汽車零件中金屬材料的選擇及熱處理分析

龐立軍

摘要：最近幾年全國(guó)汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，自主品牌異軍突起，汽車逐步成為我國(guó)工業(yè)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。汽車零件制作材料技術(shù)的進(jìn)步發(fā)揮了巨大作用。為了使我國(guó)汽車工業(yè)一線產(chǎn)業(yè)工人進(jìn)一步提高自身的工作能力，我在教學(xué)中強(qiáng)化了金屬材料的選擇及熱處理的知識(shí)內(nèi)容，以便提高學(xué)生今后工作的技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：汽車零件 金屬材料熱處理汽車輕量化輕金屬

隨著我國(guó)汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)汽車零件的制作材料提出了更高的要求。要想跟上現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的步伐，必須深入研究，科學(xué)探索。對(duì)汽車常用材料，特別是金屬材料的性能及熱處理工藝有一個(gè)全面的了解。一輛汽車大概3萬(wàn)多個(gè)零件，這些汽車零件數(shù)量龐大，類型各異，種類繁多，結(jié)構(gòu)尺寸差異很大，用途也不盡相同。因此，對(duì)制造這些汽車零件的材料提出了各種不同的要求，其中，金屬材料的選擇尤為重要。目前，汽車常用材料中金屬材料占比百分之七十以上。而金屬材料又有許許多多不同的種類，因此。必須根據(jù)汽車零件的工作狀況和金屬材料的各種性能以及金屬材料的熱處理工藝進(jìn)行綜合考慮，做到科學(xué)有效。現(xiàn)在，以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)為例，對(duì)其中的零件做一個(gè)簡(jiǎn)單的分析。

一、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿，從制作角度考慮，用木桿制作非常簡(jiǎn)便，重量輕，價(jià)格低。但它無(wú)法滿足使用性能的要求，充其量只能作為一個(gè)模型。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)連桿在工作中發(fā)揮著重要作用，它連接曲軸與活塞，要承受很大的爆炸沖機(jī)動(dòng)力，對(duì)材料的強(qiáng)度、剛度和韌性等性能要求很高，并且質(zhì)量要輕，慣性要小。一般的材料無(wú)法滿足，為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們?cè)陂L(zhǎng)期的工作實(shí)際中，通過(guò)大量的實(shí)踐驗(yàn)證，選則使用合金調(diào)質(zhì)鋼，在鐵碳合金中融入一些有益的合金元素，經(jīng)過(guò)淬火加高溫回火的處理，使其獲得較好的綜合力學(xué)性能，所謂較好的綜合力學(xué)性能是指，在金屬材料多項(xiàng)性能指標(biāo)中，如強(qiáng)度、彈性、塑性、韌性和硬度等，各項(xiàng)指標(biāo)相互影響牽制，又有矛盾的因素。比如硬度提升任性就會(huì)降低。其中某一項(xiàng)性能不是最好，但所有各項(xiàng)性能都表現(xiàn)比較好。如合金調(diào)質(zhì)鋼40Cr、40MnVB就是目前汽車連桿制造中普遍使用的金屬材料種類，這些材料屬于中碳鋼，調(diào)質(zhì)后具有良好的機(jī)械性能，適用于高速受沖擊的零件。

