汽車底盤常用金屬材料機(jī)械性能研究

李世紅

（湖北恩施職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 恩施 4450009）

常規(guī)汽車底盤主要包括傳動(dòng)部件、轉(zhuǎn)向部件、行駛部件以及制動(dòng)部件，上述部件中所使用的制作材料各不相同，因此其機(jī)械性能存在相對(duì)明顯的差異。具體來說，傳動(dòng)部件中最主要的離合器片通常是由玻璃纖維和石墨混合金屬粉末壓制而成。轉(zhuǎn)向部件通常是由優(yōu)質(zhì)碳素鋼以及鑄鐵制造而成的。行使部件中的車架是由碳素鋼制成的，車橋是由灰鑄鐵制成的，個(gè)別品牌的汽車車架在制作時(shí)也會(huì)使用優(yōu)質(zhì)碳素鋼。而制動(dòng)部件中的輪缸則由鑄鐵制成，其中的制動(dòng)管路同樣由鑄鐵制成。

1 汽車底盤的基本概述

通常情況下，汽車底盤主要由行駛系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及制動(dòng)系統(tǒng)四部分組成。汽車底盤行駛系統(tǒng)主要包括車架、車橋及懸架。待汽車接收到啟動(dòng)指令之后，發(fā)動(dòng)機(jī)所傳遞出的力會(huì)經(jīng)由傳動(dòng)裝置傳遞至輪胎，之后在車身整體載荷以及地面摩擦力的共同作用下將帶動(dòng)汽車前進(jìn)。汽車行駛所面對(duì)的路況各不相同，因此很難對(duì)這一因素進(jìn)行合理的量化分析，路面狀況也是使汽車在行駛過程中遭受到額外的沖擊力，需要適當(dāng)?shù)拇胧?duì)其進(jìn)行平衡處理，否則將影響到汽車行駛的穩(wěn)定性。

2 汽車底盤常用金屬材料機(jī)械性能分析研究

2.1 等溫淬火球鐵材料的力學(xué)性能

在西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)其使用率超過了50%，已有企業(yè)將其應(yīng)用到傳動(dòng)齒輪以及汽車底盤零部件的的生產(chǎn)和制造中去。等溫淬火球墨鑄鐵其通過添加合金元素的方式，使鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)化成相應(yīng)結(jié)構(gòu)，從而提高其整體性能。也正是得益于這種轉(zhuǎn)化，該材料在力學(xué)性能上表現(xiàn)格外突出，其在保持較高韌性的同時(shí)，也充分發(fā)揮出了普通鑄鐵的力學(xué)特性。

2.2 汽車底盤鋁合金材料的性能分析

現(xiàn)階段，鑄造鋁合金已經(jīng)在汽車底盤制造領(lǐng)域得到了相對(duì)廣泛的應(yīng)用，而另一種熱處理強(qiáng)化變形鋁合金的應(yīng)用也逐漸得到了人們的關(guān)注。加之其鍛造余量較小，因此由此制成的鋁合金構(gòu)件具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，6000系列的合金主要被應(yīng)用到了汽車搖臂以及底盤控制臂等核心零件的制造之中。上海交通大學(xué)的科研小組對(duì)該類材料的性能進(jìn)行了研究，若在該合金中添加相關(guān)晶粒細(xì)化的元素，固溶時(shí)效后它所具備的力學(xué)性能如表1所示。

表1 力學(xué)性能

早在2006年，福特汽車公司便已經(jīng)展開了對(duì)于SG112-T4Al合金的研究，該類型的合金是在鋁中添加1%Si和5%的Mg元素制造而成的。需要強(qiáng)調(diào)的是，它在冷卻加工前的強(qiáng)度僅為110MPa，比生活中最常見的鋁合金強(qiáng)度還要低，然而只需要對(duì)其進(jìn)行月1 h的噴漆處理，其強(qiáng)度便能夠上升到210 MPa，強(qiáng)度瞬間增加了一倍并已經(jīng)超過了鐵。但從成本角度分析，6000系列的鋁合金價(jià)格要高于鋼材，但使用該類型的材料之后汽車底盤重量能夠降低一半，且強(qiáng)度能夠保持不變，因此隨著相關(guān)技術(shù)的完善未來它的應(yīng)用范圍將愈發(fā)廣泛?，F(xiàn)階段，相關(guān)技術(shù)研發(fā)單位、汽車制造企業(yè)正在不斷強(qiáng)化對(duì)于6000系列合金的優(yōu)化改造，相信未來會(huì)研制出更多、性能更加優(yōu)化的底盤或車身用制造合金。超塑性鋁合金便是眼下相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的汽車制造企業(yè)的研究熱點(diǎn)，以改變熱處理工藝為起點(diǎn)便能夠提高其使用性能。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家中的材料工作者已在這方面的研究中取得了階段性進(jìn)展，將AI-Mg-Si合金中的Cu含量增加會(huì)影響合金的抗腐蝕性能，但合金的峰值硬度及抗拉強(qiáng)度則能在現(xiàn)有基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提升。各國(guó)的汽車制造商正在從不同的需求出發(fā)展開這方面的研究工作，未來汽車底盤制造工藝將會(huì)向著更加多樣化的方向發(fā)展。

3 汽車底盤制造中金屬材料與熱處理工藝的關(guān)系分析

3.1 切削性能與熱處理預(yù)熱之間的關(guān)系

汽車底盤金屬材料的加工過程中若能夠使切削工藝與熱處理工藝實(shí)現(xiàn)密切配合，將能夠有效提高產(chǎn)品質(zhì)量。實(shí)際金屬切削之中，被加工材料、切削刀具以及切削條件之間的差異會(huì)影響金屬的實(shí)際變形程度，進(jìn)而讓其產(chǎn)生不同的光澤。預(yù)先熱處理則能夠有效應(yīng)用各類鑄、鍛、焊工件在冶金環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的缺陷，熱加工過程中產(chǎn)生的缺陷通過預(yù)先熱處理也能夠得到有效解決，最終為切削加工以及設(shè)備熱處理營(yíng)造出良好的狀態(tài)。

3.2 斷裂韌性與熱處理溫度之間的關(guān)系

任何實(shí)際存在的材料都含有不同數(shù)量、不同尺寸的裂紋，這便是“斷裂力學(xué)”展開各項(xiàng)研究的出發(fā)點(diǎn)。我們可以將金屬材料的斷裂韌性理解為材料在外力作用下抵抗裂紋擴(kuò)展的性能，斷裂韌性越高的金屬材料穩(wěn)定性越強(qiáng)?？梢酝ㄟ^使金屬材料中位錯(cuò)密度下降的方法來改善其斷裂韌性。

4 結(jié)語

隨著相關(guān)技術(shù)的不斷完善，汽車底盤的制造工藝也在不斷優(yōu)化。而探究相關(guān)金屬材料的機(jī)械性能則能夠?yàn)槠湎嚓P(guān)生產(chǎn)方案、生產(chǎn)工藝的優(yōu)化積累下寶貴的經(jīng)驗(yàn)。這是一項(xiàng)系統(tǒng)而且復(fù)雜的工作，需要在明確底盤性能、結(jié)構(gòu)的前提下來開展這部分工作，因此仍有諸多問題需要我們重視、解決。