汽車用新材料的研究發(fā)展?fàn)顩r

汽車用新材料的研究發(fā)展?fàn)顩r摘要：本文主要介紹了國內(nèi)外汽車用新材料發(fā)展?fàn)顩r，并針對發(fā)動機(jī)連桿、輪轂用新材料進(jìn)行了分析，提出了今后汽車用新材料的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：汽車連桿輪轂1國內(nèi)外汽車用新材料發(fā)展?fàn)顩r1.1國外汽車用新材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢當(dāng)前世界汽車材料技術(shù)發(fā)展的主要特征如下:(1)輕量化與環(huán)保是當(dāng)今汽車材料發(fā)展的主要方向；(2)盡管近階段鋼鐵材料仍保持主導(dǎo)地位,但各種材料在汽車上的應(yīng)用比例正在發(fā)生變化。主要變化趨勢是高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、塑料和復(fù)合材料的用量將有較大的增長,鑄鐵和中、低強(qiáng)度鋼的比例將會逐步下降,但載重車的用材變化不如轎車明顯；(3)輕量化材料技術(shù)與汽車產(chǎn)品設(shè)計、制造工藝的結(jié)合將更為密切,汽車車身結(jié)構(gòu)材料將趨向多材料設(shè)計方向；(4)更重視汽車材料的回收技術(shù)；(5)電動汽車、代用燃料汽車專用材料以及汽車功能材料的開發(fā)和應(yīng)用工作不斷加強(qiáng)。減輕汽車自身質(zhì)量是降低汽車排放、提高燃油經(jīng)濟(jì)性的最有效措施之一。世界鋁業(yè)協(xié)會的報告指出,汽車的自身質(zhì)量每減少10%,燃油的消耗可降低6~8%,根據(jù)最新資料,國外汽車自身質(zhì)量同過去相比減輕了20~26%。預(yù)計在未來的10年內(nèi),轎車自身質(zhì)量還將繼續(xù)減輕20%。鋁合金、鎂合金、工程塑料、復(fù)合材料和高強(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度鋼等輕量化材料的開發(fā)與應(yīng)用在汽車的輕量化中將發(fā)揮重大作用?？梢钥闯?盡管鋼鐵材料在當(dāng)前仍然占主導(dǎo)地位,但其份額卻在逐年減少,而鋁合金、鎂合金、塑料等輕量化材料的用量則呈持續(xù)上升的趨勢。在最近投產(chǎn)的某些新車型中,鋼鐵材料的比例更低,例如在奧迪A2中,鋼材的比例僅為34%,輕質(zhì)材料則高達(dá)52%。國外開發(fā)的全鋁車身已經(jīng)在AUDIA8、BMWZ8、FERRARI360等很多車型上使用,甚至全鋁發(fā)動機(jī)、輪轂都已經(jīng)開始實際應(yīng)用。雖然聯(lián)邦政府和歐共體有多種與材料有關(guān)的研究項目,但整體上主要還是體現(xiàn)在墓礎(chǔ)研究方而。從汽車行業(yè)的應(yīng)用性研究來講,主要依靠企業(yè)的自身力量,這與美國汽車行業(yè)的情況很不相同,后者可從國家得到各種資助。不僅如此,德國政府在支持、促進(jìn)和推廣新材料在汽車行業(yè)的應(yīng)用以及采用新材料的汽車的生產(chǎn)、銷信等方而也沒有任何鼓勵的政策與措施。雖然從長遠(yuǎn)戰(zhàn)略上說,汽車采用新材料具有多種重要意義,但就口前的實際而言,首要目的是減輕重量、提高效率、降低能耗、減少環(huán)境污染。從根木上來講,汽車減輕屯量很有好處,既可增加使用面積,又可節(jié)省燃料消耗,減少環(huán)境污染。汽車能耗的70%與汽車重量有關(guān),如中型轎車的自重每減少100公斤,每百公里的燃料消耗就可減少0.4公升。此外,自重減輕對加速和彈性等行駛效率也有積極影響,同時可使轉(zhuǎn)動和振動部件的噪音明顯降低。