Литые (легкосплавные) колёсные диски являются отличным компромиссом между прочностью, дизайном и ценой.

Плюсы: 

• Легче стальных
• Огромный выбор дизайнов
• Высокая коррозийная стойкость

Минусы:

• Дороже стальных
• Более дорогой и сложный ремонт
• В отличие от стальных, от удара могут дать трещину

Производство:

Литые диски, это самый распространенный вид колёс. Да, именно «колёсами», правильно, согласно ГОСТ 33544-2015, называть то, что мы называем дисками. Но если быть ещё точнее, то если диск монолитный, обод нельзя отделить от центральной части, называемой как раз таки «диск», то называется он «дисковое колесо». Однако, буду называть, как мы все привыкли - диски или литые диски.

Создание литых дисков начинается с материала. Материалом любых литых дисков является алюминиевый сплав. Иногда говорят «магниевые диски», но чаще я встречался с теми, кто ищет «титановые диски». Тут стоит разъяснить, что в незапамятные времена, на дисковые производства, алюминий поставлялся отдельно от всех добавок и технологи уже сами определяли процентное отношение тех или иных компонентов. В современном мире, слитки алюминия поставляются в готовом виде, уже со всеми дополнительными элементами. Такие слитки называют «шихтовыми». Помимо алюминия, для повышения эксплуатационных характеристик, таких как прочность, в сплаве присутствуют легирующие элементы, модификаторы и примеси.

«Легирующие элементы» - это химические элементы, которые добавляются в состав сплава с целью улучшения его свойств. Они играют ключевую роль, позволяя создать сплавы с необходимыми характеристиками. Обычно в сплавах литых дисков можно встретить следующие легирующие элементы:

Mg (≈ 0,4%) - Магний - Добавление магния в алюминиевый сплав улучшает его механические свойства, такие как прочность, твердость и жаропрочность. Магний способствует образованию тонкой и равномерной структуры гранул, что повышает прочность материала. Кроме того, магний повышает сопротивление алюминиевых сплавов коррозии, что делает их более долговечными и устойчивыми к окружающей среде.

Для автоспорта создают диски с повышенным содержанием магния, что прежде всего, позволяет сделать диск максимально легким, прочным, но при этом не долговечным. Усталость металла наступает быстро и микротрещины не оставляют от былой прочности и следа. «Магниевый» диск требует качественной покраски и защиты поверхности от коррозии, в противном случае быстро покрывается окисью магния, из-за неоднородности магниевого сплава в процессе коррозии на нём образуются глубокие раковины. Стоимость восстановления «магниевого» диска в этом случае кратно возрастает, что может привести к невозможности дальнейшей его эксплуатации и ремонту. Обладателю таких дисков необходимо тщательно следить за их состоянием, обращать внимание на сколы и трещины на поверхности покрытия. Своевременно их устранять защищая сколы и трещины краской.

Cu (≈ 0,05%) - Медь - добавляется в сплав для увеличения твердости конечного изделия. Медь образует с алюминием твёрдый раствор при нагреве до 550°C, а после остывания — химическое соединение CuAl2, которое обладает высокой твёрдостью. Но проблема в том, что, твердость и прочность - не одно и то же. Скорее напротив - чем больше меди добавить в сплав, тем изделие будет становиться более твердым, но при этом всё более хрупким. Именно поэтому, добавляется совсем немного.

Si (≈ 7%) - Кремний - очень важный элемент, который увеличивает предел упругости и усталостную прочность, что позволяет литым дискам не разрушаться даже при сильных ударах о ямы, позволяет дискам быть ремонтопригодными и сохранять эти свойства очень долгое время. Кремний так же используется как раскислитель, удаляя кислород из сплава, который является вредной примесью. Это значит, что присутствие кислорода увеличивает хрупкость сплава. Таким образом, кремний повышает чистоту сплава.

Zn (≈ 0,05%) - Цинк - хорошо растворяется в алюминии и находится в нём в виде α-твёрдого раствора. Цинк улучшает обрабатываемость алюминия, увеличивает прочность, особенно в сочетании с магнием, медью, марганцем и железом, но ухудшает литейные свойства. Поэтому его добавляют в очень малом количестве.

Модификаторы - это специально вводимые элементы, которые влияют на кинетику распада пересыщенного твердого раствора, а следовательно, изменяют структуру сплава, механические, коррозионные, технологические и другие свойства материала.

Mn (≈ 0,1%) - Марганец - повышает ударную вязкозть. Ударная вязкозть - это способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки. Таким образом диск становится более устойчивым к ударам и более устойчивым к вибрационным нагрузкам.

