客货车通用铝合金轮毂高强韧轻量化关键技术研发及产业化

项目所属科学技术领域： - 材料合成与加工工艺 - 先进制造

立项背景： 车辆尾气排放是大气环境的重要污染源之一，轻量化成为减少污染排放的有效途径。据统计，车辆每减轻10%的质量，就会节省6%至8%的燃料。中国大型客车与重载货车主要使用钢制车轮，自重大、油耗高、尾气排放多，造成严重大气污染。小型客车大部分已经采用低压铸造铝合金车轮，但强度较低，减重效果不明显。针对上述问题，本项目开展客货车通用铝合金轮毂强韧化技术研发，旨在控制轮毂在成型过程中产生的微观缺陷，获得通用型、低成本、高强韧、轻量化铝合金轮毂制造技术，以满足“高强韧、轻量化”客货车通用铝合金轮毂市场的需求。

主要技术内容及创新点： 1. 客货车通用铝合金轮毂服役寿命评价体系与缺陷控制强韧化模型： - 基于合金疲劳裂纹启裂源密度与强度分布的定量表征，建立裂纹启裂扩展的三维模型和服役可靠性预测体系。 - 评价客货车铝合金轮毂微观缺陷（气孔、夹杂、缩松、偏析等）对力学性能和疲劳寿命的影响规律。 - 确定铝合金轮毂寿命阈值，并采用评价体系计算铝合金轮毂微观缺陷数量、尺寸、分布等状态窗口。 - 建立铝合金轮毂缺陷控制强韧化模型，为优化客货车通用铝合金轮毂成型工艺提供理论依据。

2. 客货车通用铝合金轮毂缺陷控制强韧化技术：

   • 建立客货车通用铝合金轮毂充型-凝固过程计算模型，预测铝合金轮毂凝固缺陷分布状态。
   • 依据轮毂寿命评价体系和缺陷控制强韧化模型对缺陷控制窗口的要求，采用液态模锻、低压铸造+旋压成型等工艺制备铝合金轮毂。
   • 通过优化轮毂结构及其成型工艺、改进成型设备，调控铝合金轮毂成型时的温度场和应力场，减少并消除液态成型微观缺陷，实现高强韧化。

3. 客货车通用铝合金轮毂表面复合强化技术：

   • 开发了铝合金轮毂表面激光处理及高结合强度复合涂层技术。
   • 研发了新型非晶填料及石墨烯复合涂层材料，提高了客货车通用铝合金轮毂表面耐磨性和防腐性能。
   • 进而提高铝合金轮毂在复杂工况条件下的服役性能。

技术经济指标与应用推广： - 该项目开发制造的客货车通用铝合金轮毂具有高强韧、轻量化的突出优点，抗拉强度达到351-396MPa，屈服强度达到337-360MPa，延伸率达到11.8-19%。 - 动态径向疲劳试验结果达到美国标准（SAE J267-2007）要求。 - 核心技术经河北省科技成果转化服务中心组织专家组评价，达到“国际先进水平”。 - 获得知识产权8项（发明专利5项，实用新型专利3项），发表SCI论文1篇。 - 项目科技成果已经应用于民用客货车通用铝合金轮毂的产业化生产，并在航空航天、国防军工等特种车辆领域实现批量装车。 - 近三年部分成果应用单位累积新增销售额350,167万元，新增利润14,202万元。 - 该项目推动了中国客货车轮毂行业的科技进步和轻量化发展。

项目所属科学技术领域：材料合成与加工工艺、先进制造。 立项背景：车辆尾气排放是大气环境的重要污染源之一，轻量化成为减少污染排放的一个有效途径。据统计，车辆每减轻10％的质量，就会节省6％～8％的燃料。中国大型客车与重载货车主要使用钢制车轮，自重大、油耗高、尾气排放多，造成严重大气污染。小型客车大部分已经采用低压铸造铝合金车轮，但强度较低，减重效果不明显。针对上述问题，该项目开展客货车通用铝合金轮毂强韧化技术研发，控制轮毂在成型过程中产生的微观缺陷，获得通用型、低成本、高强韧、轻量化铝合金轮毂制造技术，满足“高强韧、轻量化”客货车通用铝合金轮毂市场的需求。 主要技术内容及创新点：(1)客货车通用铝合金轮毂服役寿命评价体系与缺陷控制强韧化模型：基于合金疲劳裂纹启裂源密度与强度分布的定量表征，建立裂纹启裂扩展的三维模型和服役可靠性预测体系，评价客货车铝合金轮毂微观缺陷(气孔、夹杂、缩松、偏析等)对力学性能和疲劳寿命的影响规律，确定铝合金轮毂寿命阈值，并采用该评价体系计算铝合金轮毂微观缺陷数量、尺寸、分布等状态窗口，建立铝合金轮毂缺陷控制强韧化模型，为优化客货车通用铝合金轮毂成型工艺提供理论依据。(2)客货车通用铝合金轮毂缺陷控制强韧化技术：建立客货车通用铝合金轮毂充型-凝固过程计算模型，预测铝合金轮毂凝固缺陷分布状态，并依据轮毂寿命评价体系和缺陷控制强韧化模型对缺陷控制窗口的要求，采用液态模锻、低压铸造+旋压成型等工艺制备铝合金轮毂，通过优化轮毂结构及其成型工艺、改进成型设备，调控铝合金轮毂成型时的温度场和应力场，减少并消除液态成型微观缺陷，实现高强韧化。(3)客货车通用铝合金轮毂表面复合强化技术：开发了铝合金轮毂表面激光处理及高结合强度复合涂层技术，研发了新型非晶填料及石墨烯复合涂层材料，提高了客货车通用铝合金轮毂表面耐磨性和防腐性能，进而提高铝合金轮毂在复杂工况条件下的服役性能。 技术经济指标与应用推广：该项目开发制造的客货车通用铝合金轮毂具有高强韧、轻量化的突出优点，抗拉强度达到351-396MPa，屈服强度达到337-360MPa，延伸率达到11.8-19％，动态径向疲劳试验结果达到美国标准(SAE J267-2007)要求。核心技术经河北省科技成果转化服务中心组织专家组评价，达到“国际先进水平”。获得知识产权8项(发明专利5项，实用新型专利3项)，发表SCI论文1篇。项目科技成果已经应用于民用客货车通用铝合金轮毂的产业化生产，并在航空航天、国防军工等特种车辆领域实现批量装车。近三年部分成果应用单位累积新增销售额350167万元，新增利润14202万元。该项目推动了中国客货车轮毂行业的科技进步和轻量化发展。