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铝合金轮圈变形可以修复吗?

作者:车猫 2016年03月25日

车辆在使用过程中,发生铝合金轮圈变形的情况并不少见。变形的轮圈被当成废铝处理确实有点可惜,同时换新轮圈的成本不低,所以修复翻新铝合金轮圈的行业应运而生。

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关于铝合金轮圈修复的文章和广告随处可见,有的广告甚至宣传可以修复变形铝合金轮圈。从某商家展示的效果图片来看,变形轮圈经过修复后从表面看确实看不出破绽,仿佛轮圈已经焕然一新。看了广告不得不赞叹,中国民间手工艺的精湛!

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这些店家不仅宣传轮圈变形能够被修复,甚至连开裂的情况都可以修复。俗话说的好,别看广告看疗效。这些修复后的轮圈的实际强度能否达到安全标准?变形的铝合金轮圈是否可以被修复呢?让我们先看看大厂对于轮毂变形的情况是怎么处理的。

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上图是BMW(宝马)关于轮圈变形情况的判定标准,轮圈的径向和端面圆跳动偏摆量不得大于0.3mm。任一偏摆数据大于0.3mm,根据BMW的标准,即认定该轮圈已经变形。同时在装上轮胎的情况下,轮胎的径向和端面圆偏摆也不得大于1.3mm,可见BMW对于行驶系统的品质要求非常严苛。

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具体测量方法如上图所示,大家都看得懂。比起国内路边轮胎店靠目测判轮圈有没有“瓢”的师傅来说,德国人的判断标准是要严格和严谨的多的。BMW制定的0.3mm的跳动偏摆上限是一个很严格的要求,偏摆大于0.3mm的轮圈都只能报废处理,更换全新的轮圈。

CarTech车技以为,国内大街小巷穿行的汽车,轮圈存在0.3mm跳动偏摆的车型不在少数。你可以说BMW售后制定这么严格的标准就是为了赚钱,强迫客户掏钱购买新的轮圈。但联想到德国的高速公路可以达到的车速,也就可以理解BMW为什么要这么严格的要求轮圈的品质,当一台汽车以240KM/H的时速行驶时,由轮圈0.3mm跳动偏摆引起的抖动和对悬架系统造成的冲击,以及这种不平衡对车辆动态和行驶品质的影响,绝对是不容忽视的问题。

有朋友可能会说,BMW强制报废失圆变形的轮圈,不代表这个轮毂就没有维修的价值,只是德国人工资高,修起来的人工成本可能比买一个批量生产的新轮圈更贵。当然,这也是一个看起来很有说服力的理由。中国人工廉价,所以失圆变形的轮圈要庆幸身在中国,不会被拿去报废回炉重造。在手工艺人的手里,失圆变形一样可以获得重生重新服役。

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为什么BMW要强制报废变形轮圈?因为人家有着百年的经验,同时尊重科学。我们先从铝合金的分类谈起。铝合金这一概念太过宽泛,按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金两类,形变铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。形变铝合金具有优良的塑性(铝含量相对高),可以在热态下及冷态进行深加工变形。加热时能形成单相固溶体,塑性好,适于加工成型。如果铝合金轮毂由可热处理强化的形变铝合金制造,那么在热态或冷态下进行变形修复当然是可行的,然而很遗憾铝合金轮圈并非形变铝合金制造。

铝合金轮圈通常由标号为A356.0铸造铝合金制成。铸造铝合金跟形变铝合金有着很大的不同:铸造铝合金中除含有强化元素之外,还必须含有足够量的共晶型元素,通常是Si(硅)。由于铸造铝合金中合金元素Si的最大含量超过多数形变铝合金中的Si含量,这导致了铸造铝合金不具备形变铝合金那样的冷态和热态塑性。

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【铝合金轮圈的原料——A356.0铝棒】

A356.0主要由Al(铝)-Si(硅)-Mg(镁)元素构成的三元合金,是一种具有优秀的综合性能的合金材料。它不仅具有很好的铸造性能(流动性好、线收缩小、无热裂倾向),可铸造薄壁和形状复杂的铸件,而且通过热处理可达到较高的强度、同时具备良好的塑性和高冲击韧性,因此成为了汽车铸造铝轮毂的首选材质。

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【A356.0铸造铝合金的间断时效工艺流程示意】

生产铝合金轮圈的过程中,A356.0在铸造成型之后,其力学性能其实是很差的,还要经历一个热处理的过程,才能达到我们所要求的力学性能,这个过程被称为时效强化过程。这是由于镁(Mg)和硅(Si)在形成mg2si相的过程中,大量的Mg、Si原子在固溶过程中产生晶格畸变,在晶界上或螺旋位错上直接沉淀出来,形成错位,这就是所谓的β相。铝合金轮毂如果不经过时效强化过程的热处理,其力学特性非常脆。

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而经过时效强化工序之后,在固溶阶段中,Mg和Si等最大限度溶入固溶体中,在时效过程中非平衡的析出大量细小的mg2si相;使铸件组织均匀化,减少合金元素的微观偏析,克服在凝固过程中形成的合金成分的不均匀性;更重要的是改善了其中共晶硅相的形貌、大小和分布,使共晶硅球化、细小和均匀分布,从而提高了合金的力学性能。