二、變速箱傳動(dòng)齒輪

汽車變速箱傳動(dòng)齒輪是汽車動(dòng)力傳動(dòng)的重要環(huán)節(jié)，輪齒的嚙合點(diǎn)承受非常大的擠壓力和摩擦力，輪齒的齒根猶如懸臂梁的固定端，承受很大的彎曲應(yīng)力，要保證齒輪經(jīng)久耐用不容易損壞，就必須做到齒面具有很高的硬度，防止齒輪表面的磨損和齒面點(diǎn)蝕。同時(shí)要防止輪齒的疲勞折斷又必須具有良好的韌性。即表硬而芯韌。究竟如何才能滿足這些性能要求呢？這給我們的工作提出了很高的要求。我們必須合理選擇適用的金屬材料并采取恰當(dāng)?shù)臒崽幚矸椒ǎ藗冞x用20CrMnTi等合金滲碳鋼采用表面滲碳，有效提高輪齒表面的碳當(dāng)量，改整體淬火為表面淬火，并進(jìn)行低溫回火的處理方法。這樣一來(lái)傳動(dòng)齒輪齒面硬度提高了，增強(qiáng)了抗齒面點(diǎn)蝕和塑性變形的能力。而芯部保持原來(lái)較好的韌性，從而保證了輪齒的抗折斷能力。

三、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體僅從成性角度考慮，普通塑料都可以制作。可是氣缸體的工作條件非常惡劣。他既要承受燃燒過(guò)程中壓力和溫度的急劇變化，以適應(yīng)活塞運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈摩擦，因此，它必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，變形小，保證各零件的運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性，運(yùn)轉(zhuǎn)正常，振動(dòng)噪音減小。要具有良好的冷卻性能，在剛提的四周有冷卻水套，以便讓冷卻水帶走熱量。還藥耐磨，以保證氣缸體有足夠的壽命。因此，一般氣缸體的制作材料是灰鑄鐵或鑄造鋁合金。如HT200、ZL104等。

四、汽車彈簧

汽車上有很多彈簧類零件，這些零件對(duì)汽車的使用和運(yùn)行具有重要影響。要保證汽車彈簧品質(zhì)優(yōu)良、經(jīng)久耐用，必須合理選擇材料及熱處理方法。根據(jù)工作中的使用要求，制作彈簧的金屬一定保證較高的強(qiáng)度，優(yōu)良的彈性和非常好的韌性。所以，工作中我們選用合金彈簧鋼 65Mn、 60Si2Mn等。材料確定以后，必須淬火并及時(shí)進(jìn)行中溫回火處理，否則，無(wú)法得到需要的性能。

五、輕金屬合金材料密度小比強(qiáng)度高可以有效利用

另外，隨著汽車輕量化進(jìn)程的不斷發(fā)展，目前汽車零件的制作材料，越來(lái)越多地使用了輕金屬材料，在機(jī)械工程領(lǐng)域，我們把密度小于5克/立方厘米的金屬稱為輕金屬。鋁合金、鎂合金的用量不斷加大。特別是在一些殼體類、支架類零件上，已逐步推廣使用。傳統(tǒng)使用的鋼鐵材料密度為7.87克/立方厘米，而鋁的密度為2.7克/立方厘米，鎂的密度為1.74克/立方厘米，所以有色輕金屬合金材料是我們汽車零件材料革新的有效方法。因?yàn)椋芏嘤猩饘佼?dāng)中的輕金屬材料，其密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于目前用量最大的鋼鐵材料，加入合金元素后，可以獲得非常好的機(jī)械性能，比強(qiáng)度很高。所以，我們應(yīng)當(dāng)加大該領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)力度。推出更多的新型材料。保證節(jié)能減排工作的順利進(jìn)行。鋁合金目前是最佳的汽車的輕量化的用材，根據(jù)研究已經(jīng)證明汽車零部件的極限鋁化率可高達(dá)50%，而目前我們的實(shí)際鋁合金使用比率距離這個(gè)指標(biāo)相差很遠(yuǎn)。這里存在多方面的原因，既有生產(chǎn)工藝方面的，也有材料資源的。以往除了在航空、航天領(lǐng)域外，由于考慮到制造成本，鎂合金更是很少在汽車領(lǐng)域推廣使用。而如今面對(duì)日益嚴(yán)峻的空氣污染，我們必須轉(zhuǎn)變觀念，調(diào)整思路，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益兩方面的因素。用長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光分析和解決問(wèn)題。在材料研發(fā)上加大力度。進(jìn)一步提高有色輕金屬合金材料使用比率。