專利名稱：發(fā)動機平衡軸及其鍛造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種汽車發(fā)動機用的平衡軸及其鍛造方法。
背景技術：
平衡軸是汽車發(fā)動機曲軸旁邊的輔助平衡機構中的關鍵部件，當曲軸轉動時，曲軸齒輪驅動平衡軸齒輪而使平衡軸轉動。此時，平衡軸上的平衡塊產生的離心力或其力矩與曲軸產生的往復慣性力或其力矩相平衡。由于平衡軸的作用，有效消除了發(fā)動機的振動和噪聲，改善了乘坐的舒適性，增加了汽車及發(fā)動機的耐久性。目前，發(fā)動機平衡軸采用的材料及其鍛造方法是采用普通中碳鋼，經過截料、加熱、制坯、成型、切邊、校正、熱處理、表面處理工序而制成平衡軸鍛件。由于中碳鋼材料雜質較多，導致平衡軸鍛件金相組織欠佳，機械性能較差，從而縮短了產品的使用壽命。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述的不足，而提供一種能提高平衡軸鍛件機械性能的發(fā)動機平衡軸及其鍛造方法。
本發(fā)明的目的通過如下技術方案來實現一種發(fā)動機平衡軸，所述的發(fā)動機平衡軸材料的化學成分以重量計算，其構成為0.47-0.55％碳、0.17-0.37％硅、0.50-0.80％錳、0.01-0.03％釩、0.001-0.002％鈮、磷不大于0.035％、硫不大于0.035％、銅不大于0.17％、余量為鐵。
上述的發(fā)動機平衡軸的鍛造方法為首先將平衡軸采用的按上述比例設計制成的碳素鋼材料進行截料，再對該截料進行加熱，再經過制坯、成型工序制成平衡軸坯料；然后采用負偏差切邊模以切除平衡軸坯料的毛邊及坯料兩端頭的拔模斜度，將切邊后的平衡軸坯料通過輸送帶輸送使該坯料自然冷卻而被輸送到熱處理設備進行熱處理工藝，再經過熱校正、表面處理工序而制得發(fā)動機平衡軸鍛件。
采用本發(fā)明后，由于平衡軸采用的碳素鋼(50號)材料中添加了釩(V)、鈮(Nb)金屬元素，能得到本質細晶粒鋼，顯著改善了鋼的金屬組織結構，提高了鍛件的機械強度。在鍛造過程中可以提高加熱溫度，而鋼的晶粒依然細小，故可以利用鍛造余熱經自然冷卻直接實施下一步的熱處理工藝------即鍛后余熱高溫形變正火工藝，提高了鍛件的沖擊韌性，且節(jié)約了能源。從而提高了產品的質量，延長了產品的使用壽命。
具體實施例方式
本發(fā)明發(fā)動機平衡軸，所述的發(fā)動機平衡軸材料的化學成分以重量計算，其構成為0.47-0.55％碳(C)、0.17-0.37％硅(Si)、0.50-0.80％錳(Mn)、0.01-0.03％釩(V)、0.001-0.002％鈮(Nb)、磷(P)不大于0.035％、硫(S)不大于0.035％、銅(Cu)不大于0.17％、余量為鐵(Fe)。上述的發(fā)動機平衡軸材料的化學成分中如不含有釩(V)、鈮(Nb)兩元素，則該材料稱為50號鋼；如含有釩(V)、鈮(Nb)兩元素，則該材料稱為特殊50號鋼。
為提高平衡軸鍛件的機械強度，必須細化其結晶晶粒，故創(chuàng)新設計特殊50號鋼，即在50號鋼中加入金屬元素釩(V)、鈮(Nb)，此兩元素也可稱為晶粒細化劑。釩(V)、鈮(Nb)能與鋼材中的碳(C)原子形成化合物VC、NbC，并以彌散相的質點存在于奧氏體晶界，以阻礙奧氏體晶粒的長大，從而細化了晶粒。使鋼材在鍛造過程中，奧氏體晶粒不發(fā)生再結晶，直接轉變?yōu)殍F素體，結果形成了明顯的細化組織。此細化晶粒的機理，還可以用晶界鐵原子自擴散理論來闡述合金元素釩(V)、鈮(Nb)等溶入奧氏體后，能增強金屬原子間的鍵合力，降低鐵原子的自擴散系數，從而使晶界通過鐵原子的自擴散而產生的遷移過程受阻，減慢了晶粒長大速度，最終得到了細小的奧氏體晶粒。從而顯著改善了鋼的金屬組織結構，提高了鍛件的機械強度。
