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；由于鋁導熱性好，導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用在更多的車型上，在工業(yè)化生產(chǎn)與設計中，鋼鋁混合車身的應用將成為主流[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，以及行駛過程中轉彎、沖擊等來自各個方向的不規(guī)則受力，車輪在高速旋轉中，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，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能夠滿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性能進行對比，結果顯示擠壓鋁合金輪轂的力學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力應變狀態(tài)以及與力學性能之間的關系，結果顯示輪轂中累積應力應變越大的位置，其力學性能相對應力應變小的位置更佳。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雜、良品率低、制造成本高等原因，當前鋁合金車輪制造仍以鑄造為主。