汽車底盤常用金屬材料機械性能分析

陳璋文

湖南工學院材料科學與工程學院 湖南省衡陽市 421002

當代汽車底盤之中包括多個部分，例如傳動、轉向、行駛、制動等，且各部分所需應用的生產材料存在一定的差異性，所以機械性能也就存在一定的差異性。從實際上來看，在汽車底盤的傳動部分之中，占據重要位置的離合器片一般采用石墨混合金屬粉末以及玻璃纖維通過壓制而形成，轉向部分一般由質量優良的碳素鋼和鑄鐵所制造，在行使部分之中，車架需要以碳素鋼為原料進行制造，車橋則由灰鑄鐵鎖制造，同時有少數品牌在生產車架時，選擇使用質量優良的碳素鋼。為了對汽車底盤實際情況進行充分了解，同時盡量促使其質量和功能得到優化，也就有必要對汽車底盤常用金屬材料的機械性能進行分析。

1 汽車底盤

對于一輛汽車來說，底盤功能中最主要的一項，也就是為汽車整體提供支撐作用。并且，汽車底盤應該能夠與其他各主要部件以及發動機共同構成汽車的整體結構，并保障其中的安全性。與此同時，汽車發動機能夠對動力進行穩定輸出，動力由傳動裝置傳輸至輪胎部位，也就能夠實現汽車的行進，并對汽車的正常運行提供保障。

1.1 汽車底盤傳動系統

汽車底盤的傳動系統，也就是通過發動機將穩定的機械能輸出，并傳遞至輪胎上，由此，汽車輪胎可以獲得充分的前進驅動力，其中的部件主要包括離合器、變速器、差速器、主減速器、半軸、萬向傳動裝置等。為了保障汽車能夠持續處于安全平穩運行的狀態之下，其中的傳動系統必須能夠與發動機進行良好配合。

1.2 汽車底盤行駛系統

汽車的行駛系統包括其車駕、車橋、車輪和懸架，行駛的原理為，在汽車收到啟動指令之后，傳動裝置向輪胎傳遞的力能夠產生作用，同時汽車車身所具有的承載力能夠與地面之間產生摩擦，基于此，輪胎的力與地面的摩擦力共同進行作用，也就能夠實現汽車的行進。并且，在行駛環境不同、行駛地面狀況不同的情況下，汽車在行駛過程中能夠產生一定程度的沖擊力，在此情況下，需要應用合理措施對沖擊力進行平衡，否則，汽車必然出現行駛不平穩的情況，也就大幅度降低了行車過程中的舒適度，更是增加了交通事故發生的幾率，而對沖擊力進行平衡的方法，在多數情況下，可以選擇使用轉向系統與行駛系統共同配合的形式，以能夠為汽車的安全平穩行駛提供重要保障。

1.3 汽車底盤制動系統

在行駛過程中，汽車難免遭遇多種突發情況，也就必然會出現緊急剎車或是突然加速的情況，在此情況中，相應的功能主要由汽車制動系統進行負責。在汽車制動系統之中，駐車制動和行車制動相互獨立，其中駐車制動系統屬于制動傳動系統，行車制動則主要依靠制動器，兩個獨立系統共同針對汽車的行進速度或是及時停止進行控制。

1.4 汽車底盤制轉向系統

在汽車的轉向系統之中，主要包括轉向器、轉向傳動系統以及操縱機構，通過保障汽車轉向系統的功能，在駕駛員對方向進行控制時，其能夠根據駕駛員的操作使車輪發生相應的轉動，也就能夠實現汽車安全且有效的行駛。

2 等溫淬火球鐵材料的力學性能

等溫淬火球墨鑄鐵的強度較高，韌性較強，將其應用于汽車的零部件制作工作中，能夠起到較好的應用效果。當前由等溫淬火球墨鑄鐵所制成的底盤零件以及傳動齒輪，均已經在國外市場中得到了廣泛應用，并且市場的占有率已經達到至少50%。在此過程中，將底盤零部件作為主體，等溫淬火球墨鑄鐵之中包含了諸多合金元素，由此，既往的鐵素體能夠與珠光體共同發生變化，形成針狀鐵素體以及顯微組織——富碳奧氏體組織，由此，等溫淬火球墨鑄鐵的力學性能十分優異。