平衡軸鍛件的基本組織為珠光體，珠光體含量不小于60％；其硬度為220-250HB，抗拉強度(σb)大于或等于800MPa，屈服強度(σs)大于或等于490MPa。
上述的發(fā)動機平衡軸的鍛造方法為首先將平衡軸采用的按上述比例設計制成的碳素鋼材料(采用棒材切斷機)進行截料，再對該截料(采用中頻爐)進行加熱，再經過制坯(采用沖床及空氣錘)、成型(采用1000噸或1600噸壓力機)工序制成平衡軸坯料；然后(通過沖床)采用負偏差切邊模以切除平衡軸坯料的毛邊及坯料兩端頭的拔模斜度(即創(chuàng)新的切邊工序)，將切邊后的平衡軸坯料通過輸送帶(約4米)輸送使該坯料自然冷卻而被輸送到熱處理設備(采用正火爐)進行熱處理工藝(即創(chuàng)新的鍛后余熱高溫形變正火工藝)，再經過熱校正(采用沖床，以消除變形)、表面處理(采用拋丸機，以去除表面氧化層)工序而制得發(fā)動機平衡軸鍛件。最后對該發(fā)動機平衡軸鍛件進行精加工(采用加工中心)而制得發(fā)動機平衡軸產品，再進行防銹包裝而出廠。
其中，鍛后余熱高溫形變正火工藝是一種適當降低鍛壓形變終止溫度，然后進行空冷的形變熱處理工藝，可縮短和簡化熱處理工藝周期，節(jié)約了能源，提高了生產效率。該工藝能有效提高鍛件的沖擊韌性并降低脆性轉變溫度，提高其抗磨損能力及疲勞抗力。
上述的(中頻爐)加熱工序的溫度可為1190±10攝氏度；制坯、成型工序的溫度≥1080攝氏度；熱處理工藝的溫度≥860攝氏度。
權利要求
1.一種發(fā)動機平衡軸，其特征在于所述的發(fā)動機平衡軸材料的化學成分以重量計算，其構成為0.47-0.55％碳(C)、0.17-0.37％硅(Si)、0.50-0.80％錳(Mn)、0.01-0.03％釩(V)、0.001-0.002％鈮(Nb)、磷(P)不大于0.035％、硫(S)不大于0.035％、銅(Cu)不大于0.17％、余量為鐵(Fe)。
2.一種根據權利要求1所述的發(fā)動機平衡軸的鍛造方法，其特征在于首先將平衡軸采用的按上述比例設計制成的碳素鋼材料進行截料，再對該截料進行加熱，再經過制坯、成型工序制成平衡軸坯料；然后采用負偏差切邊模以切除平衡軸坯料的毛邊及坯料兩端頭的拔模斜度，將切邊后的平衡軸坯料通過輸送帶輸送使該坯料自然冷卻而被輸送到熱處理設備進行熱處理工藝，再經過熱校正、表面處理工序而制得發(fā)動機平衡軸鍛件。
3.根據權利要求2所述的發(fā)動機平衡軸的鍛造方法，其特征在于所述的加熱工序的溫度為1190±10攝氏度。
4.根據權利要求2所述的發(fā)動機平衡軸的鍛造方法，其特征在于所述的制坯、成型工序的溫度≥1080攝氏度。
5.根據權利要求2所述的發(fā)動機平衡軸的鍛造方法，其特征在于所述的熱處理工藝的溫度≥860攝氏度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)動機平衡軸及其鍛造方法，其化學成分以重量計算，構成為0.47－0.55％碳、0.17－0.37％硅、0.50－0.80％錳、0.01－0.03％釩、0.001－0.002％鈮、磷不大于0.035％、硫不大于0.035％、銅不大于0.17％、余量為鐵。其鍛造方法是首先將平衡軸采用的按上述比例制成的碳素鋼材料進行截料，再對該截料進行加熱及制坯、成型工序制成平衡軸坯料；然后切除平衡軸坯料的毛邊及坯料兩端頭的拔模斜度，將切邊后的平衡軸坯料通過輸送帶輸送使該坯料自然冷卻而再進行熱處理工藝、熱校正、表面處理工序而制得發(fā)動機平衡軸鍛件。此構成和制造方法顯著改善了鋼的金屬組織結構，提高了鍛件的機械強度、沖擊韌性，且節(jié)約了能源。從而提高了產品的質量，延長了產品的使用壽命。
文檔編號F16F15/26GK101029371SQ20071007839
公開日2007年9月5日 申請日期2007年4月17日 優(yōu)先權日2007年4月17日
發(fā)明者孫國奉, 張松滿, 孫國敏, 張宣明, 楊春玥 申請人:溫州三聯鍛造有限公司