汽车底盘常用金属材料机械性能研究

汽车底盘常用金属材料机械性能研究目前汽车底盘材料中比较常用的金属材料包括合金钢、铸铁以及
铝合金材料。

本文通过相关参考文献的调研，对汽车底盘金属材料中
的钢铁材料以及铝合金材料的力学性能及使用现状进行了深入的分析。

首先主要介绍了等温淬火球墨铸铁，这种材料因其优异的综合力学性
能在汽车底盘零部件方面取得了比较广泛的应用；其次重点介绍了使
用在汽车底盘6000系列铝合金材料，分析了Al-Mg-Si合金的研究现状。

目前汽车底盘各部件的材料主要包括了传动部件、行使部件、转
向部件以及制动系统部件。

传动部件中的离合器片采用的是玻璃纤维
以及石墨加金属粉末压制而成，或者是经过调质处理的合金钢材。

变
速器外壳通常采用铸铁及合金钢；万向传动装置的材料一般为灰铸铁。

在行使部件中的车架一般使用碳素钢，车桥采用灰铸铁或者优质碳素钢；在转向部件中，采用优质碳素钢或者铸铁来制造转向横拉杆，合
金调质钢用在转向节。

制动系统中的轮缸所用材料为铸铁，制动管路
的材料为铸铁。

本文通过大量参考文献的调研与分析，研究了汽车底
盘常用的金属材料的力学性能们主要包括了合金钢、球铁以及铝合金
部件。

等温淬火球铁材料的力学性能
等温淬火球墨铸铁具备很高的强度和韧性，十分适合用作汽车零
部件，国外已经广泛使用这种球墨铸铁制造传动齿轮以及底盘零件。

在欧美等发达国家的等温淬火零部件的使用量达到了50%以上，其中又以底盘零部件为主，如表1所示。

表1 等温淬火球墨铸铁在欧洲与美国市场中的应用
等温淬火球墨铸铁通过加入合金元素使得原有的铁素体与珠光体转变为针状的铁素体与富碳的奥氏体组织。

正是由于这种显微组织，使得这种材料具备优异的力学性能。

与合金钢材相比，比强度高、低能耗、产生的噪音比较小，具备较好的断裂韧性，同时还具备着普通灰铸铁优异的力学性能。

在金属材料断裂的过程当中，通常根据断口的形貌分为韧性断裂和脆性断裂，对于汽车底盘零部件而言，这一类型金属材料的断裂方式必须为韧性断裂，所以等温淬火球墨铸铁的断裂方式一般为韧性断裂，在保证具备较高强度的同时，还具备了良好的塑韧性。

对于汽车底盘材料而言，不仅要求具备较高的强度，还要有良好的塑性和韧性。

汽车底盘常用的金属材料的性能见表2。

表2 汽车底盘常用金属材料的力学性能
经过喷丸表面处理以后的等温淬火球墨铸铁的抗弯强度提高了40%以上。

2.汽车底盘铝合金材料
汽车底盘常用的铝合金材料主要包括了铸造铝合金以及热处理强化形变铝合金。

铸造铝合金材料具备冶炼工艺比较简单，铸造工艺性能优良，力学性能良好从而受到汽车制造业的广泛关注。

目前汽车底盘产用的铝合金材料为6000系列铝合金。

6000系列的铝合金的锻造性
能比较好，在进行热力锻造的过程当中，铝合金型材表面并没有氧化皮，锻造余量较少，铝合金的耐腐蚀性较好，并没有应力腐蚀开裂的
现象。

在制造汽车底盘材料的铝合金比较典型的牌号就是6061铝合金。

6000系列铝合金在制造汽车底盘、摇臂以及控制臂等汽车关键零部件
方面具备较大的优势。

上海交通大学研究了Al-Mg-Si合金，向该合金
中添加了相关晶粒细化的元素。

固溶时效以后得到的力学性能如表2
所示。

表2 Al-Mg-Si合金材料参数
2022年美国福特汽车公司开发了SG112-T4Al合金，这种合金就是在铝中加入了1%Si和0.5%左右的Mg元素。

这种铝合金在冷加工以前
其强度为110MPa，比一般的铝合金低30MPa，但是在喷漆一小时后强
度增加到210MPa，强度提高一倍，超过了铁的强度。

该合金的烤漆温
度与钢板相同均为180℃，而传统铝合金的烤漆温度均在200℃。

尽管6000系列铝合金的价格是钢管的2倍，但是每辆车的外壳可以降重50%左右。

通过优化6000系列合金的化学成分和各种加工工艺，研制出性
能更强的6000系列车身用铝合金，例如超塑性铝合金。

通过改变热处
理工艺，提高6000系列铝合金的使用系能，欧美等发达国家的材料工
作者开展了旨在提高了合金综合性能的固溶+时效+再时效处理技术的
研究，将来6000系列的铝合金T6处理可以改为RRA处理，目的是为
了在晶界分布的连续链状析出相改变为不连续的非共格析出相。

Al-
Mg-Si合金中Cu含量的增加会降低合金的抗腐蚀性能，同时合金的峰
值硬度和抗拉强度也会呈现不同程度的升高。

德国的汽车制造商为了
控制钢板的抗腐蚀性能，要求Cu元素的含量要低于0.1%。

但是北美汽
车制造商为了进一步提高铝合金板材的强度，添加的铜元素的含量达
到了0.7%，研制出了AA6111合金。

目前汽车底盘材料中比较常用的金属材料包括合金钢、铸铁以及
铝合金材料。

本文通过相关参考文献的调研，对汽车底盘金属材料中
的钢铁材料以及铝合金材料的力学性能及使用现状进行了深入的分析。

首先主要介绍了等温淬火球墨铸铁因其优异的综合力学性能在汽车底
盘零部件方面取得了比较广泛的应用；其次重点介绍了使用在汽车底
盘6000系列铝合金材料，分析了Al-Mg-Si合金的研究现状。