使用ADI材料制作汽車前軸梁項(xiàng)目.doc

使用ADI材料制作汽車前軸梁項(xiàng)目一、汽車前軸梁制造現(xiàn)狀汽車前軸梁是汽車底盤上最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)件，它上面不僅承擔(dān)著整個車頭的全部重量，還要承載車箱部位分配過來的部分重量，并將這些重量經(jīng)前軸梁的兩端傳遞到車頭部兩邊的車輪上。汽車行駛時，發(fā)生的顛簸震蕩、因拐彎和道路斜面的側(cè)傾以及加減速時的附加沖擊力等，前軸梁無疑都是要參與承負(fù)的主要構(gòu)件之一。因此，無論設(shè)計(jì)或是制造，前軸梁均是汽車生產(chǎn)中最須關(guān)注的關(guān)鍵件，因?yàn)樗P(guān)系到汽車運(yùn)行的安全。前軸梁因受力和安裝有關(guān)零部件的需要，其結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，對材料的性能要求極高。通常用強(qiáng)度、韌性都好的40Cr或42CrMo等優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼制造，且要經(jīng)過嚴(yán)格的熱處理。目前國內(nèi)外都用模鍛加焊接的方法成形。由于前軸梁屬長大部件，鍛造它需要大型鍛機(jī)，這種超大的重型機(jī)械，是一筆很大的投資。前軸梁的主截面成工字型，各處附有不同方向的板、柱、管、孔等。主體部分模鍛時需要使用多套模具，多次鍛造，逐步成形。每鍛造一次，就要重新加熱一次，也必然會在高溫下氧化一次（每次脫落一層氧化皮），不僅加熱耗能多，材料燒損也大。更重要的是，整套模具只能鍛造2000件工件，而模具的制造費(fèi)用十分昂貴，一種前軸梁的全套模具費(fèi)約一百多萬元。由于前軸梁上各種附屬的塊件無法隨主體部分一起模鍛成型，這就必然需要另行焊接上去，而主體件為中碳的合金鋼，中碳鋼的焊接性能不好，這又增加了焊接時的制造難度，不僅需要高級焊條，還得采取高、嚴(yán)手段（包括焊縫的熱處理）確保焊接質(zhì)量。二、用ADI材料制作前軸梁的可能性 ADI的名稱叫等溫淬火球墨鑄鐵，是上世紀(jì)八十年代世界上開始發(fā)展起來的一種性能特別優(yōu)良的球墨鑄鐵。作為全新應(yīng)用材料，它是當(dāng)代高科技的產(chǎn)物。國際上統(tǒng)稱為ADI (Austempered Ductile Iron) 意即“奧氏體化等溫淬火球墨鑄鐵”，或簡稱“等淬球鐵”。 ADI的強(qiáng)度、韌性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通球鐵，可以達(dá)到甚至超過20CrMnTi、40Cr、35CrMoA等優(yōu)質(zhì)合金滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼和表面淬火鋼。但它同時又是球鐵，因此它同時又具有球鐵的一切優(yōu)良而為鋼材所不具備的其他性能。由于其組織中有大量石墨球的存在，在切削加工、接觸運(yùn)動和交變應(yīng)力作用時有自潤滑、減震及阻礙微裂紋發(fā)展等作用，就使其易于加工、運(yùn)行噪音低、接觸疲勞強(qiáng)度高、抗點(diǎn)蝕能力強(qiáng)、減摩耐磨性好及對缺口敏感性低等。ADI基體組織中有大量高碳?xì)堄鄪W氏體存在，這種組織在250以下非常穩(wěn)定，不會因其分解而影響工件的性能和尺寸精度。其工作時在接觸應(yīng)力作用的表面極薄層范圍內(nèi)則有應(yīng)力強(qiáng)化作用發(fā)生，即在應(yīng)力作用下，表面薄層中的殘余奧氏體會逐漸分解成穩(wěn)晶或微晶馬氏體，使表面層硬度和綜合機(jī)械性能大大提高，由此也就同時又增強(qiáng)了耐磨性和其他性能。