汽車底盤常用金屬材料機(jī)械性能分析

陳璋文

湖南工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 湖南省衡陽市 421002

當(dāng)代汽車底盤之中包括多個(gè)部分，例如傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向、行駛、制動(dòng)等，且各部分所需應(yīng)用的生產(chǎn)材料存在一定的差異性，所以機(jī)械性能也就存在一定的差異性。從實(shí)際上來看，在汽車底盤的傳動(dòng)部分之中，占據(jù)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(zhuǎn)向部分一般由質(zhì)量優(yōu)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(jìn)行制造，車橋則由灰鑄鐵鎖制造，同時(shí)有少數(shù)品牌在生產(chǎn)車架時(shí)，選擇使用質(zhì)量優(yōu)良的碳素鋼。為了對(duì)汽車底盤實(shí)際情況進(jìn)行充分了解，同時(shí)盡量促使其質(zhì)量和功能得到優(yōu)化，也就有必要對(duì)汽車底盤常用金屬材料的機(jī)械性能進(jìn)行分析。

1 汽車底盤

對(duì)于一輛汽車來說，底盤功能中最主要的一項(xiàng)，也就是為汽車整體提供支撐作用。并且，汽車底盤應(yīng)該能夠與其他各主要部件以及發(fā)動(dòng)機(jī)共同構(gòu)成汽車的整體結(jié)構(gòu)，并保障其中的安全性。與此同時(shí)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)能夠?qū)?dòng)力進(jìn)行穩(wěn)定輸出，動(dòng)力由傳動(dòng)裝置傳輸至輪胎部位，也就能夠?qū)崿F(xiàn)汽車的行進(jìn)，并對(duì)汽車的正常運(yùn)行提供保障。

1.1 汽車底盤傳動(dòng)系統(tǒng)

汽車底盤的傳動(dòng)系統(tǒng)，也就是通過發(fā)動(dòng)機(jī)將穩(wěn)定的機(jī)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(jìn)驅(qū)動(dòng)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(dòng)裝置等。為了保障汽車能夠持續(xù)處于安全平穩(wěn)運(yùn)行的狀態(tài)之下，其中的傳動(dòng)系統(tǒng)必須能夠與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行良好配合。

1.2 汽車底盤行駛系統(tǒng)

汽車的行駛系統(tǒng)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(dòng)指令之后，傳動(dòng)裝置向輪胎傳遞的力能夠產(chǎn)生作用，同時(shí)汽車車身所具有的承載力能夠與地面之間產(chǎn)生摩擦，基于此，輪胎的力與地面的摩擦力共同進(jìn)行作用，也就能夠?qū)崿F(xiàn)汽車的行進(jìn)。并且，在行駛環(huán)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(chǎn)生一定程度的沖擊力，在此情況下，需要應(yīng)用合理措施對(duì)沖擊力進(jìn)行平衡，否則，汽車必然出現(xiàn)行駛不平穩(wěn)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(fā)生的幾率，而對(duì)沖擊力進(jìn)行平衡的方法，在多數(shù)情況下，可以選擇使用轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與行駛系統(tǒng)共同配合的形式，以能夠?yàn)槠嚨陌踩椒€(wěn)行駛提供重要保障。

1.3 汽車底盤制動(dòng)系統(tǒng)

在行駛過程中，汽車難免遭遇多種突發(fā)情況，也就必然會(huì)出現(xiàn)緊急剎車或是突然加速的情況，在此情況中，相應(yīng)的功能主要由汽車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)責(zé)。在汽車制動(dòng)系統(tǒng)之中，駐車制動(dòng)和行車制動(dòng)相互獨(dú)立，其中駐車制動(dòng)系統(tǒng)屬于制動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)，行車制動(dòng)則主要依靠制動(dòng)器，兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)共同針對(duì)汽車的行進(jìn)速度或是及時(shí)停止進(jìn)行控制。

1.4 汽車底盤制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

在汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之中，主要包括轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)以及操縱機(jī)構(gòu)，通過保障汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能，在駕駛員對(duì)方向進(jìn)行控制時(shí)，其能夠根據(jù)駕駛員的操作使車輪發(fā)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，也就能夠?qū)崿F(xiàn)汽車安全且有效的行駛。

2 等溫淬火球鐵材料的力學(xué)性能

等溫淬火球墨鑄鐵的強(qiáng)度較高，韌性較強(qiáng)，將其應(yīng)用于汽車的零部件制作工作中，能夠起到較好的應(yīng)用效果。當(dāng)前由等溫淬火球墨鑄鐵所制成的底盤零件以及傳動(dòng)齒輪，均已經(jīng)在國外市場中得到了廣泛應(yīng)用，并且市場的占有率已經(jīng)達(dá)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(fā)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(xué)性能十分優(yōu)異。

