汽车轮毂材料发展现状和制作工艺

聂晓朋++杨磊++张世琪

摘 要：汽车轮毂是汽车的一个重要部件，其直接关系着汽车的运行安全，因此汽车轮毂的质量和性能必须要得到保障。而影响汽车轮毂质量及性能的一项关键因素就是轮毂材料。用于生产制作汽车轮毂的材料较多，随着相关工艺技术的发展和新材料的不断出现，汽车轮毂材料不断更新换代，越来越多的优越性材料被应用在汽车轮毂制作中，不同的材料，所对应的制作工艺也各不相同。本文主要分析了汽车轮毂材料的发展现状并简要介绍了其制作工艺，希望有助于我国汽车行业的发展和进步。

关键词：汽车轮毂 轮毂材料 发展现状 制作工艺

中图分类号：THl3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）09（b）-0092-02

轮毂是汽车当中的一个重要部件，不但影响着汽车的安全性和操控性，同时也对汽车的节能、环保具有重要的影响。近年来，汽车轮毂越来越趋于轻量化，因此在汽车轮毂材料的选择上越来越趋于质量轻、各方面性能好、表面质量高、可回收利用以及价格低的材料。总体上来看，目前汽车轮毂材料主要有3类：钢铁材料、合金材料以及复合材料。同时，其加工制作工艺也多种多样。笔者结合实际，分析了汽车轮毂材料的发展现状并简要介绍了其制作工艺，仅供参考。

1 钢铁材料

钢铁材料是最早的汽车轮毂材料，早在1905年就已经出现了钢制辐板式轮毂。钢铁材料用于制作汽车轮毂的主要优势在于其强度高、耐磨损以及散热性能好。虽然后来随着科技的发展，出现了越来越多的轻质汽车轮毂材料，但由于钢铁轮毂制作工艺简单、性能优良、成本低廉，所以仍旧占有一定的汽车轮毂市场份额。

1.1 碳素钢

一般成型钢轮毂需要运用碳素钢材料，这种轮毂需要由碳素钢轮盘和圆柱形轮辋焊接而成。通过加工一些圆孔在轮毂上，可以有效改善刹车轮盘的通风，同时还这不会降低对外来受力的抵抗性。碳素钢材料的最大优势就是价格较低，并且也能够满足一般动力性能机车，但却不适合在一些特定类型的汽车中应用。具体来说，首先，碳素钢材料的低抵抗力较低，因此碳素钢轮毂无法对刹车盘进行大面积冷却，故而不适合在高性能、高安全性的汽车中使用；其次，碳素钢的强度较低，若想满足要求就必须加大轮盘和轮辋的厚度，但这也会导致轮毂重量增加，不符合如今的汽车轮毂轻量化要求，且重量的增加还会加大轮毂的惯性，进而增加无悬浮结构支持的轮子的刹车阻力与操控系统阻力，最终导致汽车的运动方向不好掌控；再者，碳素钢轮毂的表面不易装饰精美图案，缺乏美感，所以不适合在一些豪车和跑车中应用。

1.2 球墨铸铁

球墨铸铁在综合力学性能方面具有很强的优越性，因此常被用于制作汽车轮毂。不过，球墨铸铁同样也具备碳素钢的一些缺点，且其的生产制作过程难度较大，形状也不易控制，因此在实际应用上遭到了很大的限制。

1.3 其他钢铁材料

还有一些合金钢也经常被应用于制作汽车轮毂，这些合金钢材料普遍具有高强度、高塑韧性以及良好的焊接性和加工成形性，在实际应用中，一般是通过已成型轮缘及轮盘进行焊接而成，并且要尽可能地降低重量。近年来，国外还出现了钢板冷变形加工轮辋与轮盘的技术，且其焊接方法也得到了更新。

2 合金材料

2.1 铝合金

2.1.1 铝合金轮毂的优势

铝合金轮毂之所以如此受到业界的青睐，主要是由于其具备以下几项优势：（1）重量轻：铝合金轮毂在重量上比传统的钢铁轮毂要轻，一般可比钢轮毂减轻30%～40%，因此其转动惯性及汽车的加速性也更强，在制动时所需的能源较少，更加节能；（2）振摆和振动小：铝合金轮毂具备高精度及与轮胎的分离性，因此可以使汽车在行驶时减小振摆和振动，保持更稳的车体重心，提高平衡性能，从而改善汽车的驾驶性能；（3）散热性能好：汽车车轮的热源主要是来自于刹车和轮胎与路面摩擦，当汽车高速行驶时车轮温度会大大上升，爆胎危险性很高，而铝合金轮毂则拥有较高的散温系数，且其表面结构设计也更利于散热，即使汽车连续刹车也不会造成车轮温度过高，从而有效降低了爆胎发生率。

