【正文】 國(guó)內(nèi)外鋁合金車輪產(chǎn)品現(xiàn)狀和趨勢(shì) (1)汽車鋁合金車輪產(chǎn)品 1)規(guī)格。國(guó)外轎車車輪己日趨大直徑、寬輪輛發(fā)展的格局，原來多見的12～13in的小徑輪己越來越少，有逐步被淘汰的趨勢(shì)，目前主流已是15inX7in以上規(guī)格，并逐步朝17～19in大徑寬輛發(fā)展，甚至已出現(xiàn)20～26in車輪裝在汽車上的報(bào)導(dǎo)。鑄造的鋁合金車輪很少，還末形成大批量生產(chǎn)的氣候，市場(chǎng)處于 供難應(yīng)求的局面。但主機(jī)廠對(duì)使用鋁合金車輪的意識(shí)日益加強(qiáng)，限于我國(guó)轎車本身檔次，國(guó)內(nèi)用的鋁合金車輪一般都在15in以下。 2)結(jié)構(gòu)。我國(guó)的鋁合金車輪幾乎全是整體式鑄造鋁合金車輪結(jié)構(gòu)，但也有個(gè)別企業(yè)為取其鋁合金車輪之貌以免在市場(chǎng)中掉隊(duì)，又盡量不想增加因鋁合金車輪而增加成本的矛盾，開拓了鋁一鋼二片式復(fù)合式車輪，解決了企業(yè)的燃眉之急，但這種結(jié)構(gòu)的鋁合金車輪因綜合了鋁、鋼兩種車輪的缺點(diǎn)，估計(jì)不太可能成為市場(chǎng)的前景產(chǎn)品。 3)外觀和色澤。傳統(tǒng)單調(diào)的輻條式演變成了 輻板式。對(duì)主機(jī)來說，更多地要求車輪與整車的匹配和色澤的協(xié)調(diào)，但零售市場(chǎng)上卻是以標(biāo)新立異的色澤，或通過表面處理獲取與眾不同的效果來競(jìng)爭(zhēng)幣場(chǎng) (如全涂裝亞光色、拋光輪、電鍍輪、真空鍍膜輪等)。 4)材料。對(duì)這種合金還必須嚴(yán)格控制低的Fe含量，并作完善的T6固溶熱處理。隨著科技的進(jìn)步，各國(guó)開發(fā)商也正在開發(fā)更新型的材料，如有人正在研究使鎂合金車輪能適應(yīng)大量生產(chǎn)的工藝和設(shè)備，有人在不斷探索降低半凝固鑄造溫度的新材料途徑，甚至己有人在嘗試鑲嵌式的中空復(fù)合輪 (即在車輪中襯嵌了一種高強(qiáng)度的輕質(zhì)骨材，讓鋁液充填時(shí)將骨材全部包住)，來進(jìn)一步提高輕量化效果，而且可獲得比鋁合金車輪更佳的比強(qiáng)度和彈性模量。目前，摩托車鋁合金車輪基本上采用整體式鑄造鋁合金車輪，國(guó)外除日本和少數(shù)歐洲國(guó)家外，摩托車鋁合金車輪大都在亞洲生產(chǎn)，其產(chǎn)品規(guī)格也大都以日本市場(chǎng)開拓的產(chǎn)品為主，最初大都以中低排量的男式摩托車，即17～18in直徑為主，輪輛也以1lin寬為主體。需要注意的是:國(guó)內(nèi)外摩托車鋁合金車輪在規(guī)格上與汽車車輪有個(gè)明顯的差別，就是全世界的摩托車與車輪的裝配尺寸，不像汽車車輪那樣有著規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)和系列，而是各廠商我行我素。 2)結(jié)構(gòu)、外觀與色澤。(2)中低排氣量摩托車在實(shí)際使用中，不會(huì)像汽車那樣的高速，那些汽車輪因散熱好、精度高所帶來的優(yōu)點(diǎn)自然也就不可能像汽車用鋁合金車輪那么突出，相反，如果同樣在凹凸不平的路面上行駛，由于鋼圈輻條裝配式車輪的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，其減振性明顯優(yōu)于鋁合金車輪。既然以時(shí)裝化為主要目的的摩托車車輪，對(duì)其外觀的要求也就處于主要的地位。 3)材料。同樣理由，摩托車車輪所用的材料，絕非像某些生產(chǎn)廠所認(rèn)為可比汽車車輪用材差一些那樣。 