試驗證明,假如負(fù)荷是單軸的或者在結(jié)構(gòu)上可以沿纖維方向伸展的話,纖維強(qiáng)化的材料明顯比金屬優(yōu)越。近年來,雖然日本汽車工業(yè)由于各種原因而陷于持續(xù)的不景氣狀況之中,但各汽車廠商從長遠(yuǎn)利益出發(fā),仍繼續(xù)著各種汽車用新材料及其相關(guān)伎術(shù)的研究開發(fā),并取得品些進(jìn)展?？偟膩砜?這一領(lǐng)域研究開發(fā)的重點主要集中在三個方面。一是大力開發(fā)各類“低公害車”所需材料；二是繼續(xù)發(fā)展汽車以鋁、塑等代鋼技術(shù)；三是提高汽車用材料再生利用率。一、“低公害車”所需材料的發(fā)展?fàn)顩r隨著全球環(huán)保呼聲日益高漲,電動汽車、甲醇汽車、天然氣汽車等不以汽油為動力源的所謂“低公害車”展現(xiàn)出誘人的發(fā)展前景。但是,目前這類汽車離實用化都還相距甚遠(yuǎn)。其有待解決的主要問題之一就是所需的各種材料技術(shù)尚未過關(guān)。在被認(rèn)為是最理想的“低公害車”的電動汽車的研究中,目前面臨的主要課題仍然是車體的輕量化和蓄電池的高性能化,而這都與材料技術(shù)密切相關(guān)。在東京電力公司和日產(chǎn)汽車公司分別開發(fā)的高性能電動汽車的概念車IZA和FEV,為了減輕車休重量,外板均采用了碳纖維強(qiáng)化塑料,底盤均采用了各種招合金材料。然而,這兩種概念車的開發(fā)者一致認(rèn)為,對批量生產(chǎn)而言,采用昂貴的CFRP材料是不現(xiàn)實的。出路在于能多大程度地采用鋁合金材料。比車體輕量化更為重要、也更為復(fù)雜的問題是蓄電池的高性能化。在IZA和FEV中采用的是鎳鎘電池,它是已能實用的各種蓄電池中能量密度高的。但因鎘資源很少,故對大批量生產(chǎn)電動汽車并不合適。據(jù)日本通產(chǎn)省估計,全球鎘儲藏量僅約97萬噸,只能供制造1000萬輛電動汽車使用。二、鋁、塑代鋼技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r從80年代起,主要為了減輕汽車重量以降低耗油量、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境,在汽車制造中以鋁、塑代鋼技術(shù)開始發(fā)展起來,但至今仍未出現(xiàn)成熱的批量生產(chǎn)車型。其重要原因是以鋁、塑代鋼并不僅僅意味著材料的替換,還意味著汽車的設(shè)計、加工、裝配各個環(huán)節(jié)都必須進(jìn)行大幅度的更動,因而風(fēng)險很大。目前,除馬自達(dá)公司外,日本各大汽車廠商都還只在少量零部件或特殊車種（如運動車）試制中應(yīng)用鋁、塑代鋼佼術(shù)。三、汽車用材料再生利用發(fā)展?fàn)顩r為了節(jié)省資源、保護(hù)環(huán)境,日本于1992年10月開始實施“關(guān)于促進(jìn)再生資源利用的法律”。汽車是該法律適用對象之一,要求制造商在設(shè)計階段就對再生利用作出評價,并從材料、結(jié)構(gòu)、拆分等各方面進(jìn)行積極研究。該法實施以來,日本有關(guān)汽車用材料再生利用的研究進(jìn)一步受到重視,取得了一些新進(jìn)展。豐田、日產(chǎn)、本田等公司均已開始通過各自的銷售網(wǎng)來系統(tǒng)地回收在維修中換下的保險杠,經(jīng)洗凈、粉碎后,加工成貨物周轉(zhuǎn)箱（豐田）、通風(fēng)管迸（日產(chǎn)）、換氣口（本田）等等重新加以利用。為了進(jìn)一步提高由高級聚丙烯材料制成的保險杠的再生利用率,各汽車公司正在加緊研究能完全消除舊保險杠表面油漆的影響,從而用舊材料制造新保險杠的有關(guān)技術(shù),升已取得階段性成果。如日產(chǎn)公司的“有機(jī)鹽系溶劑分解、剝離法”、富士重工業(yè)公司的“微粉碎法”、豐田公司的“加壓水分解法”等,在不遠(yuǎn)的將來,即可望獲得實際應(yīng)用。