ADI生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)首先是鑄造，其化學(xué)成份特別嚴(yán)格，必須使用電爐冶煉，采用高水平的鑄造工藝確保球鐵組織中的石墨球徑細(xì)?。?8級），球化優(yōu)良（12級），并應(yīng)絕對避免氣孔、夾渣、夾砂、縮孔、疏松及成份偏析等鑄造缺陷的發(fā)生。ADI的技術(shù)關(guān)鍵其次是熱處理。工件熱處理的工藝特別嚴(yán)格。因ADI的性能、金相組織和熱處理工藝指標(biāo)相互之間的敏感性極強(qiáng)，故必須具有高水平的技術(shù)裝備和操作條件才能保證產(chǎn)品質(zhì)量。我國對ADI有國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T247332009規(guī)范了其各項(xiàng)性能指標(biāo)。如牌號為QTD9008的ADI其抗拉強(qiáng)度在900820MPa時，其延伸率在84%；牌號為QTD10506的ADI其抗拉強(qiáng)度在1050970MPa時，其延伸率在63%。工件壁厚越薄，強(qiáng)度和韌性都同時越好。美國對ADI規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)（商用指標(biāo)）比我國要高。如和中國上述兩牌號相對應(yīng)的牌號為ASTM897M90065009的ADI抗拉強(qiáng)度達(dá)到966MPa，延伸率達(dá)到11%；牌號為ASTM897M105075007的ADI抗拉強(qiáng)度達(dá)到1139MPa，延伸率達(dá)到10%。當(dāng)然，均為薄壁工件。前軸梁常用的材料是40Cr或42CrMo，40Cr調(diào)質(zhì)（淬火加高溫回火）后的性能為抗拉強(qiáng)度980MPa，延伸率9%；42CrMo調(diào)質(zhì)后的性能為抗拉強(qiáng)度1080MPa，延伸率12%。如降低回火溫度，使強(qiáng)度增加，延伸率就會降低。我公司試制厚壁的ADI大型鐵路機(jī)車傳動齒輪，經(jīng)過國家權(quán)威部門的嚴(yán)格測試，抗拉強(qiáng)度1260MPa時，延伸率10.4%；抗拉強(qiáng)度1270MPa時，延伸率8.7%；沖擊值在102149（J），平均超過130J。美國相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)是ASTM897M120085004，其抗拉強(qiáng)度為1311MPa，延伸率為7%，沖擊值為93J。顯然，我公司試制品的延伸率和沖擊值都超過美國較多，抗拉強(qiáng)度與美國的接近。但美國是薄壁，我公司是厚壁。如若我公司也做成薄壁的，其各項(xiàng)性能一定會超出美國的更多。即使以美國的ADI商用指標(biāo)制作前軸梁，其強(qiáng)度、韌性都超過了40Cr，強(qiáng)度也超過了42CrMo，韌性與42CrMo接近。由于前軸梁為薄壁構(gòu)件，與火車機(jī)車的厚壁傳動齒輪有很大不同，故薄壁的前軸梁鑄件的性能定會比厚壁的齒輪件優(yōu)越得多，因此，我公司將來如果生產(chǎn)ADI前軸梁，確保其安全可靠性是完全有把握的，其強(qiáng)度和韌性只會比40Cr或42CrMo好。三、用ADI材料制作前軸梁的優(yōu)越性用ADI材料代合金鋼制作前軸梁就目前所知，至少有以下優(yōu)點(diǎn)：1、ADI組織中存在有大量的均勻分布的球狀石墨，這種石墨球邊緣光滑，相當(dāng)于在金屬基體上均布著密密麻麻的無數(shù)光潔的微小空洞，此類微洞因周邊光整不會對基體產(chǎn)生切割性破壞。