A356.2鋁合金鑄旋車輪涂裝后內(nèi)輪緣部位的力學(xué)性能變化

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)越來越多的關(guān)注與重視。目前來說，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A356.2鑄造鋁合金輪轂輪輞壓力加工的可行性進行過研究。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A356.2鑄造鋁合金輪轂輪輞進行壓力加工后其強度和塑性均有所提高[1]。為進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)旋壓工藝對鋁合金車輪材料改善的特點，旋壓工藝在鋁合金車輪生產(chǎn)過程中得以應(yīng)用[2]。馬春江等也研究過A356鋁合金車輪時效規(guī)律及涂裝對時效效果的影響，并對車輪材料組織、力學(xué)性能進行了檢測分析。研究表明，提高時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廠推介。由于成形方式的特點，汽車主機廠也對鑄造旋壓成形的內(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 實驗方案

文中實驗選取一款較重及輪緣厚度較大的鑄造旋壓車輪進行實驗，對熱處理毛坯、熱處理毛坯過噴涂烘箱烘烤后、熱處理毛坯機加工后過噴涂烘箱烘烤后力學(xué)性能進行對比研究分析，見圖1。車輪材料牌號為 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，分別進行毛坯性能測試、毛坯經(jīng)涂裝烘箱烘烤后性能測試、毛坯經(jīng)機加工后再經(jīng)涂裝烘箱烘烤后性能測試，力學(xué)性能取樣位置見圖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材料實驗機檢測材料拉伸性能。

圖3 拉伸試樣Fig.3 Tensile testing sample

2 實驗結(jié)果

試樣1—5為按圖2部位均勻取的5個試樣，并以車輪氣門孔為起點順時針方向分別編號，測得的力學(xué)性能實驗數(shù)據(jù)見表1。對表1中數(shù)據(jù)進行對比分析，見圖4。

表1 力學(xué)性能實驗數(shù)據(jù)Tab.1 Mechanical properties testing data

圖4 力學(xué)性能實驗數(shù)據(jù)對比Fig.4 Contrast graph of mechanical properties testing data

通過對比以上實驗數(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)性能會發(fā)生變化，強度會有所提高，伸長率會有所下降；② 內(nèi)輪緣部力學(xué)性能變化幅度會受輪型狀態(tài)及結(jié)構(gòu)的影響，輪型壁厚、重量較小的輪子強度提高幅度較大，但伸長率下降幅度并不明顯。

3 原因分析

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

筆者也曾研究過A356.2鋁合金車輪固溶后，自然時效及過涂裝烘箱烘烤后的性能變化，T4(自然時效48 h)熱處理比T6熱處理的屈服強度降低了20%～30%、抗拉強度降低了 5%～10%、硬度降低了 10%～20%，伸長率提高了70%～100%，但經(jīng)過涂裝烘箱烘烤后合金的抗拉強度、屈服強度、硬度均有所提高，伸長率有所下降[7]。說明 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)或人工時效后組織化發(fā)生變化。經(jīng)T5熱處理后時效并不完全，經(jīng)過涂裝烘箱烘烤也相當(dāng)于一個時效過程，因此，強度會有所提高。筆者研究過多次人工時效對低壓鑄造 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3次人工時效合金的抗拉強度、屈服強度、硬度有所提高但伸長率有所下降；隨人工時效次數(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]。這說明經(jīng)過長時間或多次時效會達到組織結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定和強度峰值。對于尺寸及重量較輕、內(nèi)輪緣壁厚較薄的輪型來說，以過涂裝預(yù)處理、涂粉涂漆烘箱烘烤后能達到穩(wěn)定的組織狀態(tài)。對于對于重量較重、內(nèi)輪緣壁厚較厚的輪型來說，以過涂裝預(yù)處理、涂粉涂漆烘箱烘烤后由于其吸收的熱量較多，升溫時間較長，并沒達到穩(wěn)定的組織狀態(tài)和強度峰值。

4 結(jié)論

涂裝烘烤加熱及保溫過程相當(dāng)于對車輪進行時效處理，對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，一般會使強度提高，伸長率下降；同時，內(nèi)輪緣薄厚、輪子的重量對性能的變化也有影響，輪型壁厚、重量較小的輪子強度提高幅度較大。

[1]張寶, 劉宏磊, 代顯春. A356.2鑄造鋁合金車輪輪輞部位壓力加工的研究[J]. 熱加工工藝, 2014, 43(11):112—117.ZHANG Bao , LIU Hong-lei , DAI Xian-chun. Study on Press Working of A356.2 Casting Aluminum Alloy Wheel Rim[J]. Hot Working Technology, 2014, 43(11): 112—117.

[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: 第四屆全國車輪和輪轂制造技術(shù)國際研討會, 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 A356鋁合金車輪時效工藝的影響[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驗方法[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].

[7]劉宏磊, 許斌, 姬紹川. 低壓鑄造鋁合金輪轂 T4熱處理工藝探索[J]. 鑄造技術(shù), 2010, 31(7): 1311—1313.LIU Hong-lei, XU Bin , JI Shao-chuan. T4 Heat Treatment Process of Aluminum Alloy Wheel by Low Pressure Die-casting[J]. Foundry Technology, 2010, 31(7): 1311—1313.

[8]劉宏磊, 梁勇, 劉智峰, 等. 多級時效對低壓鑄造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.