汽車車身、底盤(含懸掛系統(tǒng))、發(fā)動機(jī)三大件約占一輛轎車總重量的65%以上。其中車身外、內(nèi)覆蓋件的重量又居首位。因此減少汽車車身重量對降低發(fā)動機(jī)的功耗和減少汽車總重量具有雙重的效應(yīng),是汽車輕量化的重要途徑。車身輕量化的研究是現(xiàn)代車身設(shè)計的一大主流。當(dāng)前,節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適、智能和網(wǎng)絡(luò)是汽車技術(shù)發(fā)展的總趨勢,尤其是節(jié)能和環(huán)保更是關(guān)系人類可持續(xù)發(fā)展的重大問題。汽車油耗與車重關(guān)系密切,汽車行駛過程中受到空氣阻力、輪胎阻力、加速阻力和爬坡阻力等,其中后面三項均與車身本身的重量成正比,這直接影響轎車的油耗,因此,降低燃油消耗、減少向大氣排出CO2和有害氣體及顆粒已成為汽車界主要的研究課題。減小汽車自身質(zhì)量是汽車降低燃油消耗及減少排放的最有效措施之一。尤其是當(dāng)前全球能源缺少的危機(jī)之下,輕量化技術(shù)對于未來轎車發(fā)展有著巨大的意義。實現(xiàn)輕質(zhì)車身,最主要就是大量應(yīng)用使車身輕量化的材料,同時進(jìn)行車身輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計等。目前,車身輕量化的主要途徑有2條:效果比較明顯的是用輕型材料(如鎂、鋁、塑料盒復(fù)合材料等)替代車身骨架及內(nèi)、外壁板原有的鋼材,目前已制造出部分產(chǎn)品;另一種有效的方法是通過優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)實現(xiàn)輕量化,其代表性成果為ULSAB(UltraLightSteelAutoBody)項目112。現(xiàn)代汽車車身除滿足強(qiáng)度和使用壽命的要求外,還應(yīng)該滿足基本性能、外觀、安全、價格、環(huán)保、節(jié)能等方面的需要。在九十年代以前,以轎車為例,其整車質(zhì)量中,鋼鐵占有80%,鋁占3%,樹脂占4%。由于能源價格不斷上升,作為輕量化材料的高強(qiáng)度鋼板、表面處理鋼板用量逐年上升,有色金屬材料的用量也在不斷增加,其中,鋁合金材料的應(yīng)用明顯增加,非金屬材料也逐步增加。本文主要就車身輕量化材料的發(fā)展做研究。1.2國內(nèi)汽車用材料發(fā)展?fàn)顩r分析我國汽車材料是伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的。尤其是在/七五0至/九五0期間,我國通過合資的方式引進(jìn)了國外先進(jìn)的汽車產(chǎn)品技術(shù),縮短了與發(fā)達(dá)國家之間的差距。在引進(jìn)技術(shù)的帶動下,/九五0期間/轎車新材料技術(shù)開發(fā)0被列入國家科技攻關(guān)計劃,同時在國家863高技術(shù)計劃新材料領(lǐng)域的支持下,先后開發(fā)出了一批轎車國產(chǎn)化急需的金屬材料和非金屬材料,促進(jìn)了國產(chǎn)汽車材料的技術(shù)進(jìn)步。但是,同國外相比,我國汽車工業(yè)整體技術(shù)水平還比較落后,汽車材料領(lǐng)域的差距更大。