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铝合金车轮制造项目可行性研究报告

第一章 项目总论

一、项目概述
1、项目名称：铝合金车轮制造项目
2、项目单位：常州市朝鹏车辆配件有限公司
3、项目建设性质：新建
3、项目地点：大冶市还地桥镇金桥工业园
4、项目负责人：皮新鹏
5、项目总投资：6000万元
二、项目建设区域基本情况
项目区大冶市位于湖北省东南部，长江中游南岸，地处武汉、鄂州、黄石、九江城市带之间、湖北“冶金走廊”腹地，地跨东经114°31′—115°20′，北纬29°40′—30°15′。西北与鄂州市为邻，东北与蕲春、浠水县隔江相对，西南与武汉市、咸宁市毗邻，东南与阳新县接壤。全市总人口92万，版土面积156.3平方公里，辖1个乡、10个镇、3个街道办事处、1个国有农场。
 ——矿冶历史悠久。天地一洪炉，大兴炉冶。大冶有3000多年的采冶史，1000多年的建县史，100多年的开放史。殷小乙时期，大冶的先祖就在这里竖炉冶炼，采冶技术相当于西欧19世纪水平。唐天佑二年（公元905年），吴武昌节度使秦裴置采矿冶炼机构青山场院，大兴炉冶，宋乾德五年（公元967年），升青山场院为县，取“大兴炉冶”之意，定县名为大冶。此后，黄巢筑炉，岳飞铸剑，朱元璋置铁冶所。19世纪末，清朝湖广总督张之洞引进西方先进技术和设备，在大冶境内开办大冶铁矿和大冶钢厂，创办汉冶萍公司，开创了中国近代民族工业的先河。1994年2月，国务院批准大冶撤县建市（县级市）。
——矿藏资源丰富。受大自然的恩赐，大冶是典型的资源型城市。目前，境内已发现和探明大小矿床（点）273处其中金、铜、铁等金属矿产12种，煤、硅灰石、方解石、石膏等非金属矿产30种，种类繁多，储量丰富。依托资源兴业，大冶工业企业主要集中在铁矿采选、钢铁和水泥等三大行业。建国以来，国家在大冶境内兴办了20多家大中型厂矿企业，成为我国重要的原材料工业基地之一。
——旅游特色鲜明。位于城区的铜绿山古矿冶遗址是我国乃至世界上目前出土遗址中年代最远、开采规模最大、延续时间最长、保存最为完整的古代矿冶遗址，被一些史学家称为人类历史第九大奇迹。市域西南部的鄂王城遗址，是国务院第五批重点文物保护单位，保安镇是中国民间文化（石雕）之乡。境内小雷山、黄坪山、青龙山、天台山、大王山、董家口、黄金湖等山水旅游资源，具有良好的开发价值。
——交通条件便捷。大冶地处武汉城市圈内，依托长江，背靠武汉，连接黄石，是武汉城市圈冶金建材走廊的重要支点。市区与黄石市区基本相连，距省会武汉仅90公里。沪蓉高速公路距市区20公里，106国道、武九铁路、山南铁路、和正在建设的大广（大庆—广州）高速公路、沪汉（上海—武汉）高速铁路贯穿全境，罗桥二级火车客、货运站位于城北，长江流经市境东隅，船舶经大冶湖闸可通江达海，已形成公路、铁路、航运三大交通网络。市域内镇村公路全部硬化，已基本实现农村公路湾湾通。
——基础设施完善。宁汉高速宽带光纤通过大冶，数字大冶工程已全面启动。十五万吨长江引水一期工程已建成投入使用，可为居民生活、工业生产及经济建设发展提供优质的生活用水和充足的工业用水。管道燃气工程已经启用。城乡电网发达，市域全境已实现电气化，十多座变电站遍布城乡，能源供应充足。境内有省级大冶经济开发区、省管灵成工业园和4个初具规模的小城镇工业区，为工业项目的聚集建设和发展提供了平台。
——经济转型有序。2006年6月，大冶市委、市政府确定了经济转型的思路：提升经济形态，延伸产业链条，把发展的重心从“地下”转向“地上”;改造传统产业，培育接续产业，实现优势再造。同年8月19日，大冶市委召开三届八次全体（扩大）会议，对大冶经济转型进行了动员部署，随后召开的大冶市第四次党代会，进一步明确了大冶今后一个时期四大发展战略，“经济转型、开放接轨、文化提升、环境创新”。由此，大冶迈开了向资源情结挑战的步伐，开始了依靠自身努力自发的经济转型。2008年3月，大冶市被国家批准为全国首批12个资源型枯竭城市。自此，大冶市确定了以经济、生态、社会、文化、机制转型为主体的“五大转型”路径，即全方位的城市转型。其中，经济转型的重点是构筑两大平台（依托大冶经济开发区和灵成工业园两大平台，集聚工业项目，推进产业集约集群发展）、打造三大区域经济板块（大冶开发区和罗桥新区板块，重点发展先进制造业和现代服务业为主的第三产业；金湖、陈贵、灵乡板块，重点发展冶金及钢铁延伸加工业、畜禽生产加工业；还地桥、保安板块，重点发展水泥、新型建材和特色水产养殖加工业）、发展四大产业集群（发展壮大机电制造、食品饮品、新型建材、纺织服装等四大销售收入过百亿的产业集群）。其转型目标是到2015年，大冶市力争地区生产总值、财政收入和地方一般预算收入、全社会固定资产投资等三项主要经济指标年均增幅位居全省同类城市前列，综合经济实力在全省率先进入全国“百强县市”行列。
2010年，大冶地方生产总值突破245亿元，同比增长约17.1％；财政总收入25.96亿元，同比增长40.2％；一般预算收入11.84亿元，同比增长68.9％。城镇居民人均可支配收入15211元，增长14.9％；农民人均收入6673元，同比增长19.1％。
2011-2-20 10:59 上传
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第二章 项目投资背景