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【动辄几十米长的热处理设备】

轮圈生产企业一般通过淬火时效热处理(一般用T5规范)来实现热处理强化。α+Mg2Si+Si共晶体的熔点是550摄氏度, A356.0合金的淬火温度一般为535摄氏度。在该温度下,经过30分钟,Mg2Si相就已完全溶入固溶体中了。而实际情况更加复杂,由于铸件组织的不均匀,通常要求保温时间不小于2小时。淬火可在冷水中进行,也可根据零件的壁厚和复杂程度决定在热水(70摄氏度-100摄氏度)中淬火。最常用的时效规范是淬火后加热到150摄氏度-160摄氏度保温3-5小时。提高温度或延长保温时间都会显著降低A356.0铸造合金的塑性。

为什么我们说使用高仿轮圈很危险,强度不够?其实就是热处理工艺无法满足需求。修复铝合金轮圈的小店,条件连生产高仿轮圈的小厂都不如,完全不具有实现精确而复杂的热处理工艺的设备和条件。如果你的铝合金轮圈经外力撞击产生形变,在修理店又经外力作用强行恢复原状了(有的整形过程是在加热情况下完成),这样的整形能不能达到原厂要求的轮圈真圆度暂且不论,即使轮圈在这两次塑性变形中,万幸没有产生我们肉眼无法发现的细小裂纹,但这个轮圈整体的应力分布,也已经与原来的设计发生了重大改变,随之而来的也是不可预知的某处疲劳裂纹的产生,最后可能产生断裂,非常危险。

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CarTech车技奉劝各位,不要试图去修复已经变形和断裂的轮圈,继续使用这样的修复轮圈会非常危险!可能有朋友的轮圈在修复后能使用并未出状况,但这样的修复轮圈如同定时炸弹一般。在正常情况下,如果你的铝合金轮圈变形或断裂了,那一定是由于驾驶不慎使轮圈遭到了强烈外力撞击造成的,除非回炉重新铸造,并经过严格的热处理工序时效强化,否则将永远无法达到原厂产品的力学性能。

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按照轮圈修复的商家的说法,对铝合金轮毂的断裂或裂缝可以通过焊接来修补,但是从科学的角度来讲,焊接后焊口处的金属晶体结构与正常轮圈的微观结构已经完全不同了,正常轮圈的金属是在熔融状态下,在一定压力作用逐次冷却结晶的,然后又经过固熔和实效处理进行调质。而焊接仅仅是个局部熔化再凝固的过程,经过焊接的轮圈,在焊缝处必定存在焊缝应力,那么经过一段时间的载荷运转后,极有可能在轮圈的高应力区产生疲劳裂纹以致断裂,如果发现不及时,就有可能造成严重后果。

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下面说说轮圈翻新的问题。表面喷漆工艺轮毂的表面的划痕翻新,CarTech车技建议细小的划痕完全没有必要进行处理,因为这并不影响行车安全,而且铝合金在漆面破损的情况下,直接暴露在具有腐蚀性的环境中也无伤大雅,它的表面会自然形成致密的氧化物保护膜,防止内部受到进一步的氧化,所以不必像车身钢板漆面破碎那样需要去补漆防止生锈。修理店修理这样的划痕一般采用腻子填平打磨并补漆的方式,费工费事,要价也不会低,如果实在爱车如命的朋友,花小钱做这样的小修补也是无碍的,因为不涉及安全问题。如果受伤比较严重,划痕很深,建议更换轮毂,因为能够造成深划痕一定是受到了不小的撞击,轮圈可能已经变形。

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对于电镀轮圈的翻新,轮圈生产企业对于铝合金电镀工艺是非常复杂的,即使在正规生产线上进行大批量生产时,稍有偏差,也经常会出现漆膜和镀层附着力不达标、表面出现真空气泡等缺陷,比如雷克萨斯上代ES350的电镀轮毂都曾经出现大批起泡的问题,何况是只做轮圈翻新喷漆的小店呢?经过电镀翻新的轮圈,其镀层的强度能够经受住轮圈使用环境的恶劣考验吗?CarTech车技建议,原厂电镀工艺的轮圈,翻新修复时请选择烤漆工艺修复,同样美观并且耐久。

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【采用表面车削工艺的轮圈】

对于车削纹表面的轮圈修复翻新,CarTech车技也不建议做。表面为车削纹的铝合金合金轮毂在生产过程中,其车削工艺是由数控机床按照产品3D设计图编写加工程序来进行的,其车削形状,车削深度都能得到精准控制,从而让轮圈的动平衡,强度,一致性能够得到保障。

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【轮圈生产企业早已实现产品的CAD/CAE/CAM】

而维修店根本就没有这样的轮毂的CAD设计图,更不会根据单个轮圈去人工编写一套加工程序进行数控加工,只能选择手工操作切削。如果划痕较深,就需要较深的加工量才能达到修复效果,可能1mm-2mm的车削深度已经使轮毂的受力结构变薄,其强度已经大打折扣,同时其原车的动平衡(内外)也已经失去,这样的轮圈已经达不到原车对轮圈的力学要求,用起来还能够安心吗?因此,受伤较深的车削纹轮圈同样没有修复价值,原因同上。

铝合金轮圈作为汽车上的重要部件,其状况决定了汽车的驾乘品质,同时也事关行车安全,轮圈一旦出现形变或者偏摆请及时更换并做对其做报废处理。千万不要试图修复变形开裂的轮圈,而且应该杜绝其二次流入市场,以免给自己或他人带来不可挽回的损失。

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