Кованые алюминиевые колесные диски
Горячая ковка и холодная раскатка
Кованые алюминиевые колесные диски являются цельной деталью, которая изготавливается из одной заготовки металла путем горячей ковки с последующей горячей или холодной ротационной деформационной обработкой (раскаткой) и обязательной механической обработкой.
Технология ковки позволяет реализовывать самый разнообразный дизайн, почти так же как в литых дисках. Ковка всего колесного диска из одной заготовки обеспечивает ему более высокие прочностные свойства и меньший вес по сравнению с составными конструкциями, а также с литыми алюминиевыми дисками и, конечно, со стальными колесными дисками.
Figure 1 – Forged aluminium wheels for high performance applications (Source: Alcoa) [1]
Figure 1-1 – Wheel (A6061) for truck forged by Kobe Steel Co [2]
Преимущества кованых алюминиевых колесных дисков
- Кованые колесные диски обычно на примерно 25 % легче литых дисков.
- Хотя литье и является более дешевым процессом, литые колесные диски показывают значительно более низкие механические свойства, чем кованые колесные диски.
- Составные кованые колесные состоят из двух и больше деталей, которые соединяются между собой различными способами. В некоторых составных дисках применяют болтовые соединения, в других – сварку или даже адгезивные материалы. В любом случае соединения в составных колесных дисках действуют как концентраторы напряжений и местом возникновения усталостных трещин. Болтовые соединения могут быть источником вибрации или ослабевать.
- Кованые алюминиевые колесные диски превосходят литые алюминиевые диски, особенно в отношении ударной и усталостной прочности. Кованые диски вообще не разрушаются при ударных испытания, тогда как именно ударные испытания являются проблемой для литых колесных дисков.
- Повышенная усталостная прочность кованых дисков дает конструкторам возможность дальнейшего снижения их веса, в то же время, оставаясь по усталостной прочности не хуже литых дисков.
Figure 2 – Forged wheels offer a variety of design variants (Photos: Otto Fuchs) [1]
Преимущества ковки алюминия
1) Процесс ковки дает возможность полного использования свойств материала в отношении:
- механических свойств;
- вязкости;
- усталостной прочности.
2) Технология ковки позволяет достигать очень жестких допусков по размерам колесных дисков. В кованых колесных дисках не бывает пористости и раковин, что означает их высокую надежность.
3) Поверхность кованых колес дает более широкие возможности для ее конечной отделки.
Алюминиевые сплавы для ковки дисков
Стандартными сплавами, которые применяются для кованых алюминиевых колесных дисков являются термически упрочняемые сплавы системы легирования AlMgSi (серия 6ххх):
- 6082 в Европе и
- 6061 в Северной Америке.
Полное обозначение алюминиевого сплава 6082 по Европейскому Стандарту EN 573-1 выглядит следующим образом: EN AW-6082 или EN AW-AlSi1MgMn, а сплава 6061 – EN AW-6061 или EN AW-AlSiMgCu. Сплав 6082 – это аналог отечественного алюминиевого сплава АД35, а сплав 6061 – сплава АД33 по ГОСТ 4784-97.
Кованая микроструктура алюминия
Ковка вытягивает микроструктуру металла вдоль направления течения металла (рисунок 3) и тем самым позволяет полностью использовать потенциал сплава по прочности и вязкости.
Figure 3 – Forging aligns the grain structure of aluminium with the shape of the wheel (Source: Alcoa) [1]
Хотя и кованые, и литые колесные диски должны отвечать одним и тем же техническим требованиям по прочностным характеристикам и показателям надежности, кованые диски более устойчивы к перегрузкам и неправильному применению.
По сравнению с литыми дисками, кованые диски проявляют более высокую усталостную выносливость благодаря отсутствию пористости и наличию мелкой, гомогенной микроструктуры (рисунок 4). Кроме того, плотная деформированная микроструктура позволят достигать буквально зеркальной поверхности дисков после механической обработки их алмазным инструментом.
Figure 4 – Fatigue life curves of forged AlSi1MgMn -T6 and LPDC AlSi7Mg0.3-T6 (Source: Otto Fuchs) [1]
Изготовление кованых алюминиевых колесных дисков
Традиционная технология изготовления кованых алюминиевых колесных дисков включает несколько ковочных операций, грубую механическую обработку, термическую обработку, финишную механическую обработку и различные промежуточные и финишные обработки в зависимости от конструкции и дизайна.
Технологическая цепочка фирмы Otto Fuchs для изготовления облегченных кованых колесных дисков, впервые примененная еще в 1995 году, включает этапы, которые показаны на рисунке 5.
Figure 5 – Production steps for light weight forged wheel (Source: Otto Fuchs) [1]
Источники:
- European Aluminium Association, 2011
- Forging /Encyclopedia of Aluminum and Its Alloys – Eds. George E. Totten, Murat Tiryakioğlu, and Olaf Kessler – 2019
