(甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,甘肅 武威 733006)
底盤作為汽車構(gòu)造中最主要的組成部分,底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)質(zhì)量直接決定了底盤的質(zhì)量[1]。底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)共分為4部分,分別為:制動(dòng)系統(tǒng)部件、傳動(dòng)部件、轉(zhuǎn)向部件以及行使部件,為保證底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)的安全性,分析底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)機(jī)械性能是必不可少的。尤其近年來(lái),底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)機(jī)械性能分析成為學(xué)術(shù)界中重點(diǎn)研究的內(nèi)容。在學(xué)術(shù)界,針對(duì)底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)機(jī)械性能的分析十分普遍,但大多數(shù)均處于初級(jí)階段,只簡(jiǎn)略的研究了底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能,并未對(duì)金屬材料結(jié)構(gòu)機(jī)械性能展開(kāi)深入分析。與此同時(shí),以往底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)機(jī)械性能分析中未充分考慮到實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),導(dǎo)致研究結(jié)果過(guò)于理想化。
因此,得到的研究成果并未轉(zhuǎn)化為實(shí)際使用中的應(yīng)用效果,證明以往底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)機(jī)械性能分析中仍然存在很多不足之處。針對(duì)傳統(tǒng)底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)機(jī)械性能分析中存在的問(wèn)題,進(jìn)一步分析底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)機(jī)械性能,致力于從根本上提高底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能,為指導(dǎo)底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)的良好有序發(fā)展提供專業(yè)性建議。
要分析底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)機(jī)械性能的前提條件,必須掌握底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)的基本內(nèi)容[2]。底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)包括:制動(dòng)系統(tǒng)部件、傳動(dòng)部件、轉(zhuǎn)向部件以及行使部件,以上四種制動(dòng)系統(tǒng)部件、傳動(dòng)部件、轉(zhuǎn)向部件以及行使部件由于常用金屬材料不同,導(dǎo)致底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)有必然有所差異。制動(dòng)系統(tǒng)部件主要指的是剎車片以及制動(dòng)器,在汽車行駛過(guò)程中,一旦遇到突發(fā)事件需要緊急剎車,就必須通過(guò)踩踏剎車片,緊急剎車。而制動(dòng)器主要負(fù)責(zé)制動(dòng)系統(tǒng)部件的動(dòng)力系統(tǒng),能夠控制車輛的行駛速度。通過(guò)制動(dòng)系統(tǒng)部件,實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的制動(dòng)或停止等操作,是底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)中的核心部分。制動(dòng)系統(tǒng)部件常用的金屬材料為鑄鐵材料,硬度較大。傳動(dòng)部件主要是通過(guò)傳動(dòng)設(shè)備,將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳輸?shù)捷喬ィ苿?dòng)汽車前進(jìn)。傳動(dòng)部件常用金屬材料為玻璃纖維以及等溫淬火球鐵材料制成,其金屬材料結(jié)構(gòu)主要為轉(zhuǎn)向盤。轉(zhuǎn)向部件主要是實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向功能,通過(guò)轉(zhuǎn)向盤等操縱機(jī)構(gòu),利用操縱機(jī)構(gòu)以及地面的摩擦力改變動(dòng)力傳輸方式。轉(zhuǎn)向部件對(duì)制造精度要求較高,常用金屬材料為優(yōu)質(zhì)碳素鋼。行使部件指的是離合器片,主要采用石墨混合金屬材料制成。