3 汽車底盤鋁合金材料

鋁合金為汽車底盤生產過程中的主要原材料，其中包括兩個類型的鋁合金，分別為“鑄造鋁合金”和“熱處理強化形變鋁合金”，其中前者的冶煉工藝相對簡單，同時具有性能良好的鑄造工藝，所以能夠形成較好的力學性能，其當前已經在汽車生產制造中獲得了廣泛關注和大規模的應用。在當代汽車底盤生產工作中，所應用的鋁合金材料以6000系列為主，其在汽車的零部件生產方面優勢較為顯著，并且該系列鋁合金經過熱力鍛造后，其表面不會出現氧化皮，同時鍛造余量也相對較少，所以不會引起用力腐蝕開裂，可見其耐腐蝕性較強，鍛造性能良好。

在美國，福特汽車公司在鋁材料中加入濃度為1%的Si元素以及濃度為0.5%的Mg元素，并形成SG112-T4A1合金，此類型的鋁合金在接受冷加工之前，強度在110MPa，相對于一般條件的鋁合金來說較低，但是針對其進行噴漆處理，僅在一個小時之后，其強度則能夠上升至210MPa，此時強度已經在鐵材料之上。并且該類型的合金，其烤漆溫度與鋼板一致，可以達到了180℃。并且，雖然當前6000系列的鋁合金價格相對比較高，但是可以促使車輛外殼的重量減輕，且減輕幅度達到約50%，若能夠針對6000系列的合金，對其中的加工工藝以及化學成分進行進一步優化，則可研制出超塑性鋁合金一類的、性能更強的車身用鋁合金。

在對熱處理工藝進行優化之后，6000系列的鋁合金性能得到強化，當前在部分發達國家之中，材料相關行業的人員已經針對合金綜合性能開展了更加深入的研究，嘗試將鋁合金T6的處理轉變成為RRA處理，以能夠提升其中的抗腐蝕性能。與此同時，該類型合金的抗拉強度以及峰值硬度也均能夠在不同程度上得到提升。

4 金屬材料與熱處理工藝的關聯性

4.1 切削性能與熱處理工藝的關聯性

在針對金屬材料進行加工的整個工作過程當中，若能夠保持切削加工、熱處理兩項工藝之間具有密切的配合和充分的溝通，則有利于促使產品質量得到提升。從實際上來看，因為在開展切削工作時，刀具、條件以及被加工的材料各不相同，所以金屬能夠發生形變的程度也就更不相同，進而則能夠導致光潔度不同的情況出現。所以，在進行加工的過程中，應首先針對個金屬材料進行預加熱處理，將其中的缺陷盡可能消除，以能夠為后續的加工工作提供良好基礎。

4.2 切邊模量與熱處理溫度的關聯性

切邊模量屬于材料方面的重要力學性能指標之一，也就是在材料受到剪切應力影響的情況下，在變形比例處于彈性狀態時，于極限的范圍之中，切用力與其應變之間的比值。切邊模量能夠對于材料針對缺應變進行抵抗的能力進行反映，若切邊模量較大，則材料自身的剛性較強，針對其進行熱處理，可以促使材料的性能及物理性質發生改變，與此同時，其切邊模量也能夠發生改變，所以彈簧的伸長量在實際上與設計量之間存在一定的差異性，若僅應用傳統的形式獲取切邊模量值，則有可能導致計算量與實際量之間的誤差較大。

4.3 斷裂韌性與熱處理溫度的關聯性

從斷裂力學的角度來看，在任何材料之中，均包含著數量不一、尺寸不一的裂紋，其中的斷裂韌性，也就是包含裂紋的材料于外力作用的影響之下，對裂紋擴展進行抵抗的能力。促使金屬材料的鍛煉韌性得到提升，關鍵點在于避免其晶體之中發生位錯情況，以促使位錯密度降低，也就可以提升金屬的強度。針對金屬材料進行熱處理，可以實現金屬組織的細化。在金屬材料的溫度上升至一定程度之后，發生變形情況最嚴重的區域則能夠生成新的晶粒，并對原有的、已經發生變形的晶粒進行替代。

5 結語

根據上文可以了解到，汽車底盤屬于汽車的主要組成部分之一，其主要原材料為金屬材料，金屬材料的性能及相關處理工藝能夠對汽車底盤的各項部件產生重要影響，所以在實際生產過程中，有必要對各個方面進行和諧處理，以保證零部件的質量以及汽車底盤的整體質量。