我国汽车、摩托车工业经过叨多年的发展，已成为国民经济的一个重要产业。2010年，中国车市在购置税优惠、以旧换新、汽车下乡、节能惠民产品补贴等多种鼓励消费政策叠加效应的作用下，汽车产销分别为1826.47万辆和1806.19万辆，同比分别增长32.44%和32.37%，产销再创新高，蝉联全球第一美名。我国的汽车、摩托车工业，既有新的发展机遇，也面临严峻的挑战。
汽车、摩托车零部件工业，是汽车、摩托车工业发展的基础。没有零部件工业的进步，汽车、摩托车整车的进步就无从谈起。汽车车轮是汽车行驶系申的重要零部件之一，承受着车辆的垂直负荷、横向力、驱动(制动)扭矩和行使过程中所产生的各种应力。它是高速回转运动的零件，要求尺寸精度高、不平衡度小，支撑轮胎的轮辆外形准确，质量轻并有一定的刚度、弹性和耐疲劳性。长期以来，钢制车轮在汽车车轮中占主导地位。随着技术的进步，汽车各项性能指针的提高，世界各国政府对节能、安全、环保要求的日趋严格，采用铝含金生产车轮就成为最佳选择。国外从20世纪20年代开始生产汽车铝合金车轮，70年代起逐步得到推广。今天，汽车铝合金车轮以其美观、节能、散热好、质轻、耐腐蚀、加工性好，正在逐步替代钢制车轮。世界上铝合金车轮的装车率估计已超过40%，而且几乎覆盖了所有车型。我国的铝合金车轮的生产厂家从20世纪叨年代以来经历了一哄而起，群雄逐鹿的过程，优胜劣汰，健康发展。目前，在汽车、摩托车几十种关键零部件中，铝合金车轮也许可以说是惟一能够替代进口，而且还可向美国、日木、欧洲等发达国家出口的重要零部件。另外，随着汽车工业市场全球化、采购国际化进程的加快，中国的制造业日益成为世界性制造基地。国外各大汽车集团和著名摩托车生产企业，或在中国投资建厂，或在加大采购份额，国内一些技术先进、管理严谨、质量过硬的铝合金车轮生产企业，已经成为他们的全球供货商。显然，这是千载一遇的机遇，但又是新的挑战。现在的情况是，就我们多数汽车、摩托车铝合金车轮生产厂的制造技术水平而言，我们与发达国家的同行比较还存在着一定的差距。几乎每个企业都面临着一个提升核心竞争力的问题。
掌握先进制造技术是提升核心竞争力的重要方面。我国上百家铝合金车轮生产厂家发展很不平衡，有的起点高、装备好，已接近和赶上发达国家同行的水平;有的相对落后，甚至还很原始，而这些厂家又苦于找不到自己迫切需要的技术未源。为此，我们根据行业内进行市场调查，组织聘请一批长期从事铝合金车轮制造的专家，针对铝合金车轮制造技术当前存在问题问题进行了综合分析，并结合当前国外的技术结合自身研发出了一套先进的生产工艺技术，将铝合金车轮制造技术提升到一个新水平，以适应我国汽车、摩托车工业发展的需要。
铝合金车轮制造过程涉及冶金材料、熔炼、铸造、模具、精密加工、热处理、涂装和材料表面处理等多种技术，涵盖三维造型设计·有限元分析、计算机模拟铸造过程、材料力学、结构力学、热力学、金属加XX艺学、表面工程、工业设计学、工程美学、环境保护等多个学科门类，需要跨学科协同作战。
1923年Bugdt;公司大胆地将砂型铸造的铝合金车轮装上了赛车，20世纪30年代联邦德国汽车联合会、拜尔(BMW)发动机公司及戴姆勒一奔驰汽车公司，正式将钢制辐条式轮毅与铝质轧制轮辆相结合的车轮装上了汽车，为铝合金车轮的发展奠定了基础。二次世界大战和世界性的能源危机大大刺激了汽车商的"轻量化"需求。1945年汽车厂商纷纷开展批量生产铝合金车轮的研究，主要集中在铝合金车轮材质和成形工艺方面，但由于车轮的特殊安全要求，仍末
能实施批量生产。直至20世纪50年代末，联邦德国还只能少量地生产铝合金车轮。1970年后，拜尔发动机公司首先将铸造铝合金车轮作为特殊部件装到了2002型轿车上，1972年又在双门小轿车上成批装上了铸造铝合金车轮，开创了铸造铝合金车轮批量用于轿车的新局面。
日本铝合金车轮工业是在1970年后至1984年之间迅猛发展起来的，在1984年的年产量达640万件。意大利在1979年曾生产150万件。到1980年，西欧共生产700多万件铝合金车轮 (其中50%是铸造铝合金车轮)，并以年产6%～7%的速度递增。1988年，美国生产的车辆中，铝合金车轮己作为好几种车型的系列部件，P0ntiac SE车型的Grand Prix车甚至采用了涂装彩色条带状的铝合金车轮。通用汽车公司生产的Gorvette车和另外两种Grand Prix车型也采用了铝合金车轮;Pontiao Fiero的一种新车采用了表面为黑色的铝合金车轮;Dodge Dynasty车也把花边式样的铝合金车轮装了上去。1988年，福特公司在Merkur Scorpio轿车上装了铝合金车轮，并将铝合金车轮定为公司系列的标准件。20世纪80年代初，美国原装轿车铝合金车轮的装车率大约为4%～5%，如今已逾40%。而日本目前的轿车铝合金车轮装车率己逾45%，欧洲国家己逾50%。
我国的铝合金车轮工业起步较晚，最早使用铝合金车轮是在20世纪80年代初，国营洪都机械厂将砂型铸造的铝合金车轮装在边三轮摩托车上，但数量很少，也末形成气候。到20世纪80年代末，我国出现了第一个具有现代规模的戴卡轮教制造有限公司，其规模和设备都步入了世界先进行列。20世纪90年代初又在广东出现了既生产汽车，又生产摩托车铝合金车轮的南海中南铝合金轮载有限公司，这两个生产厂的生产装备部巴达到国际水平。20世纪90年代初，因国内汽车和摩托车对铝合金车轮的装车欲望还很低，钢圈还占据着绝对统治市场的地位。随着我国公路设施的飞速发展，这两个企业又分别在汽车、摩托车行业中积极地宣传，铝合金车轮开始以极其迅猛之势在全国得到推广，生产铝合金车轮的工厂也像雨后春笋，在全国迅速蔓延。2002年，我国轿车的铝合金车轮装车率巳接近45%;摩托车的铝合金车轮装车率己超过50%。综上所述，不难看出:铝合金车轮是现代车辆 "轻量化"、"高速化"、"现代化"的必然产物。

