摘要:赛车的车架和使发动机保持最高转速的锻造部件是由铬钼钢制成的。尽管这些牌号已经使用了几十年,并且新材料的开发层出不穷,但这些铬钼钢仍然是关键应用的首选材料。对于以获胜为终极目标的赛车队而言,钼是至关重要的因素。
在发明机动车之后仅仅几年,就举办了第一次公路赛车。此后赛车很快成为一项有组织的体育赛事,并有了专用的赛道。目前赛车比赛项目很多,例如方程式赛车、泥道赛车、直线加速赛、卡丁车赛车和使用防滑钉轮胎的冰面赛车等。不过,可能没有一种流行的赛车形式像改装车赛车运动那样拥有丰富多彩的历史。
改装赛车的诞生
改装赛车的起源可以追溯到美国禁酒令时代。在法令生效后不久,地下酒吧开始盛行。地下酒吧的老板们求助于农村地区特别是南部农村的非法酿酒商来蒸馏酒,然后需要私酒贩子来运送。私酒贩子开发了一个由司机组成的分销网络,司机使用自己的车辆偷运私酒,躲避当局的追查。司机改装了他们的“储存”汽车,设法提高汽车速度、改善操控并扩大储酒空间。随之而来的这种与警察之间的猫捉老鼠游戏,促使他们不断提高汽车的性能,同时保持汽车外观不变,避免被警察抓到。大禁酒运动于1933年结束,但是,私酒贩子对速度的激情在有组织的汽车比赛中找到新的出口。到了1947年,改装赛车比赛已经非常流行,参赛者们成立了一个有标准化的规则、有官方赛程的正规管理机构--全国赛车联合会(NASCAR)。NASCAR 赛车是美国最受欢迎的观赏性运动之一。
获得竞争优势当今的设计工程师们,追随前辈的足迹,不断努力在赛道上取得优势。无论关注对象是顶级的NASCAR、一级方程式赛车还是由地方赞助商支持的直线加速赛车队。所有车队都面临同样的问题,并努力以能够为团队带来竞争优势的方式解决这些问题。他们使用了多种材料使汽车更快、更坚固、更轻、更符合空气动力学,最重要的是,安全!
没有一种材料可以满足赛车每个部件的全部要求。但是,AISI(美国钢铁协会)41xx牌号的含钼合金钢所具有的一系列独特性能可以应对许多应用的挑战,这些特性包括强度、韧性、焊接性能、加工性能、抗疲劳性能、耐磨损性能、耐热性能、抗氧化和抗结垢性能。
NASCAR车队正在调整赛车© Action Sports Photography/Shutterstock, Inc.
铬钼钢
添加铬和钼的41xx系列牌号在业内被公认为铬钼钢(AKA Chrome-Moly或CrMo)。4130是最常用的牌号。这个牌号最早用于航空工业和自行车制造,它也是赛车设计师和制造商的最爱。这个牌号有板材、锻件和管材等产品形式。铬钼合金牌号 4140 由于碳含量较高而具有出色的抗拉强度,因此对于发动机和悬挂系统部件等锻造应用尤为重要。
铬钼钢的成分(重量%)
底盘是基础
为了打造获胜赛车,设计工程师从底盘入手。它必须为电机、传动和悬挂系统提供支撑基础。底盘除了需要轻巧坚固之外,还必须能够抵抗比赛过程中不断产生的振动和高温。大多数框架都采用圆形、椭圆形或方形管材或工字钢定制以提高刚性。
赛车管理机构要求车架设计师遵守严格的标准。几乎所有车架都由 4130 铬钼钢制成,因为该合金钢具有比碳钢更好的强度重量比和更高的延展性。因此,它的断面尺寸可减薄而不会降低结构强度,从而减轻赛车的重量并提高赛车的速度。它在赛道上的表现足以弥补其较高的成本。
保护司机
安全性是赛车行业的重中之重。为了在发生事故时保护车手的人身安全,防滚架和防滚笼与汽车框架集成在一起。它们还为底盘提供了刚度、强度和稳定性。为如此重要的结构所选择的材料,不能在高速撞击的极端冲击下失效。
NASCAR赛车内部保护车手发生事故时人身安全的防滚笼©Sean Klingenhoefer
4130 铬钼钢卓越的延展性、弹性适应性、可弯曲性和焊接性,使其也成为受青睐的防滚架和防滚笼材料。 高强度和高韧性的结合有助于保护驾驶员,而无需增加很多重量。
为了避免车手受伤,F1赛车队也采用铬钼钢防滚杠。© Natursports/Shutterstock, Inc.
铬钼钢部件使汽车行驶不偏航
悬架必须提供稳定性和良好的操控性,同时减少振动和噪音。它在支撑汽车重量的同时,使车辆稳固地行驶在赛道上。转向部件、拉杆、支柱、弹簧和连杆通常由铬钼合金钢制成,因为它们良好的强度、韧性和耐磨性。
许多铬钼钢部件,包括赛车的悬架和转向部件,使赛车保持在赛道上并平滑稳定地行驶。© Daniel Huerlimann-BEELDE/Shutterstock, Inc.
发动机是汽车的心脏
赛车的发动机产生的大量动力必须在长距离内维持数小时。例如,一级方程式赛车发动机的转速接近 20,000 rpm,由此产生的摩擦力造成转动部件过热并磨损,并在所有部件上产生极高的机械应力。高性能发动机制造商之所以选择铬钼合金钢制造曲轴、齿轮、活塞和飞轮,因为它们良好的强度、韧性以及耐热性能、耐疲劳和耐磨损性能。
虽然没有一种材料能够满足高性能赛车部件的众多要求,但是,含钼合金材料在这些赛车中随处可见。它们普遍优良的机械性能和物理性能在很大程度上应归功于钼。虽然自二十世纪20年代以来钼一直伴随着赛车,但是对于当今想要实现终极目标--挺进冠军圈的赛车队来说,仍然至关重要。