鍛造鋁合金輪轂的工藝特點及檢測方法研究

張振

摘要：鍛造鋁合金輪轂具有外形美觀、動平衡好、圓度高、散熱快等優(yōu)點，近年來受到汽車行業(yè)的青睞。文章對鍛造鋁合金輪轂的特點、生產(chǎn)工藝及主要缺陷的檢測方法進行了分析研究，對提高鍛造鋁合金輪轂的工藝設(shè)計水平提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：鋁合金輪轂；鍛造；工藝特點；檢測方法 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG316 文章編號：1009-2374（2015）21-0047-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.024

鍛造是利用鍛壓機械對鋁合金坯料進行施加壓力使其變形，獲得具有一定形狀和尺寸、一定機械性能的加工方法。鍛造鋁合金輪轂具有外形美觀、動平衡好、圓度高、散熱快等優(yōu)點。近年來受到汽車行業(yè)的青睞，尤其是近幾年隨著油價的上漲，輕量化汽車成為世界許多國家研究的熱點，尤其一些發(fā)達國家都在節(jié)能減排上下功夫，在這種情況下鋁合金輪轂以其優(yōu)良的性能被廣泛地應(yīng)用在汽車上并逐漸取代以往的鐵輪轂。但是，鍛造鋁合金輪轂在生產(chǎn)過程由于施工原因也會出現(xiàn)各種缺陷，因此，在生產(chǎn)過程中嚴格施工設(shè)計的同時，要嚴格遵守操作規(guī)程，了解掌握鍛造工藝，在缺陷問題形成前加以質(zhì)量控制，提高鍛造鋁合金輪轂的產(chǎn)品

質(zhì)量。

1 鍛造鋁合金輪轂的特點

鋁合金輪圈密度小，強度高，且耐腐蝕、容易加工，而鋁合金最大的優(yōu)勢就是資源豐富，正是由于這些優(yōu)點，使得鋁合金材料廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)中。鍛造工藝應(yīng)用于鋁合金材料，能夠?qū)⒉牧系慕M織和性能大大改善，而且遇到合適的條件能夠?qū)?nèi)部孔隙關(guān)閉，材料的致密度大大增加。鍛造鋁合金的特點主要歸納為以下六方面：

1.1 可鍛性較好

鍛造鋁合金的熱塑性較好，生產(chǎn)過程中由于鋁塊經(jīng)過不斷沖壓，分子結(jié)構(gòu)緊密。雖然在鍛造過程中消耗大量的能力，比低碳鋼大約多消耗了35%的能力，但是力學性能很好，可鍛性較佳。

1.2 導熱性較好

眾所周知，鋁合金導熱性極好，能夠進行均勻受熱，且內(nèi)應(yīng)力較小，因此可以進行較快的加熱。鋁合金輪圈相比鋼制輪圈能夠更快地將熱量傳導到空氣中，這樣在行車過程中增加了安全系數(shù)。

1.3 堅固耐用

和鋼圈相比，鍛造式鋁合金輪轂結(jié)構(gòu)緊密，金屬分子擺放的嚴密，耐性就越高，在抗沖擊性、抗張力、承載性、抵抗變形等方面有著較大的優(yōu)勢，因此廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)中如國防工業(yè)、航空工業(yè)等領(lǐng)域。

1.4 鍛造溫度范圍方面

對于鍛造鋁合金的溫度是有著嚴格規(guī)定的，一般情況下，540℃～570℃的范圍較佳。

1.5 流動性特性

鋁合金材料質(zhì)地較軟，且外摩擦系數(shù)偏大，因此，其內(nèi)部流動性能不佳，在模鍛時成形比較困難。

1.6 美觀

鋁合金輪轂在設(shè)計上可以配備各種顏色和光澤，普通鋼圈因生產(chǎn)工藝的限制，形式及顏色缺乏變化單調(diào)呆板，因而鋁合金輪轂的使用不僅使得汽車有高貴的品質(zhì)，同時又有美感氣氛。

2 鍛造鋁合金的工藝過程及缺陷分析

鍛造鋁合金輪轂的生產(chǎn)工藝過程主要為：棒料切割、坯料加熱、坯料初鍛、坯料終鍛、毛坯旋壓成型等步驟。鍛造用鋁合金輪轂，其組織纖維分布對抗疲勞極限有影響。通過大量的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，鍛造鋁合金輪轂表層往往是最容易發(fā)生缺陷的地方，大多是在組織纖維伸出的地方。從微觀角度來講，這些地方本身就是缺陷的所在，也是極易發(fā)生應(yīng)力集中的地方，遇到交變載荷的情況，這些地方就很可能出現(xiàn)疲勞裂紋。因此鋁合金在鍛造過程中會出現(xiàn)以下七種缺陷：

2.1 折疊

鍛造鋁合金輪轂成為廢品的最主要原因就是折疊。據(jù)統(tǒng)計，在所有的成為廢品的鍛造鋁合金輪轂中，將近75%的原因都是由于折疊。而折疊出現(xiàn)也是有原因的，如鍛件的形狀變化大、內(nèi)部組織的運動軌跡復雜、鍛造時不符合操作規(guī)程、預制坯和預鍛模具設(shè)計不合理、壓力施加速度不當?shù)?。依?jù)多年的經(jīng)驗數(shù)據(jù)顯示，大調(diào)機生產(chǎn)階段最容易發(fā)生折疊現(xiàn)象。