相反，如果基體上有微裂紋發(fā)生，則裂紋的尖細(xì)前端遇到空洞就會被阻止而停止發(fā)展。如同紗布上的剪口較密實(shí)布匹上剪口不易被撕開是一樣的道理。正是因?yàn)檫@個特性，在相同強(qiáng)韌性的條件下，ADI對缺口的敏感性遠(yuǎn)比合金鋼低得多，它有著很強(qiáng)的阻礙微裂紋發(fā)展的作用。這對受力復(fù)雜的前軸梁，尤其是極為寶貴的性能。2、基于上述同樣的“孔洞效應(yīng)”，ADI組織也具有吸收震動波、阻止震動傳播的功能，因此ADI的減震、抗震性能遠(yuǎn)比合金鋼構(gòu)件好。這對前軸梁的使用來說，無疑也是極其寶貴的特性。3、前軸梁上要安裝各種零部件，加之整梁各部位有著承力方向、大小不同的需要，因此其結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。如前面所敘，用鋼材制作，除多次模鍛外，還需用焊接拼裝，制造過程特別繁瑣，程序多，工藝流線長，要保證各局部小構(gòu)造的準(zhǔn)確定位，還得上配裝用的工模夾具。如果用ADI制作，只須一次性鑄造成型，視精度要求，可采用半精密甚至精密鑄造，不僅鋼件制造的諸多麻煩均可避免，而且結(jié)構(gòu)精度遠(yuǎn)比鋼件高得多。4、可充分發(fā)揮鑄造方便的優(yōu)勢，對前軸梁上需要改善受力狀況的細(xì)微部位可能加上斜塊、拉筯、補(bǔ)強(qiáng)板、凸臺等什么的，都能視需要任由修改。這種修改，只要能使前軸梁的承力更優(yōu)化，更合理，即使結(jié)構(gòu)上再復(fù)雜一些，也不會增加幾多鑄造上的成本。另外，還可根據(jù)金屬切削加工的需要，在梁上增鑄加工時方便夾持、定位、測量等用的附屬結(jié)構(gòu)，加工完后或切除（切鑄鐵比切鋼容易），或保留，這些也都不會增加太多的造價。5、ADI材料的切削加工比鋼材容易，只要選擇合適的刀具，加工時不需要潤滑，加工費(fèi)用比鋼件便宜。6、ADI的比重比鋼件小10%，因此可減輕整車的重量。7、模鍛的模具昂貴，而鑄模便宜，制造容易。生產(chǎn)多種類、型號各異的前軸梁時，更能在模具投資上體現(xiàn)ADI的優(yōu)越性。8、ADI經(jīng)退火和等溫淬火后，形狀固定，不再變形，能長期保持其結(jié)構(gòu)和尺寸上的精度。而鋼構(gòu)件的穩(wěn)定性差，在長期使用中變形的可能性較大。四、用ADI材料制作前軸梁的可行性由于ADI是問世不太久的新型材料，對它認(rèn)識和了解的人不是很多，因此它的使用范圍還不是太廣。但因其優(yōu)越的性能，已被越來越多的有識之士大力推廣應(yīng)用。我國長春一汽在汽車制造中已成功地將ADI用于多種零部件上，幾年前又開展了對前軸梁用ADI試制的攻關(guān)研究，取得了非常好的效果，積累了成熟的經(jīng)驗(yàn)。我公司通過試制火車機(jī)車上的大型ADI傳動齒輪，也獲得了成功的經(jīng)驗(yàn)。公司擁有先進(jìn)的鑄造、檢測、加工裝備，也與中美合資的先進(jìn)熱處理企業(yè)確立了良好的合作關(guān)系。今后如果大批量生產(chǎn)ADI產(chǎn)品，公司還可自已裝備現(xiàn)代化的熱處理生產(chǎn)線。公司如果開發(fā)ADI前軸梁，一定會與中國先進(jìn)的汽車制造廠家合作，試制的產(chǎn)品接受用戶包括臺架試驗(yàn)在內(nèi)的各項(xiàng)最嚴(yán)格的檢測，只有產(chǎn)品的質(zhì)量完全達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的