汽车底盘常用金属材料机械性能分析

2022-06-24陈璋文

时代汽车 2022年11期

陈璋文

湖南工学院材料科学与工程学院湖南省衡阳市 421002

当代汽车底盘之中包括多个部分，例如传动、转向、行驶、制动等，且各部分所需应用的生产材料存在一定的差异性，所以机械性能也就存在一定的差异性。从实际上来看，在汽车底盘的传动部分之中，占据重要位置的离合器片一般采用石墨混合金属粉末以及玻璃纤维通过压制而形成，转向部分一般由质量优良的碳素钢和铸铁所制造，在行使部分之中，车架需要以碳素钢为原料进行制造，车桥则由灰铸铁锁制造，同时有少数品牌在生产车架时，选择使用质量优良的碳素钢。为了对汽车底盘实际情况进行充分了解，同时尽量促使其质量和功能得到优化，也就有必要对汽车底盘常用金属材料的机械性能进行分析。

1 汽车底盘

对于一辆汽车来说，底盘功能中最主要的一项，也就是为汽车整体提供支撑作用。并且，汽车底盘应该能够与其他各主要部件以及发动机共同构成汽车的整体结构，并保障其中的安全性。与此同时，汽车发动机能够对动力进行稳定输出，动力由传动装置传输至轮胎部位，也就能够实现汽车的行进，并对汽车的正常运行提供保障。

1.1 汽车底盘传动系统

汽车底盘的传动系统，也就是通过发动机将稳定的机械能输出，并传递至轮胎上，由此，汽车轮胎可以获得充分的前进驱动力，其中的部件主要包括离合器、变速器、差速器、主减速器、半轴、万向传动装置等。为了保障汽车能够持续处于安全平稳运行的状态之下，其中的传动系统必须能够与发动机进行良好配合。

1.2 汽车底盘行驶系统

汽车的行驶系统包括其车驾、车桥、车轮和悬架，行驶的原理为，在汽车收到启动指令之后，传动装置向轮胎传递的力能够产生作用，同时汽车车身所具有的承载力能够与地面之间产生摩擦，基于此，轮胎的力与地面的摩擦力共同进行作用，也就能够实现汽车的行进。并且，在行驶环境不同、行驶地面状况不同的情况下，汽车在行驶过程中能够产生一定程度的冲击力，在此情况下，需要应用合理措施对冲击力进行平衡，否则，汽车必然出现行驶不平稳的情况，也就大幅度降低了行车过程中的舒适度，更是增加了交通事故发生的几率，而对冲击力进行平衡的方法，在多数情况下，可以选择使用转向系统与行驶系统共同配合的形式，以能够为汽车的安全平稳行驶提供重要保障。

1.3 汽车底盘制动系统

在行驶过程中，汽车难免遭遇多种突发情况，也就必然会出现紧急刹车或是突然加速的情况，在此情况中，相应的功能主要由汽车制动系统进行负责。在汽车制动系统之中，驻车制动和行车制动相互独立，其中驻车制动系统属于制动传动系统，行车制动则主要依靠制动器，两个独立系统共同针对汽车的行进速度或是及时停止进行控制。

1.4 汽车底盘制转向系统

在汽车的转向系统之中，主要包括转向器、转向传动系统以及操纵机构，通过保障汽车转向系统的功能，在驾驶员对方向进行控制时，其能够根据驾驶员的操作使车轮发生相应的转动，也就能够实现汽车安全且有效的行驶。

2 等温淬火球铁材料的力学性能

等温淬火球墨铸铁的强度较高，韧性较强，将其应用于汽车的零部件制作工作中，能够起到较好的应用效果。当前由等温淬火球墨铸铁所制成的底盘零件以及传动齿轮，均已经在国外市场中得到了广泛应用，并且市场的占有率已经达到至少50%。在此过程中，将底盘零部件作为主体，等温淬火球墨铸铁之中包含了诸多合金元素，由此，既往的铁素体能够与珠光体共同发生变化，形成针状铁素体以及显微组织——富碳奥氏体组织，由此，等温淬火球墨铸铁的力学性能十分优异。