2.2 裂紋

鍛造鋁合金輪轂的表面和內(nèi)部都很容易出現(xiàn)裂紋。如果對材料的加熱溫度達不到要求或者保溫時間不夠長，那么很容易發(fā)生過大的變形，不僅不能消除鍛造過程中產(chǎn)生的折疊現(xiàn)象和彎曲現(xiàn)象，很有可能在材料的表面或內(nèi)部產(chǎn)生更多的裂紋。發(fā)生裂紋現(xiàn)象的最重要原因是在材料的內(nèi)部的氧化物夾渣造成。

2.3 鍛件中心疏松

在操作中防止疏松的措施就是增加鍛造比。

2.4 過燒現(xiàn)象

在生產(chǎn)過程中鋁合金的鍛造溫度范圍相當小，特別是淬火溫度接近合金的共晶熔化溫度就會發(fā)生過燒，如果再次鍛壓就會發(fā)生裂紋。在實際生產(chǎn)過程中，如果鋁合金出現(xiàn)過燒，對其回爐加熱只能進行一次，特別需要注意的是，對過燒鋁合金材料必須要和正常的材料分開放置，防止不合格產(chǎn)品流入市場。

2.5 大晶粒

在鍛造鋁輪轂的表面、鍛件變形程度小而尺寸較大的部位和變形程度大的區(qū)域以及飛邊區(qū)附近，鍛鋁和硬鋁很容易產(chǎn)生粗大晶粒。

2.6 粘模、起皮

鋁合金材料的質(zhì)地較為柔軟，且摩擦系數(shù)偏大，使得鋁合金輪轂很容易發(fā)生起皮現(xiàn)象，嚴重時甚至會導致無法生產(chǎn)。

2.7 流線不順、渦流和穿流

這種缺陷的造成原因同折疊現(xiàn)在的成因基本是一樣的，主要是因為內(nèi)部纖維組織的流向復雜紊亂造成的，雖然有些部分確實是流向復雜紊亂，但是卻不至于一定會發(fā)生折疊現(xiàn)象。材料的抗腐蝕性、疲勞強度會有所

降低。

3 鍛造鋁合金輪轂缺陷的檢測方法分析

鍛件的質(zhì)量檢驗由零件內(nèi)部和外觀質(zhì)量檢驗兩部分組成。內(nèi)部質(zhì)量檢驗有化學成分、力學性能、沖擊強度、宏觀、微觀組織檢驗法及無損檢測法。外部質(zhì)量檢驗主要是外觀。包括鍛件的表面狀況、幾何尺寸、形狀等項目的檢驗屬于非破壞性的檢驗，用目測或低倍放大鏡進行檢查或無損探傷的方法。為了保證或提高鍛件的質(zhì)量，應(yīng)對鍛件進行必要的質(zhì)量檢驗。防止缺陷的鍛件流入后續(xù)工序。主要有以下四種檢測方法：

3.1 目測法

目測法是現(xiàn)場檢測鋁合金輪轂表面缺陷的最直接、最簡單的方法，目測的檢測方法可以發(fā)現(xiàn)由于折疊產(chǎn)生的較大裂紋。這些能夠目測出來的裂紋長度能達到30多毫米，特別是鍛造生產(chǎn)線調(diào)機下線的最初產(chǎn)品，可以說每件都會產(chǎn)生折疊缺陷，不過當流水線生產(chǎn)經(jīng)過磨合后，就會大幅度減少折疊缺陷的發(fā)生。

3.2 超聲波探傷檢測法

超聲波檢測方法是近些年來最新應(yīng)用在鍛造鋁合金輪轂缺陷檢測方面的方法，即通過超聲波在介質(zhì)中的振動檢測鍛件內(nèi)部缺陷如夾渣、裂紋、縮孔等，該方法能夠?qū)⒘慵谋砻嫒毕莺蛢?nèi)部缺陷全部檢測出來，操作方便、經(jīng)濟實用。

3.3 渦流探傷檢測法

用以檢查輪轂的表面或近表面的缺陷的檢測方法。在實際工作中渦流檢測不能詳細描述地給出輪轂的表面缺陷問題，只是一種近似的對比行為。因此需要對檢測結(jié)果進行分析。采取恰當?shù)拇胧﹣砀倪M和提高鍛件

質(zhì)量。

3.4 熒光滲透探傷檢測法

此種檢測方法一般用在鍛造鋁合金輪轂的加工過程之后，滲透檢測的檢測基礎(chǔ)是毛細作用原理，在金屬表面微小缺口檢測、細小裂紋檢測方面應(yīng)用較多。具體進行檢測時，是在零件的表面涂抹一層溶有熒光染料的滲透液，微小裂紋都能夠顯示出來。等待其進行干燥后噴上一層顯像劑，此時，滲透在微小缺陷中的滲透液重新吸附到輪載表面，缺陷情況就會很清楚的顯現(xiàn)出來。

4 結(jié)語

鍛造鋁合金輪轂是我國目前應(yīng)用廣泛的合金品種，因其具有散熱性能好，不宜爆胎的優(yōu)點，被汽車行業(yè)所青睞。鍛造鋁合金在輪轂的應(yīng)用上目前還屬于起步階段，由于工藝方法不當或生產(chǎn)過程某一環(huán)節(jié)失誤，都會產(chǎn)生缺陷。分析鍛造鋁合金輪轂的質(zhì)量缺陷及其檢測方法，對試驗檢測結(jié)果進行綜合分析研究，或在問題形成初期加以質(zhì)量控制，找出產(chǎn)生質(zhì)量問題的真正原因，對鋁合金輪轂的工藝改進及產(chǎn)品質(zhì)量的提高具有重要的

意義。

參考文獻

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（責任編輯：陳 倩）