從高速、舒適、美觀、耐用、輕量化、節(jié)能、保護環(huán)境、降低綜合成本等綜合性能方面來看，鋁合金無疑是汽車工業(yè)現(xiàn)代化和輕量化的首選材料，世界許多國家都在致力于汽車用鋁合金的研究。汽車自重每降低100kg，油耗就可以減少0.7L/km。因此，以鋁合金代替鋼鐵材料，最大限度地減輕汽車的自重也就成為當(dāng)前的研究熱點[1]汽車用鋁合金主要分為鑄造鋁合金和變形鋁合金，鑄造鋁合金主要應(yīng)用于發(fā)動機氣缸體、氣缸蓋、輪轂、制動器零件等。形變鋁合金在汽車上主要用于車身面板、車身骨架、發(fā)動機散熱器零件等[2]從第一輛全鋁車身奧迪A8問世，到捷豹的JaguarXJ，再到2012款新路虎極光攬勝發(fā)售，全鋁車身加工工藝及技術(shù)正在不斷走向成熟。不過，運用鋁合金也面臨不少問題，比如，鋁合金加工難度比鋼材高，成型性還需繼續(xù)改善；由于鋁導(dǎo)熱性好，導(dǎo)致鋁合金的焊接性能差；另外，成本控制對鋁合金的運用非常重要，因此，全鋁車身僅限于高端車型中[3]。隨著能源和環(huán)境危機的不斷加劇，各國節(jié)能減排法規(guī)不斷提高規(guī)范要求，鋁合金作為汽車輕量化新材料將應(yīng)用在更多的車型上，在工業(yè)化生產(chǎn)與設(shè)計中，鋼鋁混合車身的應(yīng)用將成為主流[4,5].

 

1汽車輪轂用鋁合金

 

車輪是車輛承載重要部件，它除了受正壓力外，還承受因車輛啟動、制動時扭矩的交互作用，以及行駛過程中轉(zhuǎn)彎、沖擊等來自各個方向的不規(guī)則受力，車輪在高速旋轉(zhuǎn)中，還影響車輛的平穩(wěn)性、操作性等性能[6]。車輪的質(zhì)量與汽車的多種性能密切相關(guān)，整車的安全性和可靠性很大程度取決于所裝車輪的性能和使用壽命。鋁合金汽車輪轂與鋼制汽車輪轂相比，能夠更好地滿足良好的耐磨耐老化和良好的氣密性，良好的均勻性和質(zhì)量平衡，較小的滾動阻力和行駛噪聲，精美的外觀和裝飾性，尺寸精度高，質(zhì)量輕且不平衡度小，耐疲勞性好，折裝方便，互換性好等要求。目前轎車輪轂普遍采用鋁合金材料，但是，卡車、大巴等重載汽車由于重載汽車載重大、對車輪的綜合性能要求高，大部分仍采用鋼制車輪。

 

鋁合金車輪的制造工藝主要有：鑄造法、鍛造法、沖壓法、旋壓法、半固態(tài)模鍛法等，其中較為常用的成型方法主要是鑄造法和鍛造法。低壓鑄造主要采用Al-Si-Mg系合金，其主要合金元素如表1所示。普通鑄造鋁合金輪轂?zāi)軌驖M足轎車用輪轂的性能要求，但不能滿卡車、大巴等重載汽車對輪轂的要求。馬春江[7]等將普通鑄造鋁合金輪轂和擠壓鑄造鋁合金的組織和力學(xué)性能進行對比，結(jié)果顯示擠壓鋁合金輪轂的力學(xué)性能高于鑄造鋁合金輪轂，且擠壓鑄造鋁合金輪轂的彎曲疲勞性能、徑向疲勞性能、耐沖擊性能都能滿足重載汽車使用要求。鍛造法是應(yīng)用較早的鋁合金輪轂成形工藝之一。鍛造鋁合金輪轂的強度、韌性以及疲勞強度均顯著優(yōu)于鑄造鋁合金輪轂，并且還具有抗腐蝕性好、尺寸精確、加工量小、性能再現(xiàn)性強等優(yōu)點[8]。其主要采用Al-Mg合金和Al-Si-Mg合金，5xxx鋁合金是車輪鍛造中最常用的變形鋁合金，主要包括：5052-O、5154-O、5454-O、5083-O、5086-O，5xxx鍛造鋁合金車輪抗腐蝕性能高，適宜制造在極端環(huán)境下工作的車輪。車輪制造中另外一種常用的鋁合金是6061-T6，其Mg元素和Si元素形成的Mg2Si強化相可顯著提高其力學(xué)性能，6061合金鑄錠經(jīng)565℃/4h——6h均勻化處理可使其絕大部分Mg與Si固溶于鋁中，這樣不僅可降低鍛造溫度，同時可改善鍛造性能。龍偉[9]等采用三維有限元軟件Deform-3D模擬6061鋁合金輪轂的鍛壓過程，分析對比輪轂不同位置的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)以及與力學(xué)性能之間的關(guān)系，結(jié)果顯示輪轂中累積應(yīng)力應(yīng)變越大的位置，其力學(xué)性能相對應(yīng)力應(yīng)變小的位置更佳。鍛造鋁合金具有比鑄造鋁合金更好的綜合性能，但由于其成形工藝復(fù)雜、良品率低、制造成本高等原因，當(dāng)前鋁合金車輪制造仍以鑄造為主。