主要表現(xiàn)為:企業(yè)開發(fā)能力不足,缺乏創(chuàng)新、競爭能力;技術(shù)與管理水平落后,生產(chǎn)規(guī)模小,勞動生產(chǎn)率低,產(chǎn)品質(zhì)量差;產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理,技術(shù)含量低,低檔產(chǎn)品過剩,高端產(chǎn)品依靠進(jìn)口;汽車行業(yè)采用的材料系列與品種繁雜、數(shù)量少,使汽車專用材料的產(chǎn)量難以達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模;汽車材料基礎(chǔ)技術(shù)研究薄弱,缺少材料評價技術(shù)與體系,材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)混亂,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)貧乏。從總體上看,國內(nèi)汽車材料領(lǐng)域的現(xiàn)狀還不能滿足我國汽車工業(yè)的發(fā)展需要。國內(nèi)汽車工業(yè)的迅速發(fā)展以及加入WTO,使我國汽車材料領(lǐng)域面臨著前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。不僅汽車材料的需求量持續(xù)增長(預(yù)計從現(xiàn)在起到2020年,年均增長率可達(dá)20%以上),而且對材料的品質(zhì)提出了更高的要求,這為我國汽車材料領(lǐng)域的發(fā)展創(chuàng)造了十分有利的條件。2汽車發(fā)動機(jī)連桿新材料新工藝的應(yīng)用研究當(dāng)今，汽車工業(yè)的主體技術(shù)正步入轉(zhuǎn)型換代的新時期，輕量化、智能化、節(jié)能、安全和環(huán)保是重要的發(fā)展方向。汽車用材料屬于技術(shù)含量高、性能指標(biāo)高、附加值高的三高產(chǎn)品，代表著材料發(fā)展的最高水平。連桿是發(fā)動機(jī)主要零件之一，是傳遞動力的重要運動部件，又是發(fā)動機(jī)的安全件，所以連桿的質(zhì)量直接影響發(fā)動機(jī)的使用性能和安全。連桿從結(jié)構(gòu)上看并不復(fù)雜，但其精度要求特別高，因此連桿加工工藝比較復(fù)雜。傳統(tǒng)連桿材料為高強(qiáng)度碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr或40MnB等，其加工工藝是連桿體和連桿蓋分別加工，該工藝對連桿體和連桿蓋接合面要求比較高，至少需要3-4道工序，然后合體加工。連桿新材料主要是高碳鋼和粉末冶金，其塑性變形非常小，連桿毛坯整體加工，利用撐斷技術(shù)，使連桿體和連桿蓋分開，斷面整齊、變形小，利用斷口進(jìn)行定位，無須再加工。1.連桿的功用、結(jié)構(gòu)特點及主要技術(shù)要求連桿功用是將活塞的力傳給曲軸，變活塞的往復(fù)運動為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。連桿的小頭隨活塞作往復(fù)運動，大頭隨曲軸作回轉(zhuǎn)運動，桿身在大小頭運動的合成下作擺動，所以，連桿除承受周期性變化的氣體沖擊外，還要承受較大的慣性力。這就要求連桿耐疲勞、抗沖擊，并具有足夠的強(qiáng)度、剛度及較好的韌性。由于發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)不同，連桿結(jié)構(gòu)略有差異，但基本上都由活塞銷孔端（小頭端），曲軸銷孔端（大頭端）及桿身三部分組成（如圖1所示）。大頭與曲軸的連桿軸頸相連，一般做成分開式，即連桿體大頭和連桿蓋連桿桿身和蓋用螺栓連接。小頭用來安裝活塞銷，以連接活塞。桿身常做成“工”字形斷面。連桿大小頭端的高度根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，有等高和不等高兩種，在V型發(fā)動機(jī)中，為了使結(jié)構(gòu)緊湊，連桿經(jīng)常采用不等高結(jié)構(gòu)。