Ускоренный переход автомобильного транспорта на электрическую тягу требует снижения веса всех составных частей автомобиля, в том числе колес. Современные авто- и мотодиски производятся, в основном, из стали и алюминиевых сплавов. Одним из главных их недостатков является большой вес.
Наиболее перспективными материалами в данной области являются магниевые сплавы, так как они легче стальных в 3 раза, а алюминиевых – в 1,5 раза. Именно поэтому разработкой технологий изготовления прочных магниевых авто- и мотодисков занимаются ведущие ученые многих стран.
Магниевые диски имеют следующие преимущества перед алюминиевыми:
1) они имеют меньший вес и, соответственно, у автомобиля с такими дисками быстрее разгон и меньше тормозной путь;
2) лучше гасят удары подвески (в 100 раз лучше, чем алюминий);
3) имеют выше теплопроводность, а значит меньший нагрев тормозных колодок и больше их срок службы;
4) вследствие снижения веса у автомобиля с магниевыми дисками меньше затрат на топливо и более плавный ход автомобиля.
В настоящее время можно выделить следующие типы существующих дисков: моноблоки, двух- и трехсоставные диски.
Моноблоки изготавливаются из единой заготовки.
Двух - составные диски состоят из обода и одной вставки.
Трех - составные диски состоят из обода и двух вставок.
Общая схема изготовления кованых автомобильных дисков по существующей технологии состоит из следующих основных этапов:
1. Отливка заготовки.
2. Первая ковка.
3. Вторая ковка.
4. Прошивка.
5. Раскатка обода.
6. Финишная обработка.
С каждой операцией полуфабрикат меняет вид. При этом прочностные свойства конечного диска закладываются уже на этапе отливки заготовки. И здесь огромное значение имеет выбранный сплав и качество литья.
Сегодня владельцам автомобилей предлагают два основных вида алюминиевых дисков: литые и кованые. У каждого имеются свои преимущества и недостатки. Литые диски производят путем заливки расплавленного литейного сплава в специальные формы под давлением. Такие диски дешевле, они имеют большой выбор дизайна, но прочность таких дисков ниже, чем кованых.
Нагретые заготовки для кованых дисков прессуются под высоким давлением из цельных заготовок. Они превосходят литые по прочности и легкости, поэтому кованые диски пользуются успехом у владельцев спортивных автомобилей и внедорожников.
Для изготовления литых дисков сегодня используют, как правило, алюминиевый сплав А356 (АК-7пч) с прочностью 270 МПа, а для кованых дисков – алюминиевый сплав 6061 (АД33 Авиаль) с прочностью 310 МПа. Таким образом, магниевые сплавы для дисков должны обеспечивать прочностные свойства не ниже этих параметров.
В Институте металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук разработаны магниевые сплавы с повышенной прочностью. Например, магниевый сплав ИМВ 7-1 достигает прочности 420 МПа. При этом ученые института продолжают искать способы дальнейшего улучшения этих параметров. Они используют центробежное литьё, ультразвук, различное модифицирование и легирование сплавов. Пробуют армировать изделия, добавлять в сплавы порошки, волокна, нитевидные кристаллы, наночастицы, ведут исследования по созданию композитов на Mg матрице, проектирование и создание биметаллических конструкций.
Отливка заготовок на центробежных литьевых машинах позволяет повышать плотность и качество заготовок, резко уменьшает в них количество усадочных пор, раковин, различных включений. Специальные технологии штамповки дисков, а также оптимально подобранные режимы термообработки значительно повышают их механические свойства.
В лаборатории №24 ИМЕТ РАН была предложена новая технология изготовления заготовок для дисков грузовых колес из магниевых сплавов размером 19,5 х 6,5”. Технология включала в себя изготовление круглой заготовки из высокопрочного сплава ИМВ 7-1, дальнейшую горячую штамповку в специальной пресс-форме и термическую обработку по специальным режимам.
По такой технологии были изготовлены опытные образцы заготовок для изготовления магниевых дисков.
Данные образцы были всесторонне исследованы на химсостав, структуру, механические свойства. Из разных мест диска вырезались образцы, которые затем разрывались на специальных испытательных стендах.
Результаты испытаний показали, что прочность в разных частях опытного магниевого диска составила 311-360 МПа, текучесть 215-241 МПа, относительное удлинение до 15%. Данные свойства соответствуют алюминиевым дискам. При этом вес магниевого диска снизился почти в 1,5 раза по сравнению с алюминиевым, что дает значительное уменьшение нагрузки на ось.
В связи с тем, что одним из главных недостатков магниевых дисков является способность возгорания стружки при механической обработке, в ИМЕТ РАН опробовали также применение пожаробезопасного магниевого сплава с температурой воспламенения свыше 1050 °С и повышенными механическими свойствами (прочность 370 МПа, текучесть 297 МПа, удлинение 7,8 %).
Таким образом, новая технология изготовления магниевых авто- и мотодисков может быть очень перспективной при производстве дисков для электромобилей и другой специальной техники.