铝合金轮毂铸造裂纹缺陷及预防

铝合金轮毂铸造裂纹缺陷及预防

裂纹，铝合金轮毂铸造常见缺陷之一；它是产品失效的直接原因。现场对裂纹的认知缺少，难以采取有效解决办法，本文主要介绍毛坯中主要裂纹缺陷。

低压铸造铝合金轮毂常见裂纹缺陷，按缺陷位置分可分为：内轮缘裂纹、外轮缘裂纹、冒口裂纹、胎圈座裂纹、轮辐夹角裂纹、螺栓孔裂纹等。按裂纹冷热性质分可分为：热裂纹、冷裂纹，其中内外轮缘裂纹一般属于冷裂纹，它主要出现在成品车轮，由疲劳源产生裂纹。以下将按照部位一一解释、

在解释毛坯裂纹之前，需先解释热裂与冷裂的定义及区别。

热裂的形成温度是在合金形成金属骨架，线收缩开始温度到固相线温度区内，这一温度区间称为“有效结晶温度区间”。目前，关于热裂的形成机理主要有两种解释：强度理论和液膜理论。强度理论认为：合金存在热脆区以及热脆区内合金的断裂应变低是产生热裂的重要原因，铸件内变形集中是热裂形成的必要条件；因此，合金凝固过程中，收缩受到外界阻碍时，如果产生的外应力超过合金的强度，则会有裂纹产生。液膜理论认为：热裂的形成是由于铸件在凝固末期晶间存在液膜和铸件在凝固过程中受到拉应力共同作用的结果；如果铸件收缩受到阻碍，拉应力和变形主要集中在液膜上，使液膜被拉长，当应力足够大时，液膜开裂形成晶间裂纹。目前比较主流的原因是：液膜的存在是形成热裂的主要原因，铸件收缩受阻是形成热裂的必要条件；主要集中作用于晶间液膜上，使液膜开裂。

冷裂是由于模具温度低，外表面将凝固成一个薄的固态壳层。内部未凝固的金属液受压力直接作用于刚凝固的外表壳层上，使其受拉应力，而这个外表固态壳层是凝固时间不长、内部又受到高温液体加热的高温层，其边缘温度处在液固两相的临界温度上，根据液膜理论，从而使其形成裂纹源，在冷却过程中，受拉应力作用，不断生长，最终将成为裂纹

内外轮缘裂纹，严格来讲不属于铸造裂纹范畴；在铸造过程中内外轮缘作为产品延伸率最佳区域，极少出现铸造裂纹。经常出现在汽车行驶几万公里后，主要成形原因为疲劳或外力作用开裂。

冒口裂纹，典型的热裂；一般由于冒口凝固不足，强度较低或冒口造型不佳造成起拔模力大产生拉裂。典型状况为冒口内裂、冒口表层横向开裂、冒口内纵

向裂纹、机加后裂纹等，形状特征不一，产生原因各异。可通过观察裂纹方向、裂纹颜色，结合轮型结构来判断产生原因及控制方法。主要调整方向：增强冷却、修改造型、调整充型等。

胎圈座位置裂纹，属于铸造裂纹，发生于两块边模接缝处，主要形成原因有两点：第一点：边模夹铝。残留铝片进入下一件毛坯，造成应力集中，产生裂纹源，该类裂纹在热处理后，机加工过程中容易发现；热处理过程释放应力及机加刀具切削力均会裂纹源扩大、产生明显裂纹。目前防止此类缺陷主要靠加强筋解决，尤其冷却水盘位置所对的胎圈座。第二点：边模冷却强度不足或毛坯冷却时间较短，强行起模造成应力过大开裂或热处理后开裂。防范此类问题主要靠工艺调整和毛坯冷却时间控制。

轮辐夹角裂纹，多由于产品设计不合理、充型异常造成，一般为热裂，经常发生在铸造、热处理过程后。按照裂纹原因可分为应力裂纹、氧化膜裂纹。典型轮型夹角设计角度过小、筋部造型特殊，造成应力裂纹。其中有一部分包含氧化膜裂纹，氧化膜裂纹，顾名思义，由氧化膜造成的裂纹，多数由于充型异常、铝液激射造成铝液翻滚产生大量氧化膜。热处理过后，毛坯释放应力，裂纹现象较明显。出现轮型较多，以偏距较小或法兰较小产品。

螺栓孔裂纹，位置多在螺栓孔靠近冒口一侧；形成原因较多，冷却强度不足、中心温度过高、氧化膜裂纹、拔模角度不合理、螺栓孔深度大等；铸造本序发生较少，多数发生在机加工过程中，尤其螺栓孔过深产品，切削应力造成应力开裂；另一部分为充型不当造成的氧化膜裂纹，伴随氧化裂纹而生的是中心气孔缺陷，裂纹产生原因复杂、多变，具体解决办法需根据裂纹形状、位置来判定，在此不在一一叙述，但一点比较普遍，毛坯裂纹多为温度高位置产生。难以解决的裂纹主要是突发性裂纹，由于过程无法再现，难以判断。另预防裂纹，除有效加强或降低冷却、加强筋、修改造型平衡应力之外，加强自检、过程控制保持最小变差亦为有效措施之一。