現(xiàn)在摩托車鑄造鋁合金車輪的材料，在重力鑄造和低壓 (反壓)鑄造工藝下，全世界幾乎普遍采用同汽車車輪同樣的材料 (A356)，經(jīng)T6固溶處理，且以汽車車輪相似的性能指針作為標(biāo)準(zhǔn)來生產(chǎn)摩托車鋁合金車輪。國(guó)內(nèi)外鋁合金車輪生產(chǎn)現(xiàn)狀 (1)國(guó)內(nèi)外鋁合金車輪制造概況 1)鑄造方法。其中重力鑄造的約占40%。其它方法占20%。目前摩托車鋁合金車輪在批量生產(chǎn)中采用低壓鑄造工藝的比例幾乎為零，國(guó)內(nèi)大都用重力鑄造工藝生產(chǎn)鋁合金車輪鑄件，只有少數(shù)企業(yè)采用真空壓鑄生產(chǎn)鋁合金車輪。圖14為日木鑄造研究單位近年統(tǒng)計(jì)的各種成形方法生產(chǎn)鋁合金車輪的成本和品質(zhì)的相對(duì)關(guān)系。 重量輕，節(jié)能效果明顯 整車減少自重可以節(jié)油人所共知。不過，具體定量的節(jié)油效果至今還無一公認(rèn)的統(tǒng)計(jì)說法，所見報(bào)導(dǎo)還都是各公司試驗(yàn)人員根據(jù)自己的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來評(píng)析的，其差別較大，如我國(guó)一汽對(duì)奧迪車用鋁合金車輪作節(jié)油統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)后這樣報(bào)導(dǎo):對(duì)轎車來說，每個(gè)鋁合金車輪比鋼車輪可減輕重量30%～45%。0131L/100km。%，整車按平均車速90～120km/h行駛的條件下，油耗可減少004L/1OOkm，即Audi轎車每行駛10萬km，減少油耗40L。6L。(2)同一輛車用鋁合金車輪代替鋼車輪后，可取得明顯節(jié)能效果的事實(shí)是不容置疑的。不僅如此，由于鋁合金車輪的散熱效果，凡與其直接接觸的零配件 (如制動(dòng)閘等)也相對(duì)提高了壽命。無內(nèi)胎的車輪，直接由鋁輪輛代替了原來的橡膠內(nèi)胎，如果外輪胎在行駛中插入了釘子之類的穿刺物，只要不去撥出，就不會(huì)像有內(nèi)胎車輪那樣出現(xiàn)因車胎突然泄氣而翻車的事故。 尺寸精度高，整車行駛性能好 鑄造鋁合金車輪最終都需經(jīng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行機(jī)械加工，所以車輪的直徑精度、軸間跳動(dòng)精度和徑向跳動(dòng)精度部更為突出。車輪的尺寸精度直接影響整車的行駛性能。通常情況下，傳統(tǒng)鋼車輪的徑向和軸向允許跳動(dòng)值為177。高檔鋁合金車輪為177。3s。用鑄造法生產(chǎn)的鋁合金車輪，可以制出任意空間曲面和形狀，以吻合不同車型，迎合不同用戶的要求。 2)不易藏污納垢，不會(huì)產(chǎn)生鐵銹，易清理，廣受司機(jī)愛好。 2)鋁車輪的造價(jià)幾乎是鋼車輪的2～3倍，在我國(guó)還末規(guī)范化的汽車、摩托車市場(chǎng)上，價(jià)格因素還直接影響著爭(zhēng)奪市場(chǎng)的成敗。鑒于我國(guó)市場(chǎng)消費(fèi)能力和公路設(shè)施現(xiàn)狀，鋁合金車輪還較多用在公路設(shè)施較好的地區(qū)以及檔次較高的整車上。 3)就彈性模量而言，鋼車輪有一定的優(yōu)勢(shì)，如果整車行駛速度不高、道路又是較差的路面條件下，鋼車輪會(huì)顯出其優(yōu)勢(shì)來。但鑒于鋁材性能的限制和公路條件的現(xiàn)實(shí)，傳統(tǒng)鋼車輪仍將扮演整車的重要配件角色。 高壓鑄造的液流是在高速的紊流條件下充填的，型腔中的空氣在高壓沖擊下彌散分布到了鑄件中成為皮下氣孔，如果作熱處理，氣孔中氣體受熱膨脹引起鑄件表面起泡和變形。而低壓鑄造和重力鑄造的液流是層流充填，是一種無氣孔的鑄造法，可通過熱處理來提高鋁合金車輪的力學(xué)性能 (尤其是伸長(zhǎng)率)，確保了鋁合金車輪的安全，這也是所以被廣泛采用的主要原因。