圖1連桿結(jié)構(gòu)現(xiàn)代的高性能發(fā)動機(jī)對連桿的要求是重量輕、強(qiáng)度高、剛度好、慣性力小且盡量采用強(qiáng)化工藝，其發(fā)展趨勢是采用短連桿結(jié)構(gòu)。發(fā)動機(jī)運動部件重量的減輕有助于降低能耗和噪聲，可以改善發(fā)動機(jī)的排放。對短連桿的需求是因為發(fā)動機(jī)正朝著體積小和功率大的方向發(fā)展。連桿機(jī)械加工的主要技術(shù)要求見表一表一連桿機(jī)械加工的主要技術(shù)要求2.連桿材料及毛坯汽車發(fā)動機(jī)連桿材料及其選擇標(biāo)準(zhǔn)連桿在工作中承受多向的交變載荷，要求有很高的強(qiáng)度，因此毛坯大都采用高強(qiáng)度碳鋼和中碳合金鋼模鍛而成。近年來，由于在連桿加工中所采用得撐斷新工藝和粉末冶金技術(shù)的發(fā)展，高碳鋼、可鍛鑄鐵和粉末冶金材料也被廣泛應(yīng)用。特別是粉末冶金鍛造工藝的應(yīng)用使粉末冶金件的密度和強(qiáng)度都大大提高，其密度可達(dá)7.8克/厘米3，抗拉強(qiáng)度可達(dá)140~240公斤/毫米2。粉末冶金零件毛坯的尺寸精度高，可以減少機(jī)械加工量和材料浪費，從而能降低成本。另外，一些具有新型組成或微觀結(jié)構(gòu)的材料，如復(fù)合材料、鋁纖維增強(qiáng)合金材料等也有應(yīng)用。連桿的毛坯形式有兩種，一種是體、蓋分開鍛造，另一種是先將體、蓋鍛成一體，在加工過程中再切開后一種具有材料損耗少，鍛造工時少等優(yōu)點，故其應(yīng)用愈來愈多，成為一種主要的毛坯形式。為了保證連桿的質(zhì)量和加工精度，各廠對連桿毛坯都有較嚴(yán)格的要求，連桿毛坯必須達(dá)到一定的技術(shù)要求并經(jīng)過嚴(yán)外觀檢查毛坯表面應(yīng)光潔，非加工表面不允許有凹陷、飛刺及分層，并通過磁力探傷以檢查是否有裂紋。此外，我們還要對毛坯的總重量及大小頭重量也有嚴(yán)格的要求，對毛坯重量的公差也有相關(guān)規(guī)定。3.連桿的機(jī)械加工典型工藝路線連桿形狀復(fù)雜不易定位和夾緊，其剛性差、容易變形，因此其加工精度較高。3.1.連桿體檢查及驗收毛坯→粗磨大小頭兩平面（半自動雙頭立軸圓臺平面磨床）→鉆鉸小頭孔及一面倒角（鉆鉸組合機(jī)）→小頭孔倒角（立式鉆床）→拉半圓、結(jié)合面、兩側(cè)面及倒角（連續(xù)拉床）→拉螺栓座面（20T雙溜板拉床）→拉小頭去重面（20T雙溜板拉床）→鉆鉸連桿體的螺栓孔、銑軸瓦鎖口槽、精銑結(jié)合面以及鉆油道階梯孔（13工位自動線）→清理毛刺→清洗并吹凈（清洗機(jī)）→檢查零件。3.2.連桿蓋檢查及驗收毛坯→拉連桿蓋兩平面（連續(xù)拉床）→拉半圓、結(jié)合面、兩側(cè)面及倒角（連續(xù)拉床）→拉螺母座面及去重塊三面（連續(xù)拉床）→鉆鉸螺栓孔、銑軸瓦鎖口槽、精銑結(jié)合面（13工位自動線）→清理毛刺→清洗并吹凈（清洗機(jī)）→檢查零件。3.3.連桿總成裝配連桿體及蓋→擰緊連桿螺栓并保證力矩（螺栓擰緊機(jī)）→精磨大小頭兩平面（半自動雙頭立軸圓臺平面磨床）→粗鏜大頭孔（單面臥式金剛鏜床）→大頭孔倒角（立式鉆床）→半精鏜、精鏜大小頭孔并兩面倒角（11工位鏜孔自動線）→清理毛刺→稱重、精銑連桿大小端凸臺至規(guī)定重量（去重平衡銑）→中間檢查→清理毛刺→零件清洗（清洗機(jī)）→珩磨連桿大小頭孔（單軸液壓珩磨機(jī)、珩磨自動線）→零件清洗（清洗機(jī)）→復(fù)檢重量并分組（連桿總成專用秤）→修磨重量（砂輪機(jī)）→去凈連桿總成全部毛刺→最終檢查。4.連桿主要部位的加工工藝分析4.1.兩端平面的加工連桿加工的首道工序就是加工兩端平面。在大小頭孔精加工前，往往還要對此兩平面進(jìn)行精加工。連桿端面加工一般采用磨削工藝。在連桿毛坯鍛造時，對這兩端面進(jìn)行精壓，尺寸精度可達(dá)±0.15～±0.20mm。精壓的目的就是提高毛坯精度，減少余量，使其不再經(jīng)過車、銑粗加工就可直接磨削。