3 汽车底盘铝合金材料

铝合金为汽车底盘生产过程中的主要原材料，其中包括两个类型的铝合金，分别为“铸造铝合金”和“热处理强化形变铝合金”，其中前者的冶炼工艺相对简单，同时具有性能良好的铸造工艺，所以能够形成较好的力学性能，其当前已经在汽车生产制造中获得了广泛关注和大规模的应用。在当代汽车底盘生产工作中，所应用的铝合金材料以6000系列为主，其在汽车的零部件生产方面优势较为显著，并且该系列铝合金经过热力锻造后，其表面不会出现氧化皮，同时锻造余量也相对较少，所以不会引起用力腐蚀开裂，可见其耐腐蚀性较强，锻造性能良好。

在美国，福特汽车公司在铝材料中加入浓度为1%的Si元素以及浓度为0.5%的Mg元素，并形成SG112-T4A1合金，此类型的铝合金在接受冷加工之前，强度在110MPa，相对于一般条件的铝合金来说较低，但是针对其进行喷漆处理，仅在一个小时之后，其强度则能够上升至210MPa，此时强度已经在铁材料之上。并且该类型的合金，其烤漆温度与钢板一致，可以达到了180℃。并且，虽然当前6000系列的铝合金价格相对比较高，但是可以促使车辆外壳的重量减轻，且减轻幅度达到约50%，若能够针对6000系列的合金，对其中的加工工艺以及化学成分进行进一步优化，则可研制出超塑性铝合金一类的、性能更强的车身用铝合金。

在对热处理工艺进行优化之后，6000系列的铝合金性能得到强化，当前在部分发达国家之中，材料相关行业的人员已经针对合金综合性能开展了更加深入的研究，尝试将铝合金T6的处理转变成为RRA处理，以能够提升其中的抗腐蚀性能。与此同时，该类型合金的抗拉强度以及峰值硬度也均能够在不同程度上得到提升。

4 金属材料与热处理工艺的关联性

4.1 切削性能与热处理工艺的关联性

在针对金属材料进行加工的整个工作过程当中，若能够保持切削加工、热处理两项工艺之间具有密切的配合和充分的沟通，则有利于促使产品质量得到提升。从实际上来看，因为在开展切削工作时，刀具、条件以及被加工的材料各不相同，所以金属能够发生形变的程度也就更不相同，进而则能够导致光洁度不同的情况出现。所以，在进行加工的过程中，应首先针对个金属材料进行预加热处理，将其中的缺陷尽可能消除，以能够为后续的加工工作提供良好基础。

4.2 切边模量与热处理温度的关联性

切边模量属于材料方面的重要力学性能指标之一，也就是在材料受到剪切应力影响的情况下，在变形比例处于弹性状态时，于极限的范围之中，切用力与其应变之间的比值。切边模量能够对于材料针对缺应变进行抵抗的能力进行反映，若切边模量较大，则材料自身的刚性较强，针对其进行热处理，可以促使材料的性能及物理性质发生改变，与此同时，其切边模量也能够发生改变，所以弹簧的伸长量在实际上与设计量之间存在一定的差异性，若仅应用传统的形式获取切边模量值，则有可能导致计算量与实际量之间的误差较大。

4.3 断裂韧性与热处理温度的关联性

从断裂力学的角度来看，在任何材料之中，均包含着数量不一、尺寸不一的裂纹，其中的断裂韧性，也就是包含裂纹的材料于外力作用的影响之下，对裂纹扩展进行抵抗的能力。促使金属材料的锻炼韧性得到提升，关键点在于避免其晶体之中发生位错情况，以促使位错密度降低，也就可以提升金属的强度。针对金属材料进行热处理，可以实现金属组织的细化。在金属材料的温度上升至一定程度之后，发生变形情况最严重的区域则能够生成新的晶粒，并对原有的、已经发生变形的晶粒进行替代。