液態(tài)擠壓的液流是低速充填、高壓結(jié)晶，綜合了前述方法的優(yōu)點(diǎn)，是鋁合金車輪鑄造較為理想的方法，但是設(shè)備的一次性投資巨大，且模具費(fèi)用昂貴，制造周期相對(duì)較長(zhǎng)，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中較難適應(yīng)鋁合金車輪款式快速變化的要求，因此尚末普遍推廣。這些老牌的企業(yè)不少都是跨國(guó)集團(tuán)公司，隨著世界經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，他們正在把生產(chǎn)廠陸續(xù)向外轉(zhuǎn)移。 我國(guó)的臺(tái)灣在亞洲是鋁合金車輪生產(chǎn)的大戶，最典型的如元富、六和、源恒、民享等公司，這些企業(yè)大都是按日本的生產(chǎn)和管理模式建立的，目前也正在 不斷向大陸內(nèi)地?cái)U(kuò)散。 隨著我國(guó)摩托車躍居世界王國(guó)的市場(chǎng)形勢(shì)，到20世紀(jì)90年代中期，一 下子涌現(xiàn)出上百個(gè)摩托車鋁合金車輪生產(chǎn)廠。 (3)鋁合金車輪的命名和各部位規(guī)范名稱 我國(guó)目前對(duì)輕合金車輪的命名，有著眾多極不規(guī)范的名稱；如鋁合金車輪有諸如鋁輪轂、鋁合金輪轂、鋁胎鈴、鋁輪圈、鋁合金車輪、鋁圈等，甚至還有叫鋁鋼圈的，各按自己的習(xí)慣稱呼，十分混亂。圖：汽車鋁合金車輪各部位命名示意圖第六章 鋁合金車輪材料及微觀組織鋁合金車輪材料及結(jié)構(gòu)近年來，隨著鋁合金車輪產(chǎn)量的迅速提高和技術(shù)的日趨完善，適合于各種需要的車輪用鋁合金得到了開發(fā)。鋁合金車輪的制造成形方法主要為板成形、鍛造和鑄造，其中鑄造成形成本最低，適用范圍廣，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，從而最具競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于需要通過熱處理提高靜態(tài)力學(xué)性能以增加車輪使用壽命及塑性的合金，則采用類似于AlSi7的合金。而美國(guó)、日本、英國(guó)和意大利則主要采用需經(jīng)熱處理，用鈉或鍶進(jìn)行變質(zhì)處理AlSi7Mg0 車輪輪輛用形變鋁合金，則要求較高的強(qiáng)度 (疲勞強(qiáng)度)、閃光焊焊接性、滾軋成形性等。 采用鑄造工藝生產(chǎn)鋁合金車輪輪輻的結(jié)構(gòu)可以多樣化，可以最大限度地滿足各類使用者的審美要求。隨著Si含量的增加，結(jié)晶溫度區(qū)間減小，共晶體增加，流動(dòng)性隨之提高。當(dāng)Si含量在共晶點(diǎn)附近，合金呈現(xiàn)出優(yōu)異的鑄造性能。不論是共晶硅，還是初晶硅，如果細(xì)小、圓整，則合金既有高的強(qiáng)度，又有良好的塑性。2AlSi合金中加少量的Mg后可按AlMg2Si+Si。其中包括兩個(gè)不變的反應(yīng)，見表24。從AlMg2Si偽二元相圖來看， Mg2Si在α固溶體中于595℃時(shí)固溶度達(dá)到最大為1因此，AlSiMg合金在熱處理過程中，析出時(shí)效強(qiáng)化相(Mg2Si)對(duì)合金起了強(qiáng)化作用。3 合金元素對(duì)A356合金組織和性能的影響 21硅 (Si)的影響 硅 (Si)是AlSi合金組織申的第二相，Si含量的提高大大改善了合金的鑄造性能。5%～%范圍內(nèi)，Si的含量偏上限(%)時(shí)，有利于提高流動(dòng)性。通過改變Si相的形態(tài)，可大大提高合金的力學(xué)性能。3Mg含量對(duì)A356合金的影響規(guī)律。