在明確底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,分析底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)機(jī)械性能。結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)機(jī)械性能主要包括:等溫淬火球鐵材料力學(xué)性能以及底盤鋁合金材料性能兩方面,基于此,本文針對(duì)以上兩點(diǎn)展開(kāi)細(xì)致研究,具體內(nèi)容如下。
等溫淬火球鐵材料以其極高的硬度和韌性在眾多底盤常用金屬材料中脫穎而出,成為目前國(guó)內(nèi)外主要應(yīng)用的底盤結(jié)構(gòu)常用金屬材料[3]。等溫淬火球鐵材料的主要包括:鐵素體以及富碳的奧氏體組織,相比于其他合金鋼材具備非常優(yōu)異的力學(xué)性能。等溫淬火球鐵材料力學(xué)性能的具體參數(shù),如表1所示。
表1 等溫淬火球鐵材料力學(xué)性能
結(jié)合表1所示,等溫淬火球鐵材料在用于底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)鍛造時(shí),具有極高的屈服強(qiáng)度以及抗拉強(qiáng)度,能夠保證鍛造后斷口形狀為韌性斷裂,滿足底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)的基本需求。在底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)制造過(guò)程中,最關(guān)鍵的機(jī)械性能就是延伸率,延伸率越高證明等溫淬火球鐵材料力學(xué)性能越好。因此,在采用900℃淬火,270℃回火熱處理的情況下延伸率越高,且等溫淬火球鐵材料機(jī)械性能的可塑性越強(qiáng)。在分析等溫淬火球鐵材料力學(xué)性能過(guò)程中,還需要計(jì)算等溫淬火球鐵材料的沖擊韌性,可以將等溫淬火球鐵材料的沖擊韌性設(shè)為fc,則其換算公式,如公式(1)所示。
公式(1)中,h指的是等溫淬火球鐵材料的彎曲疲勞強(qiáng)度,單位為MPa;i指的是等溫淬火球鐵材料的最大承載力,單位為MPa。通過(guò)公式(1),得出等溫淬火球鐵材料的沖擊韌性。在等溫淬火球鐵材料實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,其力學(xué)性能對(duì)底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)的工作性能影響較大,QTD900-8(ADI)與QTD10510-6(ADI)。
在各方面參數(shù)上均取得明顯的優(yōu)勢(shì)。明確等溫淬火球鐵材料力學(xué)性能對(duì)金屬材料結(jié)構(gòu)工作性能的影響后,可以對(duì)等溫淬火球鐵材料力學(xué)性能進(jìn)行降序排列,等溫淬火球鐵材料力學(xué)性能力學(xué)性能由高到低,分別為:QTD10510-6(ADI);QTD900-8(ADI);QT400-18 與 QT450-10。由此可見(jiàn),可以通過(guò)等溫淬火球鐵材料,打破打破底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)平衡,同時(shí)改變等溫淬火球鐵材料力學(xué)性能指標(biāo)參數(shù),從而使等溫淬火球鐵材料力學(xué)性能受到影響??紤]到等溫淬火球鐵材料的黏聚性要求底盤常用金屬材料的組成結(jié)構(gòu)之間有一定的黏聚力,確保不發(fā)生分層、離析現(xiàn)象,使得等溫淬火球鐵材料力學(xué)性能能夠保持整體均勻穩(wěn)定的性能。還要增加重要的一條,就是必須在鍛造時(shí)將等溫淬火球鐵材料的坍落度損失控制在一定范圍內(nèi)[4]。由于所需的等溫淬火球鐵材料工作性與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有關(guān),因此,通常在現(xiàn)場(chǎng)鍛造之前須確定具體的工作性。綜上所述,從底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)的工作性能以及力學(xué)性能上綜合考慮,當(dāng)?shù)葴卮慊鹎蜩F材料采用850℃淬火,520℃回火以及900℃淬火,270℃回火時(shí),等溫淬火球鐵材料各項(xiàng)綜合性能指標(biāo)才能達(dá)到比較理想的結(jié)果。
