底板材质的区别

06-7-12 14:51| 发布者: admin| 查看: 4298| 评论: 0

小弟发现车辆的底盘材料基本为铝合金制,但有的是7075 T6铝,有的是6061 T6铝,有什么区别?哪个好? 小弟查了些资料,与大家共享: 材料的常用知识 　首先了解一下金属材料的常用语。 应力以及变形 (1).应力的定义=σ=负荷/断面积 (即：单位面积上所能承受的重量) 虽然负荷大，但是可以增加厚度来降低断面积上的应力。 (2).受应力之后，用于车架的材料会变形。其变形可分为弹性变形和塑性变形。弹性变形：虽然变形，但是除去应力后恢复原状。塑性变形：变形后除去应力也无法恢复原状。 (3).弹性率：弹性率所指的是像弹簧一样变形的材料的低抗程度。弹性率高的材料硬，承受负荷后变形也少；弹性率低的材料较软，承受负荷后变形较多。弹性率以杨氏弹性模量来表示。数据越大弹性率越高。下表为各种材料的杨氏弹性模量。用在自行车上的材料杨氏弹性模量(GNm^-2) 铬钼钢 (低合金钢) 200-207 铝合金 69-79 钛 116 钛合金 80-130 碳纤 70-200 镁合金 41-45 从上表可知铬钼钢的弹性率最高，镁合金的弹性率最低。弹性率将决定材料刚性的强弱，对车来说该数据是很重要的。屈服强度、拉伸强度屈服强度：是弹性变形的极限，也叫屈服点。增加应力到一定程度时成为塑性变形，也就是变弯了。拉伸强度：指的是增加应力到一定程度时不单是成为塑性变形，还被拉断。 材料的拉伸强度 材料拉伸强度(（MPa，N/mm＾２） SCM415 (铬钼钢) 834以上 6061 (6000系铝合金) 无热处理的场合 100以上有热处理的场合(T6) 246以上 7005 (7000系铝合金) 有热处理的场合(T6) 345以上 7075 (特超硬铝，飞机合金) 无热处理的场合 230以上有热处理的场合(T6) 597以上 CPTi (纯钛) 有热处理的场合(T6) 597以上用的较多的纯钛为如下： PTT800 800 Grade4 588～753 UTT75 753 3-2.5Ti （３％Al－2.5V Ti合金） 685以上 6-4Ti （６％Al－４V Ti合金）有热处理的场合(时效) 1160 无热处理的场合 980 密度　密度是单位体积的重量。密度是决定车架的重量时重要因素之一。设计轻的车架时不可勿视的数据。但是密度小不等于车架轻。材料密度（g/cm＾3）铬钼钢(低合金钢) 7.9 铝合金 2.6-2.9 钛 4.5 钛合金 4.3-5.1 碳纤 (CFRP) 1.5-1.6 镁合金 1.7 　从上表可知铬钼钢密度最高，镁合金最低。密度低的话，可以制作轻车架，假若这样认为的话只讲对了一半。还要老虑拉伸强度、弹性率等因素。虽然密度低，但是强度不够的话也不行，密度低1/3不等于重量也轻1/3。铝合金（Al-Mg-Si, Al-Zn-Mg-(Cu)）用铝合金制作的车架,轻而价格低是它的优点。但是从「轻」来说，当前与铁素材比较相差并不大。老车手对它的反应是「虽轻但易弯曲　」。虽然经过多次改进，但是始终克服不了杨氏弹性模量低的缺点。最近的铝合金车架，为了提高杨氏弹性模量，对铝管进行热处理等，制造出轻而有刚性的车架，这种最新的铝合金车架对车手来说，具有足够的轻量与刚性。铝合金是纯铝中加入Mg，Zn，Si，Cu等金属的合金。铝本身具有轻量、可塑性好、耐腐蚀等优点，加入其他金属后显著提高了机械性能。使用的铝合金多数为6000系（Al-Mg-Si）和7000系（Al-Zn-Mg-Cu)两种，经过热处理(铝耐高温，在高温下能改变性质)可以制成名种各样的材料。 6000系被认为是耐腐蚀、强度好、焊接性也好的材料。下表表示使用最多的6061合金的机械强度。 7000系是铝合金中最强的材料。尤其是7075是特超硬铝(制造飞机的材料)，但是它的焊接难度大，耐腐蚀性差(会发白)等。下表表示使用最多的7005和7075合金的机械特性。表中的有关热处理以如下数字来表示： -0：完全退火 -T5：人工时效(无溶体化处理) -T6：溶体化处理后人工时效 -T7：溶体化处理后稳定化处理 -T8：溶体化、硬化加工、人工时效 6061合金的机械特性热处理伸长强度(MPa) 耐力(MPa）伸长（％）剪断强度(MPa）布氏硬度疲劳强度(MPa） T5 190 148 12 119 60 67 T6 246 218 12 155 73 67 T83 260 246 11 155 82 - 7005，7075合金的机械特性合金名称热处理伸长强度(MPa）耐力(MPa）疲劳强度(MPa）伸长（％）E(GPa） 7005 T53 345 305 130(7003) 10 74(7003) 7075 0 230 107 163 17 74 T6,T651 597 526 163 11 74 ●铝合金车架的优点 (1).