2.1.2 鋁合金轮毂的制作工艺

目前在铝合金轮毂的生产制作中，主要应用以下几种工艺：（1）铸造工艺：铝合金轮毂常常具有丰富的花色品种，而且适应性强、成本低廉，所以非常适合运用铸造工艺来进行制作，据统计，全世界约有八成以上的铝合金轮毂都属于铸造轮毂，而铸造工艺又可具体分为重力铸造工艺、挤压铸造工艺、低压铸造工艺以及压力铸造工艺等多种；（2）锻造工艺：锻造工艺的优点是加工量小、尺寸精确、强度高以及抗蚀性好，锻造而成的铝合金轮毂通常重量较轻，受力方向与晶粒流向相同，拥有高韧性和高疲劳强度，每个轮毂力学性能相同，典型伸长率可达12%～17%，承受冲击力、剪切力以及拉伸载荷的性能较强，以及表面没有气孔，易处理，涂层均匀，美观性好，但同时其制作工艺也更加复杂以及成本较高；（3）半固态模锻法：其属于介于固态与液态成形之间的工艺，与锻造工艺类似，工量较少，内部组织致密，表面光滑平整，力学性能好，气孔少，模具寿命长，虽然目前在我国尚处于初级阶段，但在未来拥有很大的发展前景。

2.2 镁合金

镁合金材料的主要优点是：屈服强度与铝合金相似，而比铝合金、钢铁材料等弹性模量低，同样受力下可消耗的变形功更大，可减振、降噪以及承受较大冲击震动负荷；加工性能与铸造性能较好，具有较强的切削加工性能，易于加工处理；拥有良好的电磁屏蔽性能、导热性能以及耐磨性；尺寸和收缩率稳定，铸件尺寸精度高；可回收利用，符合可持续发展要求和环保节能要求。因此，目前镁合金材料也渐渐在汽车轮毂的加工制造中得到了广泛应用。利用镁合金材料所制作出来的汽车轮毂，具有抗振性能好、比强度高、摩擦不起火花、受外力退让性好、截面设计自由度大以及切削性能好等优势。而其制作工艺则与铝合金轮毂类似。

3 复合材料

复合材料属于现代新型材料，可用于制造汽车车身、轮毂、发动机架、传动轴等多个部位。复合材料在性能上比传统材料具有很大的优势，例如其比强度高、比模量高，因此制作出来的部件质量较小、刚性较大；拥有良好的化学稳定性；拥有良好的减摩、耐磨及自润滑性；还拥有较高的韧性、抗热冲击性、导电性、导热性以及耐热性。另外，有的复合材料还具备更多的性能，如耐辐射性、耐烧蚀性、耐蠕变性等。这些性能，大大提高了汽车轮毂的质量，同时还能够满足其轻量化要求和节能要求。复合材料的制作方法也较多，除传统铸造法外，还有粉末冶金法：将金属粉末与增强颗粒进行混合，经去气、热压固结、轧制、挤压等步骤制作而成；原位反应合成法：通过元素与元素、化合物间的化学反应来合成更高强度、更好性能的复合材料，工艺简单，成本较低。

4 结语

综上所述，随着汽车轮毂材料的不断更新换代，其无论是质量还是性能，以及节能效果都在不断提升。在当前汽车轻量化的大趋势下，必须要合理选择轮毂材料，并不断改进相应的制作工艺，以制作出更加满足人们要求的汽车轮毂。

参考文献

[1] 李晓强.铝合金轮毂，汽车轮胎材料建设的新方向——针对汽车铝合金轮毂的铸造工艺研究[J].黑龙江科技信息，2016（27）：124.

[2] 李丙鹏，孙泽玉，陶雷，等.复合材料汽车轮毂的成型工艺及性能研究[J].材料开发与应用，2016（2）：37-41.

[3] 董延，韩冬瑞.新型铝钛基汽车轮毂材料的高温蠕变抗性研究[J].热加工工艺，2015（14）：86-88.endprint