此外，Mg在熔化、除氣和變質(zhì)過程中，特別容易燒損，因此應(yīng)嚴(yán)格控制其含量和燒損量。25%～%。3Fe含量對(duì)A356合金力學(xué)性能的影響。其原因在于:AlSi合金中的鐵主要以β相 (Al9Fe2Si)形式出現(xiàn)，該相硬而且脆，往往以粗大的針狀穿過α相晶粒，削弱基體，降低合金的延長(zhǎng)率和沖擊韌度，而且合金凝固愈慢時(shí)，β相長(zhǎng)得愈粗大。3鋅 (Zn)也會(huì)降低合金的耐蝕性。2%，ωZn025鉻 (Cr)對(duì)鐵相形態(tài)和A356合金性能的影響 鉻(Cr)加人主要是用于消除Fe的有害作用。4%、0Cr的加入便鐵相依次由針狀向漢字狀、塊狀、團(tuán)狀轉(zhuǎn)變。為了進(jìn)一步探討其復(fù)雜相的組成，進(jìn)行了電子探針分析，由此可見，Cr的加入一方面消除了Fe的危害作用，另一方面又形成復(fù)雜耐熱相從而提高合金的高溫性能。此外，錳(Mn)、鉆 (Co)也常用于消除Fe的有害作用，但其作用不如Cr顯著。:ωFe=035:1。因此，改變鐵相形態(tài)，降低 (甚至消除)其有害作用，充分利用其有利的一面，這比降低其含量更有實(shí)際意義，也更符合我國(guó)目前鋁合金中Fe含量難以降低的現(xiàn)狀。3除此之外，由于它的化學(xué)活性大，與硫、氧、氫、氮的親合力強(qiáng)，可消除這些雜質(zhì)的不利影響，如稀土與氫結(jié)合可減少針孔傾向、與Fe也能形成復(fù)雜相改善旺的不利作用。 為了考察RE(La)加人量對(duì)A356合金的影響，安排了ωRE=%、06%三種RE加入量，進(jìn)行試驗(yàn)，不同RE加人量對(duì)A356組織及力學(xué)性能的影響。但從稀土的特點(diǎn)出發(fā)分析發(fā)現(xiàn)，稀土是強(qiáng)過冷元素，對(duì)AlSi合金的變質(zhì)能力，其變質(zhì)能力大小與下列因素有關(guān): 1)變質(zhì)劑原子本身的特征，如電子層結(jié)構(gòu)、價(jià)電荷數(shù)、原子半徑以及原子序數(shù)等。87A減少至Er的1Eu變質(zhì)能力反常，正好與其半徑 ()反常跳躍一致，即可認(rèn)為L(zhǎng)a系元素原子半徑大于185～181～175A者則不具變質(zhì)能力。以La為代表，在其濃度相同的情況下，發(fā)現(xiàn)在以35～45℃/ min速度冷卻熔態(tài)試樣時(shí)，La即具有明顯的變質(zhì)效果。因此La變質(zhì)的冷卻速度最好不低于50℃/min。02%～003%～0結(jié)構(gòu)中普遍出現(xiàn)三元金屬間化合物相，Eu以前的輕稀土元素生成的三元金屬間化合物普遍呈條狀，可能具有和Al2SiLa相同的化學(xué)式和結(jié)構(gòu)，而Eu之后的重稀土元素所形成的三元化合物則都呈多面體。另一方面由于稀土細(xì)化了α相，使針狀鐵相斷裂、裂化。2鋁合金車輪材料的成分分析主要有二種方法:化學(xué)分析及光譜分析。鋁合金車輪材料成分的爐前快速分析普遍采用金屬光譜分析儀。新型光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)使用CCD檢測(cè)器，儀器體積小、分辨率好、價(jià)格便宜?，F(xiàn)將有關(guān)情況介紹如下: 1)主機(jī)系統(tǒng)非常小巧。帶氣動(dòng)樣品夾緊裝置和小巧的樣品室。在波長(zhǎng)范圍內(nèi)，只要有標(biāo)樣可隨時(shí)添加工作曲線，以提高分析精度。采用10800Hz的可調(diào)整高能預(yù)燃激發(fā)光源，適應(yīng)多種基體的金屬材料。高能量對(duì)于高硅的激發(fā)有好處，所以該臺(tái)式金屬分析儀可以很好地分析高硅鋁合金。 4)不需外接穩(wěn)壓電源，設(shè)有內(nèi)置穩(wěn)壓板，適應(yīng)90～260V電源的自穩(wěn)壓，滿足分析程序所需電壓。