第三章 铝合金车轮的现状和趋势

1·国内外铝合金车轮产品现状和趋势
(1)汽车铝合金车轮产品
1)规格。汽车的高速化迫使车轮朝 "三化"(扁平化、子午线化、无内胎化)迅猛发展。国外轿车车轮己日趋大直径、宽轮辆发展的格局，原来多见的12～13in的小径轮己越来越少，有逐步被淘汰的趋势，目前主流已是15inX7in以上规格，并逐步朝17～19in大径宽辆发展，甚至已出现20～26in车轮装在汽车上的报导。同时，一些发达国家，特别是美国等以公路运输为主的国家，巳开始将铝合金车轮装到集装箱车和大巴车上。这种22.5in的大径轮目前还主要采用锻坯制造，铸造的铝合金车轮很少，还末形成大批量生产的气候，市场处于 "供难应求"的局面。我国汽车装铝合金车轮还是初期阶段，国产轮胎规格品种还远跟不上 "三化"的要求。但主机厂对使用铝合金车轮的意识日益加强，限于我国轿车本身档次，国内用的铝合金车轮一般都在15in以下。为市场竞争需要，许多微型车也都用上了铝合金车轮，但大都是12～14in的小车轮。
2)结构。从成本考虑，除特殊场合装用二片式和三片式的复合车轮外，整体铸造的铝合金车轮已成为当今世界整个轻合金车轮的主流。我国的铝合金车轮几乎全是整体式铸造铝合金车轮结构，但也有个别企业为取其铝合金车轮之貌以免在市场中掉队，又尽量不想增加因铝合金车轮而增加成本的矛盾，开拓了铝一钢二片式复合式车轮，解决了企业的"燃眉之急"，但这种结构的铝合金车轮因综合了铝、钢两种车轮的缺点，估计不太可能成为市场的前景产品。同样，在摩托车铝合金车轮中，整体式铸造铝合金车轮占领着铝合金车轮的市场，国内生产极少数的二片式的复合车轮，主要是出口供特殊场合用。
3)外观和色泽。作为象征整车档次之一的车轮外观，在点缀整车的"时装化"作用中越来越向着 "艺术化"方向发展，多变且时肇的铝合金车轮轮辐形态和迷人的色泽成了抢占市场的主要手段之一。传统单调的"辐条式"演变成了 "辐板式";平面的辐板变成了带空间曲面和弧形面状态，甚至由中心对称演变至不对称的动物、人像和其它艺术图案 (如熊猫、美女等)，以增加模仿制造难度，提高竞争力。对主机来说，更多地要求车轮与整车的匹配和色泽的协调，但零售市场上却是以标新立异的色泽，或通过表面处理获取与众不同的效果来竞争币场 (如全涂装亚光色、抛光轮、电镀轮、真空镀膜轮等)。对此，欧洲和亚洲因文化差别和不同的审美观点，形成了千姿百态的世界汽车铝合金车轮市场。
4)材料。在铸造铝合金车轮方面，目前广泛使用的材料是Al-Si-Mg系合金 (美国牌号A356，相当于我国的ZLlOlA，日本的AC4CH)。对这种合金还必须严格控制低的Fe含量，并作完善的T6固溶热处理。也有少数国家在Al-Si-Mg系合金中添加适量Cu和Zn，类似Al-Si合金，这种材料铸造性能好，且有基本的力学性能，但它的韧性对铝合金车轮来说，只处于临界值，且机械加工后色泽欠明亮，故很少受用户欢迎。随着科技的进步，各国开发商也正在开发更新型的材料，如有人正在研究使镁合金车轮能适应大量生产的工艺和设备，有人在不断探索降低半凝固铸造温度的新材料途径，甚至己有人在尝试镶嵌式的中空复合轮 (即在车轮中衬嵌了一种高强度的轻质骨材，让铝液充填时将骨材全部包住)，来进一步提高轻量化效果，而且可获得比铝合金车轮更佳的比强度和弹性模量。
(2)摩托车铝合金车轮产品
