王英鋒，李志廣，劉宏磊

（中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇島 066011）

汽車車輪承擔(dān)著支撐車身的重要作用，是將車身重量傳遞到路面的重要部件，基于這樣的原因，汽車車輪的生產(chǎn)與制造，受到了汽車行業(yè)越來(lái)越多的關(guān)注與重視。目前來(lái)說(shuō)，大多數(shù)汽車使用的是鋁合金車輪，并且以A356.2鋁合金低壓鑄造車輪為主流。筆者也曾對(duì)A356.2鑄造鋁合金輪轂輪輞壓力加工的可行性進(jìn)行過(guò)研究。研究表明：A356.2鑄造鋁合金完全具有壓力加工的可行性，其輪輞具有壓力成形的可能性。在對(duì)A356.2鑄造鋁合金輪轂輪輞進(jìn)行壓力加工后其強(qiáng)度和塑性均有所提高[1]。為進(jìn)一步減輕鋁合金車輪重量，降低鋁合金車輪的生產(chǎn)成本和車輛行駛的油耗，根據(jù)旋壓工藝對(duì)鋁合金車輪材料改善的特點(diǎn)，旋壓工藝在鋁合金車輪生產(chǎn)過(guò)程中得以應(yīng)用[2]。馬春江等也研究過(guò)A356鋁合金車輪時(shí)效規(guī)律及涂裝對(duì)時(shí)效效果的影響，并對(duì)車輪材料組織、力學(xué)性能進(jìn)行了檢測(cè)分析。研究表明，提高時(shí)效溫度可以明顯減小涂裝前后的力學(xué)性能差異，提高車輪的綜合力學(xué)性能，并改善車輪力學(xué)性能的穩(wěn)定性[3]。中信戴卡作為國(guó)內(nèi)最大的汽車鋁合金車輪OEM供應(yīng)商，也將此新型成形工藝向汽車主機(jī)廠推介。由于成形方式的特點(diǎn)，汽車主機(jī)廠也對(duì)鑄造旋壓成形的內(nèi)輪緣部位的力學(xué)性能提出了更高的要求。文中主要研究不同狀態(tài)下鑄造旋壓成形的車輪，經(jīng)涂裝后內(nèi)輪緣部位力學(xué)性能的變化情況。

1 實(shí)驗(yàn)方案

文中實(shí)驗(yàn)選取一款較重及輪緣厚度較大的鑄造旋壓車輪進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)熱處理毛坯、熱處理毛坯過(guò)噴涂烘箱烘烤后、熱處理毛坯機(jī)加工后過(guò)噴涂烘箱烘烤后力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比研究分析，見(jiàn)圖1。車輪材料牌號(hào)為 A356.2，成形工藝為低壓鑄造后輪輞部位旋壓成形，車輪尺寸526 mm×225 mm。

圖1 A356.2鋁合金鑄旋車輪Fig.1 A356.2 alloy-Al casting flow-from wheel

選取低壓鑄造后輪輞部位旋壓成形車輪，經(jīng)熱處理后，分別進(jìn)行毛坯性能測(cè)試、毛坯經(jīng)涂裝烘箱烘烤后性能測(cè)試、毛坯經(jīng)機(jī)加工后再經(jīng)涂裝烘箱烘烤后性能測(cè)試，力學(xué)性能取樣位置見(jiàn)圖2，文中主要研究該部位的性能變化，A356.2的該部位的毛坯厚度較其他輪該部位毛坯厚度厚。每只輪子在圓周方向均勻取5個(gè)試樣。

圖2 車輪取樣部位Fig.2 Sampling location of wheel

按圖2部位均勻取5個(gè)試樣后按圖3制備拉伸試樣，并按照 GB/T 23301—2009[4]及 GB/T 228—2002[5]，用Z100B材料實(shí)驗(yàn)機(jī)檢測(cè)材料拉伸性能。

圖3 拉伸試樣Fig.3 Tensile testing sample

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

試樣1—5為按圖2部位均勻取的5個(gè)試樣，并以車輪氣門(mén)孔為起點(diǎn)順時(shí)針?lè)较蚍謩e編號(hào)，測(cè)得的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。對(duì)表1中數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，見(jiàn)圖4。

表1 力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.1 Mechanical properties testing data

圖4 力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比Fig.4 Contrast graph of mechanical properties testing data

通過(guò)對(duì)比以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以看出：① 熱處理毛坯經(jīng)涂裝烘箱烘烤后內(nèi)輪緣部力學(xué)性能會(huì)發(fā)生變化，強(qiáng)度會(huì)有所提高，伸長(zhǎng)率會(huì)有所下降；② 內(nèi)輪緣部力學(xué)性能變化幅度會(huì)受輪型狀態(tài)及結(jié)構(gòu)的影響，輪型壁厚、重量較小的輪子強(qiáng)度提高幅度較大，但伸長(zhǎng)率下降幅度并不明顯。

