的存在对于空调压缩机的后续使用是有影响的，这是由于空调压缩机是全封闭型的制冷压缩机，空调压缩机工作时，它的壳体处于一定的高压状态，而且不同的部位承受的压力也不同，有时制冷机泄漏就发生在壳体上某一薄弱部位。
应力分析工作可以按以下步骤进行：在获得热轧酸洗钢性能参数的基础上进行仿真模拟cae分析，获得空调压缩机外壳的残余应力分布和应变分布；对上述数据进行分析，并从压缩机外壳上取样进行残余应力的测定.某型号空调压缩机的壳体固定工作压力条件下的应力分布，在两进气口间的区域应力集中，尤其是壳体翻边处，应力最高。进气口沿垂直轧制方向收缩，沿轧制方向拉伸，如图5所示，但是压缩机工作时变形最严重的区域是外壳的底部。
结合长期试验统计的结果综合分析，在两个进气口之间的区域应力最集中，在受力的条件下发生失效的概率较高，因此对其进行宏观应力测试，a为壳体材料成形前表面应力状态，b为空调压缩机两进气口间正常的应力分布，c为部分压缩机两进气口间破裂的样品的应力状态。其中正值代表拉应力，负值代表压应力。
热轧酸洗板材料通常在x方向呈现拉应力，y方向都呈现压应力，制作成空调压缩机壳体以后，因为加工的原因，在x方向上应力略有降低，主要变化在y方向上，压应力显着降低。从受力分析来看，在y方向上，壳体材料主要受拉应力作用，因此如果存在一定的压应力是有助于提高壳体的耐压能力的。从一些失效的空调压缩机壳体的应力测试结果，即图6中的c区域可以看出，这些f样品在xy方向上的应力都已经变成了拉应力。
1.6阻尼分析
空调压缩机是空调机械噪声的主要来源，物体的振动（噪声）主要受下述因素影响：与势能有关的刚度（壳体结构刚度小），与动能有关的质量（质量增加设备笨重），以及与能量消耗有关的阻尼（增加材料的内耗）。因此在无法改变结构，即构件设计已确定时，以及在宽频随机激励，脉冲激励等场合下，就只能采用增加部件或系统阻尼的方法来空调压缩机壳体进气口间的应力测试结果控制振动或噪声。但现代工业发展趋势是尽可能采用整体加工工艺的构件，选用高强度的材料和实现高速运行，空调压缩机也不例外，其结果势必使系统的连结阻尼及部件的内阻下降。为此必须开发既具有高强度又具有高内阻的新型壳体材料，才有助于解决上述矛盾。亦即在给定的振动结构因子的前提下，提高组成材料的内阻，以便通过用增大振源系统内部阻尼，增大固体结构传递途径的能量消耗和改变声辐射表面的振动响应特性等办法，来达到减振或降噪目的。
目前主要通过声功率，声压级测量和模态分析等来进行空调压缩机振动，噪声主要来源的识别和对比分析，但迄今尚未提出应用在此的材料阻尼性能指标。
通过充分考虑材料，测试方法，测试仪器，试样和测试参数等因素，通过制作标样和进行广泛的比较试验，制定测试金属材料阻尼性能的统一标准将有助于空调压缩机壳体材料的选择和应用。
2结语
综上所述，热轧酸洗深冲钢板在空调压缩机上应用可通过以下要求来保证：
（1）超低c和ti等微合金化的化学成分，有利于铁素体基体，极少渗碳体数量的金相组织形成；
（2）通过化学成分和金相组织来保证获得良好的力学性能，有利于热轧酸洗钢板的冷成形性；
（3）通过控制轧制和热处理工艺来获得理想的板卷微观织构，改善热轧酸洗钢板的冷成形性；
（4）通过对残余应力和应变分布的分析，有利于空调压缩机壳体结构的设计和优化；
（5）通过对壳体材料阻尼性能的探讨，有助于空调压缩机壳体材料的选择和壳体结构地优化，降低压缩机的噪音。
1热轧酸洗板的性能
钢板的成形性能主要受到化学成分及金相组织的影响。要提高钢板的成形性能，首先要获得超低的碳（c），磷（p），硫（s）的钢水，再加入适量的合金元素钛（ti）或者铌（nb）后，进行严格和高难度的冶炼，轧制等工艺控制，使c，氮（n）等非金属元素和合金属元素充分地结合并析出，以固定钢中残留c和n，使钢成为无间隙原子状态和大量有利织构的晶体结构，从而具有优异的深冲性能，高塑性应变比，高延伸率，高硬化指数，以及较低的屈强比.