1)规格。目前，摩托车铝合金车轮基本上采用整体式铸造铝合金车轮，国外除日本和少数欧洲国家外，摩托车铝合金车轮大都在亚洲生产，其产品规格也大都以日本市场开拓的产品为主，最初大都以中低排量的男式摩托车，即17～18in直径为主，轮辆也以1·4～2·lin宽为主体。近几年，随着踏板式摩托车广受用户青睬，8～1Oin小径轮的需求量一下子爆增，最为典型的是日本和意大利。需要注意的是:国内外摩托车铝合金车轮在规格上与汽车车轮有个明显的差别，就是全世界的摩托车与车轮的装配尺寸，不像汽车车轮那样有着规范的标准和系列，而是各厂商我行我素。这种车轮不能互换的局面，不仅一直阻碍着车轮维修零售市场的形成，而且导致我国目前铝合金车轮市场的混乱，给主机厂和生产厂都带来浪费大量资源的恶果，也为我国摩托车的出口和国内销售市场制造了许多难以解决的麻烦。
2)结构、外观与色泽。铝合金车轮安装在摩托车上，虽然也能起到汽车用铝合金车轮的类似好处，但相对而言，这些好处没有汽车用铝合金车轮那么明显，原因是:(1)铝合金车轮在摩托车整车上轻量化相对效果没有汽车那么明显，所以节能效果也不可能像汽车那么突出，只有排量很大的摩托车才会有较大节能效果;(2)中低排气量摩托车在实际使用中，不会像汽车那样的"高速"，那些汽车轮因散热好、精度高所带来的优点自然也就不可能像汽车用铝合金车轮那么突出，相反，如果同样在凹凸不平的路面上行驶，由于钢圈辐条装配式车轮的结构优势，其减振性明显优于铝合金车轮。铝合金车轮之所以受广大用户欢迎的原因还是时装化、不生铁锈、清洗打理方便等原因。既然以时装化为主要目的的摩托车车轮，对其外观的要求也就处于主要的地位。鉴于摩托车车轮在整车上被遮挡的面积比汽车轮大 (尤其是后轮)，加上摩托车本身的价格地位与汽车不属同一档次，所以实际上摩托车车轮的外观要求，无论在亮度上、色泽上都不像汽车车轮那样苛刻，但作为整车，必须确保装车后的外观协调和匹配。
3)材料。从车轮受力的事实看，摩托车的使用受力条件比汽车更具有 "危险性"，车辆在行驶中的"难于预测因素"也更多，特别是前轮，在型式试验时考虑的安全系数绝不能掉以轻心。同样理由，摩托车车轮所用的材料，绝非像某些生产厂所认为可比汽车车轮用材差一些那样。虽然型式试验是综合考验材料和产品结构的主要标准，但型式试验只是批量生产时带 "抽查"性的破坏性试验，如果没有性能稳定的优质材料作为保证，通过的型式试验也只能说是侥幸，而不安全隐患时时刻刻都潜伏在行驶中。
现在摩托车铸造铝合金车轮的材料，在重力铸造和低压 (反压)铸造工艺下，全世界几乎普遍采用同汽车车轮同样的材料 (A356)，经T6固溶处理，且以汽车车轮相似的性能指针作为标准来生产摩托车铝合金车轮。
2·国内外铝合金车轮生产现状
(1)国内外铝合金车轮制造概况
1)铸造方法。就铸造铝合金车轮而言，国外报导过的制造方法有:重力铸造、低压铸造、液态挤压、反压铸造、离心铸造、真空压铸、半凝固铸造等。其中重力铸造的约占40%;低压铸造的约占40%;其它方法占20%。我国的汽车铝合金车轮铸造方法大都是结合企业本身人力、财力来决定的，汽车铝合金车轮生产中60%用低压铸造，特殊场合也有用反压铸造 (但比例极少)，38%用重力铸造，也有少数企业用高比压 (＝~l00MPa)的液态挤压铸造法。目前摩托车铝合金车轮在批量生产中采用低压铸造工艺的比例几乎为零，国内大都用重力铸造工艺生产铝合金车轮铸件，只有少数企业采用真空压铸生产铝合金车轮。需要指出的是，过去我国采用过的液态挤压，是利用常规油压机的顶出缸来充当压射缸的，"比压"远达不到挤压的要求，在日本把这种方法称为"中压铸造"，所以我国采用过的"液态挤压"与国外使用的"液态挤压"(High Squeeze)还不能等同视之。图1-4为日木铸造研究单位近年统计的各种成形方法生产铝合金车轮的成本和品质的相对关系。