3 原因分析

從表 1的實(shí)驗(yàn)力學(xué)性能數(shù)據(jù)及熱處理工藝參數(shù)來(lái)看，該熱處理工藝更接近于T5熱處理-固溶處理不完全人工時(shí)效，而沒(méi)有達(dá)到T6熱處理-固溶處理完全人工時(shí)效效果。熱處理毛坯機(jī)加工后過(guò)噴涂烘箱烘烤后才達(dá)到了 T6熱處理-固溶處理完全人工時(shí)效的效果[6]。代穎輝等也研究過(guò)人工時(shí)效和涂裝對(duì) A356鋁合金車輪性能的影響，認(rèn)為A356合金時(shí)效處理時(shí)，Mg和Si從固溶體中析出、偏聚、形成硬化區(qū)，合金強(qiáng)度上升，塑性下降。試棒及車輪在涂裝前隨著時(shí)效溫度的提高和保溫時(shí)間的增加，使析出的 Mg2Si增加，經(jīng)涂裝烘烤后相當(dāng)于發(fā)生了兩次短時(shí)的人工時(shí)效處理，析出更多的Mg2Si，從而抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度上升，伸長(zhǎng)率下降[7]。

筆者也曾研究過(guò)A356.2鋁合金車輪固溶后，自然時(shí)效及過(guò)涂裝烘箱烘烤后的性能變化，T4(自然時(shí)效48 h)熱處理比T6熱處理的屈服強(qiáng)度降低了20%～30%、抗拉強(qiáng)度降低了 5%～10%、硬度降低了 10%～20%，伸長(zhǎng)率提高了70%～100%，但經(jīng)過(guò)涂裝烘箱烘烤后合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度均有所提高，伸長(zhǎng)率有所下降[7]。說(shuō)明 A356.2鋁合金車輪固溶處理后組織并不穩(wěn)定，經(jīng)自然狀態(tài)或人工時(shí)效后組織化發(fā)生變化。經(jīng)T5熱處理后時(shí)效并不完全，經(jīng)過(guò)涂裝烘箱烘烤也相當(dāng)于一個(gè)時(shí)效過(guò)程，因此，強(qiáng)度會(huì)有所提高。筆者研究過(guò)多次人工時(shí)效對(duì)低壓鑄造 A356.2鋁合金輪轂力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，T6處理后再經(jīng)過(guò)3次人工時(shí)效合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度有所提高但伸長(zhǎng)率有所下降；隨人工時(shí)效次數(shù)的繼續(xù)增多，力學(xué)性能變化幅度漸小，組織結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定[8]。這說(shuō)明經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間或多次時(shí)效會(huì)達(dá)到組織結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定和強(qiáng)度峰值。對(duì)于尺寸及重量較輕、內(nèi)輪緣壁厚較薄的輪型來(lái)說(shuō)，以過(guò)涂裝預(yù)處理、涂粉涂漆烘箱烘烤后能達(dá)到穩(wěn)定的組織狀態(tài)。對(duì)于對(duì)于重量較重、內(nèi)輪緣壁厚較厚的輪型來(lái)說(shuō)，以過(guò)涂裝預(yù)處理、涂粉涂漆烘箱烘烤后由于其吸收的熱量較多，升溫時(shí)間較長(zhǎng)，并沒(méi)達(dá)到穩(wěn)定的組織狀態(tài)和強(qiáng)度峰值。

4 結(jié)論

涂裝烘烤加熱及保溫過(guò)程相當(dāng)于對(duì)車輪進(jìn)行時(shí)效處理，對(duì)T5熱處理的A356.2鋁合金鑄旋車輪內(nèi)輪緣部位性能有影響，一般會(huì)使強(qiáng)度提高，伸長(zhǎng)率下降；同時(shí)，內(nèi)輪緣薄厚、輪子的重量對(duì)性能的變化也有影響，輪型壁厚、重量較小的輪子強(qiáng)度提高幅度較大。

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[2]楊雄, 陳菲, 吳紅軍. 旋壓技術(shù)在鋁合金車輪輕量化的應(yīng)用[C]. 南京: 第四屆全國(guó)車輪和輪轂制造技術(shù)國(guó)際研討會(huì), 2011: 202—209.YANG Xiong, CHEN Fei, WU Hong-jun. Spinning Technology in the Application of Lightweight Aluminum Alloy Wheel[C]. Nanjing: the 4th International Symposium on Wheel Manufacturing Technology, 2011: 202—209.

[3]馬春江, 劉杰, 陳玖新, 等. 涂裝對(duì) A356鋁合金車輪時(shí)效工藝的影響[J]. 特種鑄造及有色合金, 2014,34(12): 1129—1131.MA Chun-jiang, LIU Jie, CHEN Jiu-xin, et al. Aging Process of Aluminum Alloy Wheel[J]. Special Casting &Nonferrous Alloys, 2014, 34(12): 1129—1131.

[4]GB/T 23301—2009, 汽車車輪用鑄造鋁合金[S].GB/T 23301—2009, Auto Wheels Casting Aluminum Alloy[S].

[5]GB/T 228—2002, 金屬材料室溫拉伸實(shí)驗(yàn)方法[S].GB/T 228—2002, Methods of Tensile Test for Metal Materials[S].

[6]GB/T 1173—2013, 鑄造鋁合金[S].GB/T 1173—2013, Casting Aluminum Alloy[S].

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[8]劉宏磊, 梁勇, 劉智峰, 等. 多級(jí)時(shí)效對(duì)低壓鑄造A356.2輪轂力學(xué)性能的影響[J]. 特種鑄造及有色合金,2009, 29(7): 633—634.LIU Hong-lei, LIANG Yong, LIU Zhi-feng, et al. Effects of Multi-artificial Aging on Mechanical Properties of Low Pressure Casting A356.2 Aluminum Alloy Wheel[J]. Special Casting & Nonferrous Alloys, 2009, 29(7): 633—634.