汽车零件中金属材料的选择及热处理分析

庞立军

摘要：最近几年全国汽车工业迅猛发展，自主品牌异军突起，汽车逐步成为我国工业发展的支柱产业。汽车零件制作材料技术的进步发挥了巨大作用。为了使我国汽车工业一线产业工人进一步提高自身的工作能力，我在教学中强化了金属材料的选择及热处理的知识内容，以便提高学生今后工作的技术水平。

关键词：汽车零件 金属材料热处理汽车轻量化轻金属

随着我国汽车工业的快速发展，对汽车零件的制作材料提出了更高的要求。要想跟上现代工业发展的步伐，必须深入研究，科学探索。对汽车常用材料，特别是金属材料的性能及热处理工艺有一个全面的了解。一辆汽车大概3万多个零件，这些汽车零件数量庞大，类型各异，种类繁多，结构尺寸差异很大，用途也不尽相同。因此，对制造这些汽车零件的材料提出了各种不同的要求，其中，金属材料的选择尤为重要。目前，汽车常用材料中金属材料占比百分之七十以上。而金属材料又有许许多多不同的种类，因此。必须根据汽车零件的工作状况和金属材料的各种性能以及金属材料的热处理工艺进行综合考虑，做到科学有效。现在，以汽车发动机为例，对其中的零件做一个简单的分析。

一、发动机连杆

汽车发动机的连杆，从制作角度考虑，用木杆制作非常简便，重量轻，价格低。但它无法满足使用性能的要求，充其量只能作为一个模型。因为发动机连杆在工作中发挥着重要作用，它连接曲轴与活塞，要承受很大的爆炸冲机动力，对材料的强度、刚度和韧性等性能要求很高，并且质量要轻，惯性要小。一般的材料无法满足，为了解决这个问题，人们在长期的工作实际中，通过大量的实践验证，选则使用合金调质钢，在铁碳合金中融入一些有益的合金元素，经过淬火加高温回火的处理，使其获得较好的综合力学性能，所谓较好的综合力学性能是指，在金属材料多项性能指标中，如强度、弹性、塑性、韧性和硬度等，各项指标相互影响牵制，又有矛盾的因素。比如硬度提升任性就会降低。其中某一项性能不是最好，但所有各项性能都表现比较好。如合金调质钢40Cr、40MnVB就是目前汽车连杆制造中普遍使用的金属材料种类，这些材料属于中碳钢，调质后具有良好的机械性能，适用于高速受冲击的零件。

二、变速箱传动齿轮

汽車变速箱传动齿轮是汽车动力传动的重要环节，轮齿的啮合点承受非常大的挤压力和摩擦力，轮齿的齿根犹如悬臂梁的固定端，承受很大的弯曲应力，要保证齿轮经久耐用不容易损坏，就必须做到齿面具有很高的硬度，防止齿轮表面的磨损和齿面点蚀。同时要防止轮齿的疲劳折断又必须具有良好的韧性。即表硬而芯韧。究竟如何才能满足这些性能要求呢？这给我们的工作提出了很高的要求。我们必须合理选择适用的金属材料并采取恰当的热处理方法，人们选用20CrMnTi等合金渗碳钢采用表面渗碳，有效提高轮齿表面的碳当量，改整体淬火为表面淬火，并进行低温回火的处理方法。这样一来传动齿轮齿面硬度提高了，增强了抗齿面点蚀和塑性变形的能力。而芯部保持原来较好的韧性，从而保证了轮齿的抗折断能力。

三、发动机缸体

汽车发动机缸体仅从成性角度考虑，普通塑料都可以制作。可是气缸体的工作条件非常恶劣。他既要承受燃烧过程中压力和温度的急剧变化，以适应活塞运动的强烈摩擦，因此，它必须具有足够的强度和刚度，变形小，保证各零件的运动准确性，运转正常，振动噪音减小。要具有良好的冷却性能，在刚提的四周有冷却水套，以便让冷却水带走热量。还药耐磨，以保证气缸体有足够的寿命。因此，一般气缸体的制作材料是灰铸铁或铸造铝合金。如HT200、ZL104等。

四、汽车弹簧

汽车上有很多弹簧类零件，这些零件对汽车的使用和运行具有重要影响。要保证汽车弹簧品质优良、经久耐用，必须合理选择材料及热处理方法。根据工作中的使用要求，制作弹簧的金属一定保证较高的强度，优良的弹性和非常好的韧性。所以，工作中我们选用合金弹簧钢 65Mn、 60Si2Mn等。材料确定以后，必须淬火并及时进行中温回火处理，否则，无法得到需要的性能。

五、轻金属合金材料密度小比强度高可以有效利用

另外，随着汽车轻量化进程的不断发展，目前汽车零件的制作材料，越来越多地使用了轻金属材料，在机械工程领域，我们把密度小于5克/立方厘米的金属称为轻金属。铝合金、镁合金的用量不断加大。特别是在一些壳体类、支架类零件上，已逐步推广使用。传统使用的钢铁材料密度为7.87克/立方厘米，而铝的密度为2.7克/立方厘米，镁的密度为1.74克/立方厘米，所以有色轻金属合金材料是我们汽车零件材料革新的有效方法。因为，很多有色金属当中的轻金属材料，其密度远远小于目前用量最大的钢铁材料，加入合金元素后，可以获得非常好的机械性能，比强度很高。所以，我们应当加大该领域的开发力度。推出更多的新型材料。保证节能减排工作的顺利进行。铝合金目前是最佳的汽车的轻量化的用材，根据研究已经证明汽车零部件的极限铝化率可高达50%，而目前我们的实际铝合金使用比率距离这个指标相差很远。这里存在多方面的原因，既有生产工艺方面的，也有材料资源的。以往除了在航空、航天领域外，由于考虑到制造成本，镁合金更是很少在汽车领域推广使用。而如今面对日益严峻的空气污染，我们必须转变观念，调整思路，综合考虑经济效益和社会效益两方面的因素。用长远的眼光分析和解决问题。在材料研发上加大力度。进一步提高有色轻金属合金材料使用比率。