第四章 项目产业发展优势

铝合金车轮是"轻量化"、"高速化"、"现代化"的产物，有着许多钢制车轮无法比拟的特点。
1、重量轻，节能效果明显
整车减少自重可以节油人所共知。车轮处于整车重心最低位置的行驶部位，体现整车的节能效果更是举足轻重。不过，具体定量的节油效果至今还无一公认的统计说法，所见报导还都是各公司试验人员根据自己的统计结果来评析的，其
差别较大，如我国一汽对奥迪车用铝合金车轮作节油统计试验后这样报导:"对轿车来说，每个铝合金车轮比钢车轮可减轻重量30%～45%。车轮平均每减轻 10%，在平均车速为90～120km的条件下，其油耗平均可减0·0131L/100km。拿Audi轿车统计的情况为例:铝合金车轮自重为49.2N。比同类型的钢车轮减轻重量39.5%，整车按平均车速90～120km/h行驶的条件下，油耗可减少0·05lL/100km，如果在城市里低速行驶，也可减少油耗0·04L/1OOkm，即Audi轿车每行驶10万km，减少油耗40L"。而英国某公司的报导说，若车轮重量平均减lON.对普通轿车而言，每跑1OOkm路程可节油0·6L。当然笔者不清楚该报导具体的试验用车和试验条件，但从上可知:(1)不同的车型和行驶条件，其节油效果也是不同的;(2)同一辆车用铝合金车轮代替钢车轮后，可取得明显节能效果的事实是不容置疑的。
2、散热快，整车安全性高
铝合金车轮的高导热性能，极有利于轿车因高速行驶轮胎发热后的散热，与相同条件下的钢车轮比较，减少了轿车长距离高速行驶产生爆胎的可能，明显提高了轿车高速行驶的安全性能。不仅如此，由于铝合金车轮的散热效果，凡与其直接接触的零配件 (如制动闸等)也相对提高了寿命。
同时，铝合金车轮的结构和精度更有利于安装子午线轮胎，更易实现现代车轮的"无内胎化"。无内胎的车轮，直接由铝轮辆代替了原来的橡胶内胎，如果外轮胎在行驶中插入了钉子之类的"穿刺物"，只要不去拨出，就不会像有内胎车轮那样出现因车胎突然泄气而翻车的事故。无内胎车轮遇上 "穿刺物"后，一般至少都能坚持使用一小时甚至更长时间，这对行驶在高速公路上轿车的安全来说，有着极为重要的意义。
3、尺寸精度高，整车行驶性能好
铸造铝合金车轮最终都需经数控机床进行机械加工，所以车轮的直径精度、轴间跳动精度和径向跳动精度部更为突出。这使整车在行驶中的抓地性、偏摆性、平稳性和遇意外时的制动性等，都优越于传统的辊轧钢车轮。车轮的尺寸精度直接影响整车的行驶性能。高速行驶的车轮必须在具有足够精度的前提下，才能确保整车的高速和平稳行驶。通常情况下，传统钢车轮的径向和轴向允许跳动值为±0.1mm;而普通铝合金车轮的控制范围为±0.5mm以内;高档铝合金车轮为±0.3nun以内。同样，车轮的高精度也有利于提高车辆起动和变速的灵敏度，如 Audi轿车从起步到10Okm/h速度的加速时间在换用铝合金车轮后减少了0·3s。
4、多变的时装款式，更适应现代化整车的要求
1)款式易任意变化。用铸造法生产的铝合金车轮，可以制出任意空间曲面和形状，以吻合不同车型，迎合不同用户的要求。随着汽车、摩托车外观日新月异的时装更新和市场竞争的需要，车轮作为 "绿叶衬红花"的地位越来越突出，铝合金车轮成了现代汽车、摩托车时装化的呼应产物。
2)不易藏污纳垢，不会产生铁锈，易清理，广受司机爱好。

