汽車零件中金屬材料的選擇及熱處理分析

龐立軍

摘要：最近幾年全國汽車工業迅猛發展，自主品牌異軍突起，汽車逐步成為我國工業發展的支柱產業。汽車零件制作材料技術的進步發揮了巨大作用。為了使我國汽車工業一線產業工人進一步提高自身的工作能力，我在教學中強化了金屬材料的選擇及熱處理的知識內容，以便提高學生今后工作的技術水平。

關鍵詞：汽車零件 金屬材料熱處理汽車輕量化輕金屬

隨著我國汽車工業的快速發展，對汽車零件的制作材料提出了更高的要求。要想跟上現代工業發展的步伐，必須深入研究，科學探索。對汽車常用材料，特別是金屬材料的性能及熱處理工藝有一個全面的了解。一輛汽車大概3萬多個零件，這些汽車零件數量龐大，類型各異，種類繁多，結構尺寸差異很大，用途也不盡相同。因此，對制造這些汽車零件的材料提出了各種不同的要求，其中，金屬材料的選擇尤為重要。目前，汽車常用材料中金屬材料占比百分之七十以上。而金屬材料又有許許多多不同的種類，因此。必須根據汽車零件的工作狀況和金屬材料的各種性能以及金屬材料的熱處理工藝進行綜合考慮，做到科學有效。現在，以汽車發動機為例，對其中的零件做一個簡單的分析。

一、發動機連桿

汽車發動機的連桿，從制作角度考慮，用木桿制作非常簡便，重量輕，價格低。但它無法滿足使用性能的要求，充其量只能作為一個模型。因為發動機連桿在工作中發揮著重要作用，它連接曲軸與活塞，要承受很大的爆炸沖機動力，對材料的強度、剛度和韌性等性能要求很高，并且質量要輕，慣性要小。一般的材料無法滿足，為了解決這個問題，人們在長期的工作實際中，通過大量的實踐驗證，選則使用合金調質鋼，在鐵碳合金中融入一些有益的合金元素，經過淬火加高溫回火的處理，使其獲得較好的綜合力學性能，所謂較好的綜合力學性能是指，在金屬材料多項性能指標中，如強度、彈性、塑性、韌性和硬度等，各項指標相互影響牽制，又有矛盾的因素。比如硬度提升任性就會降低。其中某一項性能不是最好，但所有各項性能都表現比較好。如合金調質鋼40Cr、40MnVB就是目前汽車連桿制造中普遍使用的金屬材料種類，這些材料屬于中碳鋼，調質后具有良好的機械性能，適用于高速受沖擊的零件。

二、變速箱傳動齒輪

汽車變速箱傳動齒輪是汽車動力傳動的重要環節，輪齒的嚙合點承受非常大的擠壓力和摩擦力，輪齒的齒根猶如懸臂梁的固定端，承受很大的彎曲應力，要保證齒輪經久耐用不容易損壞，就必須做到齒面具有很高的硬度，防止齒輪表面的磨損和齒面點蝕。同時要防止輪齒的疲勞折斷又必須具有良好的韌性。即表硬而芯韌。究竟如何才能滿足這些性能要求呢？這給我們的工作提出了很高的要求。我們必須合理選擇適用的金屬材料并采取恰當的熱處理方法，人們選用20CrMnTi等合金滲碳鋼采用表面滲碳，有效提高輪齒表面的碳當量，改整體淬火為表面淬火，并進行低溫回火的處理方法。這樣一來傳動齒輪齒面硬度提高了，增強了抗齒面點蝕和塑性變形的能力。而芯部保持原來較好的韌性，從而保證了輪齒的抗折斷能力。

三、發動機缸體

汽車發動機缸體僅從成性角度考慮，普通塑料都可以制作。可是氣缸體的工作條件非常惡劣。他既要承受燃燒過程中壓力和溫度的急劇變化，以適應活塞運動的強烈摩擦，因此，它必須具有足夠的強度和剛度，變形小，保證各零件的運動準確性，運轉正常，振動噪音減小。要具有良好的冷卻性能，在剛提的四周有冷卻水套，以便讓冷卻水帶走熱量。還藥耐磨，以保證氣缸體有足夠的壽命。因此，一般氣缸體的制作材料是灰鑄鐵或鑄造鋁合金。如HT200、ZL104等。

四、汽車彈簧

汽車上有很多彈簧類零件，這些零件對汽車的使用和運行具有重要影響。要保證汽車彈簧品質優良、經久耐用，必須合理選擇材料及熱處理方法。根據工作中的使用要求，制作彈簧的金屬一定保證較高的強度，優良的彈性和非常好的韌性。所以，工作中我們選用合金彈簧鋼 65Mn、 60Si2Mn等。材料確定以后，必須淬火并及時進行中溫回火處理，否則，無法得到需要的性能。

五、輕金屬合金材料密度小比強度高可以有效利用

另外，隨著汽車輕量化進程的不斷發展，目前汽車零件的制作材料，越來越多地使用了輕金屬材料，在機械工程領域，我們把密度小于5克/立方厘米的金屬稱為輕金屬。鋁合金、鎂合金的用量不斷加大。特別是在一些殼體類、支架類零件上，已逐步推廣使用。傳統使用的鋼鐵材料密度為7.87克/立方厘米，而鋁的密度為2.7克/立方厘米，鎂的密度為1.74克/立方厘米，所以有色輕金屬合金材料是我們汽車零件材料革新的有效方法。因為，很多有色金屬當中的輕金屬材料，其密度遠遠小于目前用量最大的鋼鐵材料，加入合金元素后，可以獲得非常好的機械性能，比強度很高。所以，我們應當加大該領域的開發力度。推出更多的新型材料。保證節能減排工作的順利進行。鋁合金目前是最佳的汽車的輕量化的用材，根據研究已經證明汽車零部件的極限鋁化率可高達50%，而目前我們的實際鋁合金使用比率距離這個指標相差很遠。這里存在多方面的原因，既有生產工藝方面的，也有材料資源的。以往除了在航空、航天領域外，由于考慮到制造成本，鎂合金更是很少在汽車領域推廣使用。而如今面對日益嚴峻的空氣污染，我們必須轉變觀念，調整思路，綜合考慮經濟效益和社會效益兩方面的因素。用長遠的眼光分析和解決問題。在材料研發上加大力度。進一步提高有色輕金屬合金材料使用比率。