金属加工技术

浅析汽车结构用钢

0511xq.com   2018年06月20日

  

  要制造一辆汽车,我们需要钢铁材料、有色金属、复合材料、玻璃、橡胶等许多不同的材料,但为何要单单来讲钢铁呢?因为钢铁材料在不同车型中占到了汽车自重的65%—85%,不论是汽车的外壳还是它的心脏,处处可见钢铁材料的身影。

  汽车用钢主要分为两类:一种是汽车车身用钢,它构成了汽车的外壳和骨架;一种是汽车用合金结构钢,它是构成汽车发动机、传动系统、悬架系统等的核心材料。接下来,我们为大家详细介绍。

  一、汽车车身用钢

  我们先来看汽车车身用钢。承载式车身,整个车身是一体的,钢铁组成了他的骨架,而发动机、传动系统、前后悬挂等部件都装配在这幅骨架上。下图是车身结构图。我们从外而内逐一分析。

  

  1. 汽车车身外板用钢

  汽车车身外板用钢主要用于制造前、后、左、右车门外板、发动机罩外板、行李箱盖外板等零件。它应具有很好的成形性、抗腐蚀性、抗凹性和良好的电焊性。汽车车身外板多用镀层板,以满足防腐要求,为了提高抗凹性,多用烘烤硬化钢、高强IF钢以及高成形性的冷轧退火双相钢(如DP450)。镀层板多用热镀锌板、热镀锌铁板、电镀锌板、电镀锌-镍板等。

  2. 车身内板用钢

  透过汽车外板,我们可以看到车身内板的零件形状更为复杂,这要求车身内板用钢应具有更高的成形性和深冲性能,因此车身内板多用冲压成形性和深冲性能优良的IF钢,少量用高强IF钢,其镀层要求与外板类同。

  3. 汽车的车身结构件

  再往里,我们可以看到汽车的车身结构件,如下图所示。它与汽车的安全和轻量化息息相关。因此选材需要既有高强度,又有高塑性。先进高强度钢(AHSS)由于具有较好的强塑性结合、良好的碰撞特性和更高的疲劳寿命,多被用在车身结构件上。比如它在前、后保险杠骨架以及A柱、B柱等重点部位得到了广泛的应用,在发生撞击时,尤其在正面和侧面撞击时,可有效减少驾驶舱变形,保护驾乘人员的安全。先进汽车高强度包括双相钢、马氏体钢、相变诱导塑性钢、复相钢、淬火延性钢。典型的力学性能见文末附表1所示。

  二、汽车用合金结构钢

  了解了汽车的外壳和骨架用钢,我们继续来了解下隐藏在车身内部的汽车用合金结构钢。主要包括:轴类用调质钢和非调质钢、齿轮用钢、各种弹簧用钢以及各类高强度标准件用钢。

  1. 轴类用调质钢和非调质钢

  在您爱车上,各种各样的轴可是大功臣。只要汽车开始运转,它们便承受很大的应力。前轴承受弯曲疲劳应力,曲轴承受弯曲和扭转复合应力,传动轴承受扭转疲劳应力,连杆承受非对称拉伸和压缩应力……为了让它们健康安全地工作,轴类用调质钢通常含有一定合金元素,既保证淬透性(一种确保零件截面各部分强度满足其零件的要求的能力),又提高冲击韧性。目前,曲轴用调质钢有40Cr、42CrMo等,汽车半轴常用S45C、SCM4、SCM6、SAE1045等,汽车连杆多用调质钢40Cr、S48C。非调质钢12Mn2VBS、35MnVN等也在转向节、发动机连杆中得到了广泛应用。

  

  

  2. 齿轮用钢

  齿轮也是汽车上重要的传递动力的构件,齿轮钢的性能要求为:高的压溃抗力和抗点蚀剥落能力;良好的耐冲击能力和弯冲能力;合适的淬透性和硬化层深度及心部硬度;良好的工艺性能及切削加工性;以及变形和尺寸稳定性。齿轮钢有SCM420、SCM822等Cr-Mo系列、Cr-Ni-Mo系列及Ni-Mo系列。

  3. 弹簧用钢

  弹簧在汽车上用量大、品种多,是一个基础结构件,主要用途为悬架用弹簧钢和气门弹簧钢,在轻型或重型货车中,弹簧悬架的用量一般为100-500kg。弹簧钢的性能要求为:高的弹性极限和松弛抗力,良好的淬透性和合适的淬硬性,高的断裂韧性和应变疲劳寿命,良好的冶金工艺性能和成形性,一定的耐磨性和抗蚀性。目前悬架弹簧用钢主要有:Si-Mn系、Mn-Cr系、Cr-V系、Mn-Cr-B等。

  4. 各类高强度标准件用钢

  近年来,高强度标准件在汽车应用也逐渐增多,铆螺用钢便是其中一种,它要求良好的工艺性能、切削加工性、强度性能、疲劳性能及高强度下的延迟断裂能力等,我国开发的ADF1便是用于制造14级高强度螺栓用钢。

  看到这里,大家对汽车结构用钢一定有了初步的了解。一辆汽车上,不同的部位,不同的结构需要根据它的服役要求采用特定性能的钢种。有机会,欧冶学院将会带大家继续探秘这个神奇的汽车结构用钢世界。

  附表1 先进汽车高强钢的典型力学性能

  双相钢

  

  马氏体钢

  

  相变诱导塑性钢

  

  复相钢

  

  淬火延性钢

  

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