在底盤鋁合金材料性能影響參數(shù)中,最關(guān)鍵的就是受到腐蝕影響因素比較多,造成其腐蝕的不僅僅和所處的外界條件有關(guān)系,還與外界腐蝕環(huán)境具有密切的關(guān)系,并且鋁合金金屬材料的腐蝕程度與腐蝕介質(zhì)、濕度、溫度、空氣的流速、接觸物質(zhì)等有關(guān),所以底盤鋁合金材料制成的底盤結(jié)構(gòu)的腐蝕性是由所處環(huán)境化學(xué)、物理等多種因素綜合作用下得出的,若要充分掌握底盤鋁合金材料性能,在此基礎(chǔ)上制定合理的防腐蝕措施,必須要了解底盤鋁合金材料性能的腐蝕機(jī)理,具體鋁合金材料制成結(jié)構(gòu)體系腐蝕機(jī)理如下。
(1)物理作用:物理作用是指底盤鋁合金材料自身體積的膨脹變化,而沒(méi)有與環(huán)境中腐蝕性元素發(fā)生反應(yīng)。任何物質(zhì)都會(huì)發(fā)生熱脹冷縮物理反應(yīng),當(dāng)?shù)妆P鋁合金材料在高溫環(huán)境下體積發(fā)生增大變化,導(dǎo)致底盤鋁合金材料制成結(jié)構(gòu)體系強(qiáng)度、硬度等物理性能降低,結(jié)構(gòu)表面遭到破壞,使空氣中的氧氣更容易進(jìn)入金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)中,最終發(fā)生腐蝕[5]。物理作用分為侵蝕作用和結(jié)晶作用兩種,其中侵蝕作用是指底盤鋁合金材料受到環(huán)境中侵蝕性介質(zhì)(空氣中氧氣成分)的長(zhǎng)期作用下,金屬表層中可溶性成分逐漸被空氣中的氧氣溶解,隨著底盤鋁合金材料表層被溶解的成分不斷流失,使底盤鋁合金材料制成結(jié)構(gòu)體系表面孔隙率發(fā)生變化,進(jìn)而使周圍環(huán)境中的腐蝕性因素更容易進(jìn)入到金屬內(nèi)部[6]。結(jié)晶作用是指環(huán)境中一些鹽酸物質(zhì)進(jìn)入到底盤鋁合金材料制成結(jié)構(gòu)體系中,通過(guò)空氣中的水分溶解鹽酸結(jié)晶,在長(zhǎng)期作用下導(dǎo)致底盤鋁合金材料制成結(jié)構(gòu)體系體積不斷增大,產(chǎn)生較大的結(jié)晶壓力,最終使底盤鋁合金材料制成結(jié)構(gòu)體系膨脹裂開(kāi)。
(2)化學(xué)作用:是指底盤鋁合金材料制成結(jié)構(gòu)與環(huán)境中腐蝕性介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而破壞底盤鋁合金材料制成結(jié)構(gòu)?;瘜W(xué)作用中分解類化學(xué)腐蝕是指腐蝕性介質(zhì)(酸類、鹽類、氧氣等)接觸到底盤鋁合金材料表層,與鋁合金發(fā)生氧化反應(yīng),生產(chǎn)氧化物附著在底盤鋁合金材料表面,從而降低底盤鋁合金材料強(qiáng)度;分解結(jié)晶反復(fù)類化學(xué)腐蝕是指環(huán)境中腐蝕性介質(zhì)與金屬結(jié)構(gòu)中Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng),結(jié)晶成鈣鹽,鈣鹽再與底盤鋁合金材料表層毛細(xì)孔中的水分接觸,被稀釋,然后再結(jié)晶,這樣反復(fù)分解結(jié)晶最終引起底盤鋁合金材料制成結(jié)構(gòu)體系膨脹破裂。
通過(guò)底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)機(jī)械性能分析,能夠取得一定的研究成果,解決傳統(tǒng)底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)鍛造中存在的問(wèn)題。由此可見(jiàn),本文提出的底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)機(jī)械性能分析具有現(xiàn)實(shí)意義的,能夠指導(dǎo)底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法優(yōu)化。在后期的發(fā)展中,應(yīng)加大本文研究成果在底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用力度。截止目前,國(guó)內(nèi)外針對(duì)底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍存在一些問(wèn)題,在日后的研究中還需要進(jìn)一步對(duì)底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出深入研究,為提高底盤常用金屬材料結(jié)構(gòu)的綜合性能提供參考。