1.1化学成分
化学成分作为空调压缩机生产厂家采购壳体材料的重要指标之一，热轧酸洗板的化学成分与其成形性能密切相关，因此使用单位必须密切关注。
1.2金相组织
热轧酸洗深冲钢板的组织特征是铁素体等轴晶粒和极少量渗碳体。这种纯铁素体组织及其晶粒度决定了钢的伸长率和屈服强度。较大的晶粒尺寸对应于较小的屈服强度，相应的成形性能较好。
渗碳体数量极少也是热轧酸洗深冲钢板伸长率高的主要原因之一。渗碳体作为脆性相，不利于伸长率提高，尤其是在晶界上呈网状分布，分割基体，破坏组织连续性，削弱晶界的结合力，降低钢的伸长率和成形性。由于热轧酸洗钢板中c含量很低，又经过ti部分固定，因而形成的渗碳体数量极为有限，在金相组织中反映不明显，这可以在图2sphe试样表面金相组织中看出。
另外上文提到的ti，一方面固定c，n间隙原子，可以减少间隙原子的固溶强化作用，有利于提高钢板的伸长率和深冲性能；另一方面形成碳氮化物第2相粒子，对控制晶粒尺寸起重要作用，在钢板加热，轧制和卷取各阶段发生变化，并阻止晶粒长大，从而降低钢板的伸长率和提高屈服强度，对成形性能不利。第2相粒子对热轧酸洗深冲钢板的伸长率和屈服强度及成形性能有双重作用，因此第2相粒子数量应该适中，钢中ti的加入量要适当.第2相粒子可以在扫描电子显微镜下通过背散射扫描进行观察，并通过能谱仪进行具体成分的确认。
综上所述，热轧酸洗深冲钢板要求化学成分中c含量超低和ti微合金化，以及极少量的渗碳体组织。sphe试样表面以及横纵截面金相组织。金相检验表明，晶粒度在8级左右，夹杂物都在0.5~1.5级之间，游离渗碳体级别也正常。
参考相关标准，对热轧酸洗钢板，晶粒度要求不小于6级，所有试样的夹杂物都在0.5~1.5级，允许有游离渗碳体组织存在。按gb/t13299第一评级图评级，最深冲级的级别范围为0，1，2，3级，呈点状，短链状分布。
1.3力学性能
冲压所用的材料，不仅要满足产品设计的要求，还应当满足冲压工艺和冲压后的加工要求（如切削加工，焊接，涂装等）。在空调压缩机外壳的生产过程中涉及的各种冲压工序对热轧酸洗钢板的变形要求是不同的，如冲裁，弯曲，拉深，挤压等，对板材性能的具体要求也有所差异。对热轧酸洗钢板的冲压性能主要通过其力学性能表征，但是目前对力学性能的规定主要存在以下问题：通常只规定屈服强度，抗拉强度，断裂延伸率等，而对其他指标未作规定，如屈强比，弹性模量，硬化指数n，塑性应变比（板厚方向性系数）r，板平面方向性r；对样品性能的测试不考虑材料的各向异性，应该从同一部位的0#，45#，90#方向进行测试，了解材料的性能差异.
在实际的应用中，如深冲过程，板料经受以压缩为主的变形，板料的屈服强度小，则变形区所受切向力较小，板料的起皱趋势小，对提高极限变形程度有利。冲压时，板料的抗拉强度越高，板料所能承受的应力也越高，因而也就越不容易发生断裂，即成形性好。所以对于热轧冲压薄板，除了要求具有足够的强度外，主要是希望易成形而不易失效，即低的屈强比。
n值大，不仅能提高钢板的局部应变能力，即增大失稳极限应变，而且能使应变分布趋于均匀化，提高板料成形时的总体成形极限。r值越大，钢板相对沿板平面方向容易变形，而沿厚度方向不易变形，不易产生冲压开裂现象。|r|值越大，板平面内各向异性越严重，结果使冲压件的边沿不齐，形成凸耳，从而影响冲压件的质量，并降低板料的利用率。而|r|值越小，则深冲钢板的成形性能越好。因此，用于冲压的板卷要有低的屈强比，高的n值，r值和低的|r|值。
另外，在确认材料性能参数的同时，也要考虑它的工艺性能，通常有2个试验：
（1）冷弯试验。gb/t710标准规定用08~35号钢轧制的钢板和宽钢带，在交货状态下应进行180#横向冷弯试验，弯心直径符合表2规定，弯曲处不得有裂纹，裂口和分层；
（2）杯突试验。轧制厚度不大于2mm的钢板和钢带，在交货状态下进行杯突试验时。
虽然gb/t710没有提到sphe热轧酸洗钢板，但是本标准主要针对优质碳素结构钢热轧薄钢板和钢带，因此笔者认为该标准也适用于目前大量使用的sphe材料。同时，材料的力学性能对于加工设备能力的选择有很大帮助。
1.4织构
织构是多晶体取向分布状态明显偏离随机分布的取向分布结构，它会导致钢板力学性能的各向异性，从而影响钢板的成形性。热轧钢板在特定的工艺条件下会产生较强的织构，它不仅影响后续冷轧钢板的织构形成，而且还会直接影响热轧钢板的性能。