4.2.體蓋分合面及其它平面的加工連桿除了兩端面以外的其它平面，也包括體蓋分合面及作定位用的大小頭側(cè)面，以及整體連桿毛坯的體蓋切開和切開后的半圓面，大多在連續(xù)式拉床上拉削。4.3.螺栓孔的加工連桿螺栓孔一般分為定位部分和緊固部分，定位部分為光孔，緊固部分為螺孔，因此，螺栓孔的尺寸和位置精度要求都比較高。作為定位的光孔，在鉆孔后還要進(jìn)行鉸孔。為了提高尺寸精度，螺栓孔采用槍鉆和槍鉸加工。在大規(guī)模自動化生產(chǎn)及近年來所建立的自動系統(tǒng)中，組合機(jī)床自動線用得越來越多，并且作為整個綜合加工系統(tǒng)的一部分，納入一條組合自動線中，或成為一條長自動線中的組合部分。采用組合機(jī)床自動線更便于多件多面加工，有利提高生產(chǎn)率。連桿新材料和新工藝已經(jīng)在國內(nèi)各大汽車廠（奇瑞/上海大眾/上海通用等汽車廠）新建的發(fā)動機(jī)廠得到應(yīng)用；蕪湖市的奇瑞汽車有限公司第二發(fā)動機(jī)廠也建了一條連桿線，連桿材料為C70，加工工藝采用最新的激光撐斷技術(shù)，規(guī)劃中的發(fā)動機(jī)三廠準(zhǔn)備用粉末冶金作為連桿材料。3汽車輪轂材料的發(fā)展現(xiàn)狀及制備工藝輪轂作為汽車一個重要部件,對汽車節(jié)能、環(huán)保、安全性、操控性都有重要的影響,因此如何選材及加工成型,達(dá)到輕量化,意義深遠(yuǎn)。優(yōu)質(zhì)汽車輪轂包括以下基本條件[1]:1質(zhì)量輕,價格低,表面質(zhì)量高,易于成型；2具有良好的靜力學(xué)、動力學(xué)以及耐腐蝕特性；3具有良好的回轉(zhuǎn)特性和導(dǎo)熱特性；4具有良好的回收能力,符合環(huán)保要求。對于性能例如強(qiáng)度,目前可以采用專業(yè)工具進(jìn)行分析,如美國MSC公司的MSC.NASTRAN,同時進(jìn)行尺寸優(yōu)化[2],但所有這些都基于選材。輪轂材料可以粗略分為鋼鐵材料、合金材料、復(fù)合材料等三大類別,同時結(jié)構(gòu)上分為一件式、兩件式、三件式,因此其加工制備工藝多種多樣。1鋼鐵材料鋼制輻板式輪轂的最早記錄是1905年[3],由于其強(qiáng)度高、散熱性能好、耐磨損等特性,在很長時間里被轎車采用。盡管70年代以來,各種新型材料如輕質(zhì)合金等相繼問世,但該種輪轂仍以其成熟簡單的工藝,低廉的成本和優(yōu)良的性能在汽車市場占據(jù)一定的份額[4]。1.1碳素鋼碳素鋼主要用于規(guī)則成型鋼輪轂,該輪轂是由堅固的圓柱形輪輞和碳素鋼輪盤焊接而成。為了改善剎車輪盤的通風(fēng)情況,在輪轂上加工一定數(shù)量的圓孔,但這不會降低使用期內(nèi)對外來受力的抵抗程度。盡管具有價格優(yōu)勢以及一般動力性能機(jī)車上的滿意度,但對于一些特定類型的汽車而言,仍然具有許多缺點,故不推薦使用。首先,由于該輪轂是由廉價的低抵抗力的碳素鋼制作而成,對于剎車盤不能大面積冷卻,因此,在高性能和安全性的車輛中不使用該類型輪轂。第二,由于該輪是由低強(qiáng)度材料制造而成,輪盤和輪轂的厚度要達(dá)到相當(dāng)大的程度,導(dǎo)致重量增加。在現(xiàn)有制造工藝中,幾乎不可能滿足良好性能要求,更為重要的是,冷卻剎車盤不會制作更多大面積的圓孔,而這又降低了減重的可能性。由于重量增加,輪轂具有較大的慣性,對于無懸浮結(jié)構(gòu)支持的輪子來說,無疑增加了剎車和操控系統(tǒng)的阻力,難以掌握車子的運動方向,結(jié)果使剎車系統(tǒng)、懸浮系統(tǒng)、操控系統(tǒng)的改進(jìn)盡數(shù)消除。因此,在高性能車中不使用該種輪轂。第三,該輪轂生產(chǎn)構(gòu)成不允許在表面之上裝飾各種精美的圖案,使其不可能裝備豪華車和運動跑車,因為購買者不會接受因裝該輪而缺乏美感。