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、散熱快等優點，近年來受到汽車行業的青睞。文章對鍛造鋁合金輪轂的特點、生產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計水平提高產品質量具有重要的意義。

關鍵詞：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、散熱快等優點。近年來受到汽車行業的青睞，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，尤其一些發達國家都在節能減排上下功夫，在這種情況下鋁合金輪轂以其優良的性能被廣泛地應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過程由于施工原因也會出現各種缺陷，因此，在生產過程中嚴格施工設計的同時，要嚴格遵守操作規程，了解掌握鍛造工藝，在缺陷問題形成前加以質量控制，提高鍛造鋁合金輪轂的產品

質量。

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，而鋁合金最大的優勢就是資源豐富，正是由于這些優點，使得鋁合金材料廣泛地應用在現代工業中。鍛造工藝應用于鋁合金材料，能夠將材料的組織和性能大大改善，而且遇到合適的條件能夠將內部孔隙關閉，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，生產過程中由于鋁塊經過不斷沖壓，分子結構緊密。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，且內應力較小，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。

1.3 堅固耐用

和鋼圈相比，鍛造式鋁合金輪轂結構緊密，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勢，因此廣泛應用于現代工業中如國防工業、航空工業等領域。

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

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

1.6 美觀

鋁合金輪轂在設計上可以配備各種顏色和光澤，普通鋼圈因生產工藝的限制，形式及顏色缺乏變化單調呆板，因而鋁合金輪轂的使用不僅使得汽車有高貴的品質，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。通過大量的數據分析發現，鍛造鋁合金輪轂表層往往是最容易發生缺陷的地方，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，也是極易發生應力集中的地方，遇到交變載荷的情況，這些地方就很可能出現疲勞裂紋。因此鋁合金在鍛造過程中會出現以下七種缺陷：

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。據統計，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。而折疊出現也是有原因的，如鍛件的形狀變化大、內部組織的運動軌跡復雜、鍛造時不符合操作規程、預制坯和預鍛模具設計不合理、壓力施加速度不當等。依據多年的經驗數據顯示，大調機生產階段最容易發生折疊現象。

2.2 裂紋

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

在生產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生過燒，如果再次鍛壓就會發生裂紋。在實際生產過程中，如果鋁合金出現過燒，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域以及飛邊區附近，鍛鋁和硬鋁很容易產生粗大晶粒。

2.6 粘模、起皮

鋁合金材料的質地較為柔軟，且摩擦系數偏大，使得鋁合金輪轂很容易發生起皮現象，嚴重時甚至會導致無法生產。

2.7 流線不順、渦流和穿流

這種缺陷的造成原因同折疊現在的成因基本是一樣的，主要是因為內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生折疊現象。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

鍛件的質量檢驗由零件內部和外觀質量檢驗兩部分組成。內部質量檢驗有化學成分、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量，應對鍛件進行必要的質量檢驗。防止缺陷的鍛件流入后續工序。主要有以下四種檢測方法：

3.1 目測法

目測法是現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現由于折疊產生的較大裂紋。這些能夠目測出來的裂紋長度能達到30多毫米，特別是鍛造生產線調機下線的最初產品，可以說每件都會產生折疊缺陷，不過當流水線生產經過磨合后，就會大幅度減少折疊缺陷的發生。

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中的振動檢測鍛件內部缺陷如夾渣、裂紋、縮孔等，該方法能夠將零件的表面缺陷和內部缺陷全部檢測出來，操作方便、經濟實用。

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。因此需要對檢測結果進行分析。采取恰當的措施來改進和提高鍛件

質量。

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出來。

4 結語

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

意義。

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（責任編輯：陳 倩）