選用先進(jìn)的開關(guān)電源，抗干擾能力非常強(qiáng)，無需專用地線，無輔助間隙，省去了維護(hù)工作。44M標(biāo)準(zhǔn)軟驅(qū)，穩(wěn)定性好，運(yùn)算速度快。 7)阿朗SPARCS分析軟件基于WINDOWS98，根據(jù)用戶要求預(yù)裝工廠校正曲線，配英國(guó)提供的校準(zhǔn)樣品。根據(jù)用戶對(duì)分析精度的不同要求，可以根據(jù)我國(guó)用戶自備的標(biāo)樣，建立專用牌號(hào)的工作曲線，滿足中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的分析精度指標(biāo)。 8)系統(tǒng)程序具有自動(dòng)校正元素譜線間的干擾。用隨機(jī)校樣進(jìn)行的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化功能。硬盤自動(dòng)存儲(chǔ)分析結(jié)果并可分類檢索，可用軟盤隨時(shí)調(diào)用分析結(jié)果，并可以通過電子郵件遠(yuǎn)程調(diào)譜。 M2550型臺(tái)式金屬光譜分析儀每年可節(jié)省幾萬元運(yùn)行費(fèi)用。 2)不需要專用地線，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的建設(shè)費(fèi)用。 3)實(shí)驗(yàn)室面積小，節(jié)省了廠房建設(shè)費(fèi)用和維修費(fèi)用。儀器質(zhì)量?jī)H23kg。 4)光譜儀穩(wěn)定性好，不用每天標(biāo)定，節(jié)省標(biāo)祥和工時(shí)，每年費(fèi)用1萬元左右。 6)光譜儀可隨時(shí)關(guān)機(jī)、開機(jī)，如果不是三班制，不需每天24小時(shí)開機(jī)，節(jié)省用電、節(jié)約氯氣和節(jié)省空調(diào)費(fèi)。
弟七章 鋁合金現(xiàn)代熔煉技術(shù)鋁合金對(duì)熔化條件極為敏感。熔化過程中氣氛不適時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致大量吸氣和熔渣生成。在還原氣氛中熔化時(shí)，將導(dǎo)致鋁液吸氫，鋁液澆注凝固后，造成鑄件疏松和氣孔缺陷。最好是在中性氣氛中熔煉。因?yàn)殇X合金的力學(xué)和物理性能與合金成分有關(guān)，同時(shí)，合金成分也影響鑄造和加工工藝。為了防止這種硬質(zhì)點(diǎn)的生成，應(yīng)當(dāng)根據(jù)熔化條件 (保溫條件)計(jì)算熔渣系數(shù)。75%時(shí)，可預(yù)防熔渣生成。盡管熔煉費(fèi)用僅占鋁鑄件的8%～9%，但熔煉能耗在大型鋁鑄造廠 (車間)申占總能耗的40%左右。7℃，比銅、鎳、鐵都低，但其比熱容和結(jié)晶潛熱比熱比銅、鎳都高得多，因此，當(dāng)達(dá)到熔融狀態(tài)時(shí)，所需的熱值大于鎳和銅，稍低于鐵。32kW如果用焦炭作燃料，燃料消耗質(zhì)量則相當(dāng)于金屬質(zhì)量的40%～50%。這說明:(1)提高熔鋁爐的熱效率對(duì)大量生產(chǎn)的汽車鋁鑄造車間意義很大。 4當(dāng)前國(guó)際上通用的行之有效的方法是采用AlSr中間合金變質(zhì)、AlTiB中間合金細(xì)化。變質(zhì)和細(xì)化處理后要進(jìn)行檢驗(yàn)。調(diào)節(jié)溫度和澆注 一般情況下，變質(zhì)溫度高于澆注溫度。一般AlSi和AlCu系合金，根據(jù)成分和鑄件結(jié)構(gòu)、壁厚的不同，澆注溫度控制在690～750℃，對(duì)于AlMg合金則低于700℃。對(duì)AlMg合金，于扒渣之后，要向液面上撒一層50%質(zhì)量分?jǐn)?shù)硫黃粉+50%質(zhì)