3 汽車底盤鋁合金材料

鋁合金為汽車底盤生產(chǎn)過程中的主要原材料，其中包括兩個(gè)類型的鋁合金，分別為“鑄造鋁合金”和“熱處理強(qiáng)化形變鋁合金”，其中前者的冶煉工藝相對(duì)簡單，同時(shí)具有性能良好的鑄造工藝，所以能夠形成較好的力學(xué)性能，其當(dāng)前已經(jīng)在汽車生產(chǎn)制造中獲得了廣泛關(guān)注和大規(guī)模的應(yīng)用。在當(dāng)代汽車底盤生產(chǎn)工作中，所應(yīng)用的鋁合金材料以6000系列為主，其在汽車的零部件生產(chǎn)方面優(yōu)勢較為顯著，并且該系列鋁合金經(jīng)過熱力鍛造后，其表面不會(huì)出現(xiàn)氧化皮，同時(shí)鍛造余量也相對(duì)較少，所以不會(huì)引起用力腐蝕開裂，可見其耐腐蝕性較強(qiáng)，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(qiáng)度在110MPa，相對(duì)于一般條件的鋁合金來說較低，但是針對(duì)其進(jìn)行噴漆處理，僅在一個(gè)小時(shí)之后，其強(qiáng)度則能夠上升至210MPa，此時(shí)強(qiáng)度已經(jīng)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(dá)到了180℃。并且，雖然當(dāng)前6000系列的鋁合金價(jià)格相對(duì)比較高，但是可以促使車輛外殼的重量減輕，且減輕幅度達(dá)到約50%，若能夠針對(duì)6000系列的合金，對(duì)其中的加工工藝以及化學(xué)成分進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，則可研制出超塑性鋁合金一類的、性能更強(qiáng)的車身用鋁合金。

在對(duì)熱處理工藝進(jìn)行優(yōu)化之后，6000系列的鋁合金性能得到強(qiáng)化，當(dāng)前在部分發(fā)達(dá)國家之中，材料相關(guān)行業(yè)的人員已經(jīng)針對(duì)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(zhuǎn)變成為RRA處理，以能夠提升其中的抗腐蝕性能。與此同時(shí)，該類型合金的抗拉強(qiáng)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(guān)聯(lián)性

4.1 切削性能與熱處理工藝的關(guān)聯(lián)性

在針對(duì)金屬材料進(jìn)行加工的整個(gè)工作過程當(dāng)中，若能夠保持切削加工、熱處理兩項(xiàng)工藝之間具有密切的配合和充分的溝通，則有利于促使產(chǎn)品質(zhì)量得到提升。從實(shí)際上來看，因?yàn)樵陂_展切削工作時(shí)，刀具、條件以及被加工的材料各不相同，所以金屬能夠發(fā)生形變的程度也就更不相同，進(jìn)而則能夠?qū)е鹿鉂嵍炔煌那闆r出現(xiàn)。所以，在進(jìn)行加工的過程中，應(yīng)首先針對(duì)個(gè)金屬材料進(jìn)行預(yù)加熱處理，將其中的缺陷盡可能消除，以能夠?yàn)楹罄m(xù)的加工工作提供良好基礎(chǔ)。

4.2 切邊模量與熱處理溫度的關(guān)聯(lián)性

切邊模量屬于材料方面的重要力學(xué)性能指標(biāo)之一，也就是在材料受到剪切應(yīng)力影響的情況下，在變形比例處于彈性狀態(tài)時(shí)，于極限的范圍之中，切用力與其應(yīng)變之間的比值。切邊模量能夠?qū)τ诓牧厢槍?duì)缺應(yīng)變進(jìn)行抵抗的能力進(jìn)行反映，若切邊模量較大，則材料自身的剛性較強(qiáng)，針對(duì)其進(jìn)行熱處理，可以促使材料的性能及物理性質(zhì)發(fā)生改變，與此同時(shí)，其切邊模量也能夠發(fā)生改變，所以彈簧的伸長量在實(shí)際上與設(shè)計(jì)量之間存在一定的差異性，若僅應(yīng)用傳統(tǒng)的形式獲取切邊模量值，則有可能導(dǎo)致計(jì)算量與實(shí)際量之間的誤差較大。

4.3 斷裂韌性與熱處理溫度的關(guān)聯(lián)性

從斷裂力學(xué)的角度來看，在任何材料之中，均包含著數(shù)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(duì)裂紋擴(kuò)展進(jìn)行抵抗的能力。促使金屬材料的鍛煉韌性得到提升，關(guān)鍵點(diǎn)在于避免其晶體之中發(fā)生位錯(cuò)情況，以促使位錯(cuò)密度降低，也就可以提升金屬的強(qiáng)度。針對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理，可以實(shí)現(xiàn)金屬組織的細(xì)化。在金屬材料的溫度上升至一定程度之后，發(fā)生變形情況最嚴(yán)重的區(qū)域則能夠生成新的晶粒，并對(duì)原有的、已經(jīng)發(fā)生變形的晶粒進(jìn)行替代。

5 結(jié)語

根據(jù)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(guān)處理工藝能夠?qū)ζ嚨妆P的各項(xiàng)部件產(chǎn)生重要影響，所以在實(shí)際生產(chǎn)過程中，有必要對(duì)各個(gè)方面進(jìn)行和諧處理，以保證零部件的質(zhì)量以及汽車底盤的整體質(zhì)量。