1.2球墨鑄鐵球墨鑄鐵以其優(yōu)良的綜合力學(xué)性能應(yīng)用在輪轂上,如鐵素體球墨鑄鐵、高韌性球墨鑄鐵等。但是,由于類似碳素鋼輪轂的缺點,以及鑄造過程的復(fù)雜性和鑄造模型所限,輪轂形狀難于控制,限制了其應(yīng)用。1.3其他鋼鐵材料一些合金鋼如加入鈦元素的低合金鋼,合金元素可以細(xì)化晶粒,提高鋼的力學(xué)性能,使鋼具有強(qiáng)度高、塑韌性好、加工成形性和焊接性良好,可以作為輪轂用鋼[5]；此外,低合金高強(qiáng)度F+B雙相鋼,如低碳含鈮鋼,提高貝氏體含量,可以提高屈服強(qiáng)度,提高擴(kuò)孔率,也可以用作輪輻和輪輞用鋼[6]。在實際應(yīng)用中的多數(shù)鋼制輪轂是通過已成型的輪緣和輪盤焊接而成,盡量使自重降低。國外許多發(fā)明創(chuàng)新采用鋼板冷變形加工而成輪輞與輪盤,并且在焊接方法上采用了一定的技術(shù)創(chuàng)新,如:US6052901等專利。2合金材料2.1鋁合金1923年,賽車開始使用砂模鑄造鋁合金車輪轂。第二次世界大戰(zhàn)后,鋁合金輪轂用于普通汽車。1958年,有了鑄造整體鋁合金輪轂,以后不久又有了鍛造鋁合金輪轂。1979年,美國把鋁帶成型車輪作為標(biāo)準(zhǔn)車輪。1980年,聯(lián)邦德國奔馳公司開始成批采用帶材成型鋁合金輪轂裝備240D型轎車。日本是世界上生產(chǎn)鋁合金輪轂最多的國家,1973年,成批生產(chǎn)轎車鋁合金車輪;1977年,成批生產(chǎn)載貨車與大客車鋁合金車輪;1979年,成批生產(chǎn)復(fù)雜摩托車鋁合金車輪。在過去的10年,全球鋁合金汽車輪轂產(chǎn)量的年平均增長率達(dá)71.6%[7]。時至今日,世界上幾個主要汽車生產(chǎn)大國已經(jīng)將鋁合金輪轂作為車輛的標(biāo)準(zhǔn)配置。中國鋁合金輪轂制造業(yè)發(fā)起于20世紀(jì)80年代末期。20世紀(jì)90年代中期,出現(xiàn)興建汽車鋁輪轂廠的投資高潮;1998-2001年期間,由于國內(nèi)汽車鋁輪轂產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國內(nèi)汽車行業(yè)要求,進(jìn)入了緩慢發(fā)展階段;2002年至今,中國汽車制造業(yè)快速發(fā)展,出現(xiàn)新一輪投資汽車鋁輪轂行業(yè)強(qiáng)勁勢頭[8]。與鋼制汽車輪轂相比,鋁合金汽車輪轂具有如下優(yōu)點:重量輕,可比鋼制車輪轂重量減輕30%-40%,通常使用1kg鋁合金,汽車自重要下降2.25。美國目前每輛轎車用鋁合金至100kg,可減重225kg,按一輛轎車使用10年、行駛400km計算,可節(jié)約6.3t汽油,效益可觀。鋁合金汽車輪轂有明顯的減重效果,見表1；減震性能好,吸收沖擊能量強(qiáng),從而可以改善車輛的行駛性能,提高安全性;導(dǎo)熱性好,熱導(dǎo)率約為鋼的3倍,可以降低輪胎的工作溫度,提高輪胎的使用壽命;外形美觀,采用不同工藝生產(chǎn)鋁合金輪轂的結(jié)構(gòu)可以多樣化,可以很好地滿足各類使用者的審美要求。隨著汽車安裝ABS普及率的提高,為了減輕非懸掛件質(zhì)量和減輕剎車系統(tǒng)的負(fù)荷,鋁合金輪轂的使用正變得越來越普及[9]。據(jù)統(tǒng)計,輕型車上鋁合金輪轂的使用率現(xiàn)已達(dá)到50%左右,有的國家已經(jīng)超過60%。轎車用鋁合金輪轂大致可分為一體式和組合式兩類。一體式可用鑄造或鍛造兩種工藝生產(chǎn),適用的鋁合金有A356.2、AC4C、H5052等。組合式(二片型或三片型)輪轂的輪輞多由板材成型,輪輻則由板材成型或鍛造成型,適用的鋁合金有5054.O、5052.O和6063.等。汽車采用鋁合金輪轂后件重效果明顯,輕型車使用鋁合金輪轂比傳統(tǒng)鋼制輪轂輕30%-40%,中型汽車可輕30%左右。美國森特來因.圖爾公司用分離旋壓法制出的整體板材(