图：现代摩托车铝合金车轮照片
第五章 项目市场前景分析

铝合金车轮具有许多传统钢车轮无法取代的优点，有广阔的市场但目前想用铝合金车轮完全取代钢车轮是不现实的，原因如下:
1)目前铝合金车轮的直径基本上是中、小直径，大直径铝合金车轮的制造技术尚有一定困难。
2)铝车轮的造价几乎是钢车轮的2～3倍，在我国还末规范化的汽车、摩托车市场上，价格因素还直接影响着争夺市场的成败。主机厂必须根据市场消费的实际需求来决定是否采用铝合金车轮。鉴于我国市场消费能力和公路设施现状，铝合金车轮还较多用在公路设施较好的地区以及档次较高的整车上。低档车和欠发达地区大部仍以传统钢车轮为主。
3)就弹性模量而言，钢车轮有一定的优势，如果整车行驶速度不高、道路又是较差的路面条件下，钢车轮会显出其优势来。
综上所述，可以这么认为:铝合金车轮是汽车、摩托车 "高速化"、"节能化"和"现代时装化"的产物，随着汽车、摩托车日新月异的开拓和发展，用铝合金车轮来逐步代替传统钢车轮的趋势已越来越显现，有着无限广阔的市场前景;但鉴于铝材性能的限制和公路条件的现实，传统钢车轮仍将扮演整车的重要配件角色。

图1-2各种铸锻造法毛坯品质、成本定性比较示意图
2)铝合金车轮铸造方法讨论
常见铝合金车轮铸造方法及工艺参数见表1-1。

高压铸造的液流是在高速的紊流条件下充填的，型腔中的空气在高压冲击下弥散分布到了铸件中成为皮下气孔，如果作热处理，气孔中气体受热膨胀引起铸件表面起泡和变形。所以高压铸造件是不能作热处理的，这对塑性要求极高的铝合金车轮来说，当然是不安全的。而低压铸造和重力铸造的液流是层流充填，是一种无气孔的铸造法，可通过热处理来提高铝合金车轮的力学性能 (尤其是伸长率)，确保了铝合金车轮的安全，这也是所以被广泛采用的主要原因。但该法冷却速度较慢，晶粒相对较为粗大，同时生产节奏也较慢。液态挤压的液流是低速充填、高压结晶，综合了前述方法的优点，是铝合金车轮铸造较为理想的方法，但是设备的一次性投资巨大，且模具费用昂贵，制造周期相对较长，在市场竞争中较难适应铝合金车轮款式快速变化的要求，因此尚末普遍推广。
(2)国内外铝合金车轮生产企业概况
国外的铝合金车轮生产企业原来大郡集申在欧洲、美国、日本等经济发达国家，较典型的如美国的海斯.莱莫斯公司、超级工业国际公司 (Superior)、ARE公司，德国的罗那公司 (RONAL)、BBC公司、SRS公司，日本的托皮公司(Topy)、ENKET公司、日立、丰田、宇部等公司，法国的DIAL公司，韩国的ASA公司、都瑞公司，意大利的GRIMECA公司等。这些老牌的企业不少都是跨国集团公司，随着世界经济结构的调整，他们正在把生产厂陆续向外转移。铝合金车轮生产已大幅度地往发展中国家转移，特别是亚洲地区，铝合金车轮生产企业已星罗密布，且大都具有相当的规模和水平。
我国的台湾在亚洲是铝合金车轮生产的大户，最典型的如元富、六和、源恒、民享等公司，这些企业大都是按日本的生产和管理模式建立的，目前也正在 不断向大陆内地扩散。从20世纪90年代开始，我国铝合金车轮企业如雨后春笋，迅猛发展起来，如 "戴卡轮载制造有限公司"、"南海中南铝合金轮毂有限公 司"是我国首批建立的现代化铝合金车轮企业，并最早进入国内外市场。
随着我国摩托车跃居"世界王国"的市场形势，到20世纪90年代中期，一 下子涌现出上百个摩托车铝合金车轮生产厂。可以预料，我国轻合金车轮随着现代汽车、摩托车日新月异的更新换代，随着全世界公路设施的飞速发展，必将会在材料、工艺、装备以及产品开发手段等方面出现一个突破性的局面。
(3)铝合金车轮的命名和各部位规范名称 我国目前对轻合金车轮的命名，有着众多极不规范的名称；如铝合金车轮有诸如"铝轮毂"、"铝合金轮毂"、"铝胎铃"、"铝轮圈"、"铝合金车轮"、"铝圈"等，甚至还有叫"铝钢圈"的，各按自己的习惯称呼，十分混乱。由于轻合金车轮的命名不规范，生产企业的名称也各按自己理解来各自命名，五花八门，这是由我国在该行业刚起步时许多历史原因造成的，如今经过这么多年的成熟发展。