可以制作重量轻的车架铝的比重轻但不够硬，为了增强强度把它制成合金并施予热处理。热处理采用时效析出增强法，简单地说，在金属内形成一种妨碍金属变形的物质。在某种高温下进行热处理时，会引起时效析出，若没有经过这个程序的车架，也会引起常温时效。就是说把车架放置在房间内也会逐渐变强。许多铝合金制车架用6061T6材料来制造。T6标志表示经过热处理、时效。若没有热处理的话强度只能达到1/2，或者1/5的程度。有7075标志的车零件，严格来讲没有经过热处理。也就是说因没有时效，因此是常温时效。7075合金本来就必要进行热处理，通过热处理其强度可以增加5倍。 (2)长时间使用外观不怎么变化铝本身是很容易受腐蚀的金属，在空气中几乎不存在没有被氧化的铝，放置在空气中马上被氧化而形成很薄的氧化膜。为什么不生锈呢？原因是该氧化膜达到一定的程度时防止继续生锈。该氧化膜几乎是无色因此外观上不容易发现变化(有时会发白)。这种材料制造的车，使用次数越多，应力发生的次数也高，强度也显著引起变化。近来为了谋求轻量，许多车架使用薄料来制作(薄的程度已达到极限)。这些都是使用没有疲劳极限的铝合金来制作车架，到底长时间使用后强度变化将是如何呢！根据公开的数据，能提高140%。疲劳破坏是在金属表面上所发生的裂缝为起因，因此用硬化加工技术来提高金属表面的硬度。 ●铝合金车架的缺点 (1).铝是弹性率及刚性低的材料。 (2).需要进行热处理必需进行热处理，否则强度不够。尤其是6000系的铝合金。碳纤维(CERP) 碳纤维车架的特征是「轻、不弯曲、冲击吸收性好」，但是，充分发挥碳纤维的优异性能，在技术上看起来不是那么容易，各碳纤维材料厂家之间的品质差异也较大。考虑到成本问题，不大可能使用高等级的碳纤维来制作车架。虽然存在上述的现实问题，但是碳纤维车架还是具有其它素材所没有的优点，可以制造轻量车。碳纤维是把碳纤维用树脂凝固成形的东西。非常轻，但它是具有方向性的材料(拉伸强但容易断)，因此采用把薄料层层重叠的方法来解决缺点。 ●碳纤维车架的优点 (1).可以制作重量轻的车架碳纤维车架是把碳纤维对着发生应力的方向层层叠而得到强度。碳纤维车架非常轻，这是它的密度和强的拉伸强度构成的。 (2).冲击吸收性好利用它的吸收冲击力优异的性能，但是各个厂家之间的品质差异较大，有的很硬，因此这种车架使用后才能知道好或者不好。 (3).可以制造各种形状的车架碳纤维的基本成型方法是，在模具上铺上纤维片然后流入树脂并烧固。可以制成各种形状的车架。 ●碳纤维车架的缺点 (1).复杂的应力计算构成碳纤维车架的是碳纤维，它的特点是拉伸强度强，但剪断强度弱，加工时需要进行复杂的应力计算(纵刚性、横刚性)，根据计算把碳纤维片重叠成型。加工技术各厂家各异，应选择有经验而可靠厂家的制品是很重要的。 (2).难于更改尺寸由于作好模具后成型，难于更改尺寸。 (3).老化？使用树脂因此会不会老化？这是一个存在的课题，它放置在阳光下时会逐渐变白。当然这种现象关系到厂家的技术。最好不要放置在阳光下。理想的车 ●材料的选择已经介绍了几种材料，总地来说，要轻的是铝制的，冲击吸收性最好的是碳纤。钛合金制的上述各种性能都不是最好的，但是为什么对它感兴趣呢？因为它是有前途的金属。 ●铝是没有疲劳极限，为了降低应力应该增加厚度。但是为了单纯地谋求轻薄，使用强勒的新合金来制作车架。从外观来看这些制品使人引起很不错的错觉，但是疲劳寿命将是如何呢？铝的薄壁程度已经到了极限，不可能再薄下去。进一步来说，车摔时，因它塑性变形量少，破断时很可能发生一口气的脆性破坏。 ●碳纤维制车是有前途的，通过应力计算会找到最适合的加工条件。另外是信心问题，假若厂家应该提供可信赖的割裂、耐用等数据时，需要量会增加。 ●钛还有发展的余地，钛必定会夺去铝的"轻量王"的宝座。将来最理想的是钛制车？选择的钛合金是下述的β合金Ti-15Mo-5Zr-3Al (在TI中添加15%的Mo，5%的Zr，3%Al)。其他材料如镁、不锈钢等不在此记述。这些材料也许将来会有新的突破也说不定。在此例出各素材的拉伸强度，从下表可知笔者所选的钛合金是多么优秀。合金名称拉伸强度（MPa）伸长（％） PTT800(纯Ti) 800（通常纯Ti为550）＞18 Ti-3Al-2.5V 685 ＞20 Ti-6Al-4V 1160 10 SCM415 ＞830 ＞16 Ti-15Mo-5Zr-3Al 1470 14