热轧酸洗钢板在轧制以后，原始晶粒组织被拉长或呈扁平状。通过热处理，在温度的作用下，形变晶粒内部发生变化，产生新的细小晶粒，并不断长大，生成新的等轴晶，如图3中横向和纵向的组织所示。而表面晶粒较内部晶粒粗大，主要是温度场在表面和内部分布的不均匀造成的，表面温度高，再结晶晶粒生长速度快，如图2所示。实际上由于温度场存在，横向和纵向的组织生长速度也是有差异的，导致微观上，它们的晶粒在不同的方向上尺寸存在差异；另外，作为多晶体材料，在单向受力的条件下，由于各晶粒的取向有差异，滑移有先后，形变有大小，导致宏观上材料表现出一定的形变织构，即形变时大部分晶粒之间至少有一个晶向相互平行或接近平行，出现择优取向，即不同方向上力学性能存在差异，导致一定的各向异性。
1.5应力分析
热轧酸洗钢板经过加工以后，制成压缩机的外壳，由于这个过程一直受到外力的作用，同时不同部位经受不同的冲压工艺，因此成形后壳体不同部位存在残余应力分布。而残余应力的存在对于空调压缩机的后续使用是有影响的，这是由于空调压缩机是全封闭型的制冷压缩机，空调压缩机工作时，它的壳体处于一定的高压状态，而且不同的部位承受的压力也不同，有时制冷机泄漏就发生在壳体上某一薄弱部位。
应力分析工作可以按以下步骤进行：在获得热轧酸洗钢性能参数的基础上进行仿真模拟cae分析，获得空调压缩机外壳的残余应力分布和应变分布；对上述数据进行分析，并从压缩机外壳上取样进行残余应力的测定.某型号空调压缩机的壳体固定工作压力条件下的应力分布，在两进气口间的区域应力集中，尤其是壳体翻边处，应力最高。进气口沿垂直轧制方向收缩，沿轧制方向拉伸，如图5所示，但是压缩机工作时变形最严重的区域是外壳的底部。
结合长期试验统计的结果综合分析，在两个进气口之间的区域应力最集中，在受力的条件下发生失效的概率较高，因此对其进行宏观应力测试，a为壳体材料成形前表面应力状态，b为空调压缩机两进气口间正常的应力分布，c为部分压缩机两进气口间破裂的样品的应力状态。其中正值代表拉应力，负值代表压应力。
热轧酸洗板材料通常在x方向呈现拉应力，y方向都呈现压应力，制作成空调压缩机壳体以后，因为加工的原因，在x方向上应力略有降低，主要变化在y方向上，压应力显着降低。从受力分析来看，在y方向上，壳体材料主要受拉应力作用，因此如果存在一定的压应力是有助于提高壳体的耐压能力的。从一些失效的空调压缩机壳体的应力测试结果，即图6中的c区域可以看出，这些f样品在xy方向上的应力都已经变成了拉应力。
1.6阻尼分析
空调压缩机是空调机械噪声的主要来源，物体的振动（噪声）主要受下述因素影响：与势能有关的刚度（壳体结构刚度小），与动能有关的质量（质量增加设备笨重），以及与能量消耗有关的阻尼（增加材料的内耗）。因此在无法改变结构，即构件设计已确定时，以及在宽频随机激励，脉冲激励等场合下，就只能采用增加部件或系统阻尼的方法来空调压缩机壳体进气口间的应力测试结果控制振动或噪声。但现代工业发展趋势是尽可能采用整体加工工艺的构件，选用高强度的材料和实现高速运行，空调压缩机也不例外，其结果势必使系统的连结阻尼及部件的内阻下降。为此必须开发既具有高强度又具有高内阻的新型壳体材料，才有助于解决上述矛盾。亦即在给定的振动结构因子的前提下，提高组成材料的内阻，以便通过用增大振源系统内部阻尼，增大固体结构传递途径的能量消耗和改变声辐射表面的振动响应特性等办法，来达到减振或降噪目的。
目前主要通过声功率，声压级测量和模态分析等来进行空调压缩机振动，噪声主要来源的识别和对比分析，但迄今尚未提出应用在此的材料阻尼性能指标。
通过充分考虑材料，测试方法，测试仪器，试样和测试参数等因素，通过制作标样和进行广泛的比较试验，制定测试金属材料阻尼性能的统一标准将有助于空调压缩机壳体材料的选择和应用。
2结语
综上所述，热轧酸洗深冲钢板在空调压缩机上应用可通过以下要求来保证：
（1）超低c和ti等微合金化的化学成分，有利于铁素体基体，极少渗碳体数量的金相组织形成；
（2）通过化学成分和金相组织来保证获得良好的力学性能，有利于热轧酸洗钢板的冷成形性；
（3）通过控制轧制和热处理工艺来获得理想的板卷微观织构，改善热轧酸洗钢板的冷成形性；
（4）通过对残余应力和应变分布的分析，有利于空调压缩机壳体结构的设计和优化；
（5）通过对壳体材料阻尼性能的探讨，有助于空调压缩机壳体材料的选择和壳体结构地优化，降低压缩机的噪音。