图：汽车铝合金车轮各部位命名示意图

第六章 铝合金车轮材料及微观组织

1、铝合金车轮材料及结构
近年来，随着铝合金车轮产量的迅速提高和技术的日趋完善，适合于各种需要的车轮用铝合金得到了开发。许多汽车制造厂家对各种合金的静态、动态力学性能及成形工艺进行了综合比较，并探讨了各种杂质元素对合金性能的影响。铝合金车轮的制造成形方法主要为板成形、锻造和铸造，其中铸造成形成本最低，适用范围广，易于实现大规模生产，从而最具竞争力。目前铸造铝合金车轮已风靡世界，其合金主要有两类:对于不需要热处理的合金选用Al-Si11或与之类似的合金;对于需要通过热处理提高静态力学性能以增加车轮使用寿命及塑性的合金，则采用类似于Al-Si7的合金。表2-1为铝合金车轮的制造方法和材料，
目前，西欧国家如德国、意大利、法国、荷兰、比利时、卢森堡等国家主要采用以锑进行变质的Al-Si7-MgO.3合金和以锶为变质剂、不经过热处理、镁的质量分数在0～0.30%的Al-Sil1合金。而美国、日本、英国和意大利则主要采用需经热处理，用钠或锶进行变质处理Al-Si7-Mg0·3(A356)合金。
车轮轮辆用形变铝合金，则要求较高的强度 (疲劳强度)、闪光焊焊接性、滚轧成形性等;整体车轮用铸造铝合金则要求有良好的铸造性和足够的强度。
采用铸造工艺生产铝合金车轮轮辐的结构可以多样化，可以最大限度地满足各类使用者的审美要求。
2、Al-Si-Mg三元合金的微观组织
1）Al-Si二元合金
Al-Si二元合金具有简单的共晶型相图(见图2-2)，共晶温度为577℃，共晶成分在Wsi=12.6%处，亚共晶合金的组织为初α(Al)+共晶体(α+β)，过共晶组织为初晶硅Si+共晶体(α+β)。随着Si含量的增加，结晶温度区间减小，共晶体增加，流动性随之提高。Si的线收缩很小，合金的线收缩也随之减小，热裂倾向也相应减小。当Si含量在共晶点附近，合金呈现出优异的铸造性能。Al-Si二元合金的力学性能主要取决于硅相的大小、形状和分布，而硅含量的多少影响较小。不论是共晶硅，还是初晶硅，如果细小、圆整，则合金既有高的强度，又有良好的塑性。
2·2·2 Al-Si-Mg三元合金
Al-Si-Mg三元合金液相水平投影如图2-3所示，Al–Mg2Si伪二元线把三元状态分为两个区域，即Al-Mg5Al8-Mg2Si系和Al-Si-Mg2Si系。Al-Si合金中加少量的Mg后可按Al-Mg2Si+Si;的三元系分析。其中包括两个不变的反应，见表2-4。Al-Si-Mg三元系合金在凝固过程中，在555℃时，发生L->Al+Si+Mg2Si三元共晶反应。从Al-Mg2Si伪二元相图来看， Mg2Si在α固溶体中于595℃时固溶度达到最大为1·85%，随着温度的下降则显着下降，见图2-4。因此，Al-Si-Mg合金在热处理过程中，析出时效强化相(Mg2Si)对合金起了强化作用。
2·3 合金元素对A356合金组织和性能的影响
2·3·1硅 (Si)的影响
硅 (Si)是Al-Si合金组织申的第二相，Si含量的提高大大改善了合金的铸造性能。在A356合金中，Si的质量分数在6·5%～7.5%范围内，Si的含量偏上限(7.5%)时，有利于提高流动性。文献研究表明，5i相形态、大小、分布对力学性能的影响远大于枝晶的二次臂间距，Si相的形态对力学性能的影响与铸铁中的石墨相似，当以针片状存在时，可以看作是材料失效的裂纹源。通过改变Si相的形态，可大大提高合金的力学性能。
2·3·2镁 (Mg)的影响
镁 (Mg)元素对形成Mg2Si强化相是必不可少的。Mg含量对A356合金的影响规律。可以看出，随着Mg含量的提高，合金的抗拉强度、屈服强度都会有所提高，而伸长率则降低。此外，Mg在熔化、除气和变质过程中，特别容易烧损，因此应严格控制其含量和烧损量。Mg的质量分数的适宜值为0·25%～0.45%。
2·3·3铁 (Fe)的影响
铁 (Fe)在Al-Si合金中一般作为有害元素。Fe含量对A356合金力学性能的影响。可以看出，Fe含量增加，使合金的抗拉强度，屈服强度及伸长率，其中伸长率降低幅度很大，使铸件变脆。其原因在于:Al-Si合金中的铁主要以β相 (Al9Fe2Si)形式出现，该相硬而且脆，往往以粗大的针状穿过α相晶粒，削弱基体，降低合金的延长率和冲击韧度，而且合金凝固愈慢时，β相长得愈粗大。
2·3·4 铜(Cu)、锌(Zn)的影响
铜 (Cu)会使A356合金的伸长率和耐蚀性降低;锌 (Zn)也会降低合金的耐蚀性。因此，炉料中应尽量避免Cu元素和Zn元素的混入，其含量应控制在 ωCu<0·2%，ωZn<0·1%。
2·3·5铬 (Cr)对铁相形态和A356合金性能的影响
铬(Cr)加人主要是用于消除Fe的有害作用。为了考察铬(Cr)对铁相的作用，安排了ωCr=O.2%、0·4%、0·6%三种Cr含量进行试验，其结果如图2-9所示。Cr的加入便铁相依次由针状向汉字状、块状、团状转变。分析其原因，主要由于Cr与Fe形成多元复杂相，改善了铁相的形成与生成。为了进一步探讨其复杂相的组成，进行了电子探针分析，
由此可见，Cr的加入一方面消除了Fe的危害作用，另一方面又形成复杂耐热相从而提高合金的高温性能。当Cr含量增加时，强度、伸长率同步提高，且伸长率提高幅度更大。此外，锰(Mn)、钻 (Co)也常用于消除Fe的有害作用，但其作用不如Cr显着。消除此有害作用的合金元素加人量可按如下的比例:ωMn:ωFe=(0.67-0.83):1，ωCo。:ωFe=0·9:l，ωCr:ωFe=0·35:1。综上所述，在铝合金生产中，由于熔炼设备和炉料会不可避免地带入Fe，欲想去除它，不仅在工艺上是困难的，而且也极不经济，更何况铁也有其有利的一面即可提高合金的高温力学性能。因此，改变铁相形态，降低 (甚至消除)其有害作用，充分利用其有利的一面，这比降低其含量更有实际意义，也更符合我国目前铝合金中Fe含量难以降低的现状。
2·3·6稀土RE(La)对A356合金显微组织和性能的影响
稀土在Al-Si合金中的应用主要是基于稀土元素对Al-Si合金的变质作用，见表2-5。除此之外，由于它的化学活性大，与硫、氧、氢、氮的亲合力强，可消除这些杂质的不利影响，如稀土与氢结合可减少针孔倾向、与Fe也能形成复杂相改善旺的不利作用。总之，加人稀土可改善材料的耐氧化性、耐高温腐蚀性，细化结晶结构，提高材料的力学性能和使用性能。
为了考察RE(La)加人量对A356合金的影响，安排了ωRE=0.2%、0·4%、 0·6%三种RE加入量，进行试验，不同RE加人量对A356组织及力学性能的影响。

稀土为什么会产生如此效果呢?有关这方面的机理报导较少。但从稀土的特点出发分析发现，稀土是强过冷元素，对Al-Si合金的变质能力，其变质能力大小与下列因素有关:
1)变质剂原子本身的特征，如电子层结构、价电荷数、原子半径以及原子序数等。当绘出谰等元素的原子半径 (r)与原子序数(z)的关系图时，发现La系元素的变质能力与其原子半径有紧密联系(见表2-5)，即随着原子半径由La的1·87A减少至Er的1·75A，其变质能力迅速减弱。Eu变质能力反常，正好与其半径 (2.02A)反常跳跃一致，即可认为La系元素原子半径大于1·85A者为强变质剂，介于1·85～1·82A之间者为中等变质剂，而介于1·81～1·76A之间者为弱变质剂，低于1·75A者则不具变质能力。
2)冷却速度。以La为代表，在其浓度相同的情况下，发现在以35～45℃/ min速度冷却熔态试样时，La即具有明显的变质效果;在70～80℃/min冷却速度下，变质效果尤为突出，而冷却速度低于1OC/min即不再具有变质能力。因此La变质的冷却速度最好不低于50℃/min。
3)稀土变质有最佳值，据化学分析结果发现，合金开始变质都在变质剂的质量分数为0·02%～0·03%左右，根据显微结构的观察，最佳变质浓度均在0·03%～0·04%超过此值。结构中普遍出现三元金属间化合物相，Eu以前的轻稀土元素生成的三元金属间化合物普遍呈条状，可能具有和Al2SiLa相同的化学式和结构，而Eu之后的重稀土元素所形成的三元化合物则都呈多面体。此外，稀土对铁相作用，则在于一方面与Fe形成复杂化合物，使铁相团球化;另一方面由于稀土细化了α相，使针状铁相断裂、裂化。有关稀土变质的机理还有待进一步探索。
2·4 铝合金车轮材料成分的快速分析
为保证铝合金车轮的质量，在整个制造过程中材料成分必须严格控制，如铝合金材料人库前的检验、铝合金车轮铸造时的炉前现场分析、车轮成品的材料成分合格性检验等。铝合金车轮材料的成分分析主要有二种方法:化学分析及光谱分析。光谱分析的最大优点是分析时间极短，分析成分时仅需15～20s，连同制样时间只需5min左右。铝合金车轮材料成分的炉前快速分析普遍采用金属光谱分析仪。
常规光谱仪的光学系统采用光电倍增管探测器，每个待测元素都需要一个独立的光电倍增管探测器，整个仪器体积大、光电倍增管的装配要求高、价格贵。新型光谱仪的光学系统使用CC