Ti (≈ 0,2%) - Титан - измельчает структурные составляющие сплава и, следовательно, повышает механическую прочность. Но с титаном в производстве дисков есть одна загвоздка. Использование распространённых элементов, позволяет пользоваться стандартным оборудованием для работы с легкоплавкими металлами. Например, алюминий имеет температуру плавления в 660 °C,  а магний - 650 °C. Но вот работа с титаном потребует закупку дорогостоящих печей и литьевых машин, потому что температура плавления этого элемента составляет 1720 °C. Поэтому не только более высокая цена самого металла, но и более дорогой способ его обработки ограничивают его использование, хотя, безусловно, титан является очень хорошей основой для дисков. Поэтому в среднестатистическом диске, что литом, что кованном - титан Вы не встретите. И именно это будет отличать премиальные оригинальные диски Rolls-Royce, Ferrari, Lamborghini и подобные от обычных, например, устанавливаемых на KIA, Ford и подобные массовые бренды.

Примеси - элементы, присутствующие в сплавах (как правило, менее 0,5%), которые специально не вводились, а попали одновременно с алюминием или легирующими и модифицирующими элементами, как их спутники из шихты.

Fe (≈ 0,12%) - Железо - является вредной примесью для алюминиевого сплава с кремнием, так как нейтрализует действие кремния. Но его немного добавляют для уменьшения пластичности алюминия и предотвращения приваривания отливки к пресс-форме.

Эти элементы, в основном, и создают алюминиевый сплав для литых дисков. И не только, к слову - сплав для кованных дисков мало чем отличается, потому как основная разница в методике производства.

Итак - на завод привезли шихтовые слитки.

Наиболее используемые материалы, это g-AlSi7 и g-AlSi11

g-AlSi7: Сплав из алюминия и кремния, используется при производстве колес OEM (оригинал) и Aftermarket (не оригинал). Этот сплав хорошо переносит термическую обработку и на 20% лучше выдерживает механические нагрузки, что делает его наиболее популярным и используемым при производстве.

g-AlSi10/11: Так же сплав из алюминия и кремния, наиболее используется при производстве колес Aftermarket. Почти не используется при производстве ОЕМ так как по сравнению с g-AlSi7 хуже поддается термической обработке и менее устойчив к нагрузкам и механическому сопротивлению в целом.

Для начала, слитки необходимо расплавить до жидкого состояния. Это делается в печах плавильного участка. Если легирующие элементы необходимо добавлять в расплавленные слитки, это делается на данном этапе.

Затем сплав рафинируется - то есть при помощи инертного газа, такого как аргон и аргон + водород, удаляются примеси, что улучшает характеристики сплава.

Далее литейный сплав подается в форму - из печи в раздаточный ковш, из ковша в раздаточную печь. И здесь надо отметить, что существует два метода по которым могут отливать заготовку - гравитационный и литье под давлением.

Гравитационный метод постепенно уходит в прошлое, но тем не менее - это обычная заливка формы при нормальном атмосферном давлении, то есть сплав просто вливается в форму.

Литье под давлением - способ на который перешли почти все. В этом случае разогретый жидкий сплав алюминия поступает в форму под давлением в 1.2-1.5 Bar. Таким образом, предотвращая образование пустот и неровностей.

Еще более совершенным способом считается литье с противодавлением. На этот раз на заготовку воздействует давление газов, которое приводит к уплотнению сплава и уменьшению количества брака. Диски, изготовленные этим способом, оказываются на 5-10% прочнее отлитых под низким давлением. К тому же, технология позволяет сократить время создания отливки. Но широкого распространения такой способ пока не получил, несмотря на то, что изобретен он был еще в прошлом веке, болгарским инженером Ангелом Ба́левским.

Далее - для того, что бы диск обрел окончательные механические свойства, происходит, как правило, три этапа термообработки.

Термическая обработка дисков длится несколько часов и включает в себя несколько этапов. 

Первый – отжиг при температуре 480-550 °C (в соответствии с DIN 1706).
Температура подбирается оптимальная для растворения легирующих элементов, что позволяет повысить равномерность сплава, тем самым повысить прочность литого диска.

Второй этап – Закалка - быстрое охлаждение до температуры 70 °C.
Этот этап подготавливает заготовку литого диска к третьему этапу – искусственному старению металла, важный момент, отвечающий за механические свойства будущего литого диска. Не пугайтесь, в металлургии искусственное старение металла, это действительно часть термической обработки для улучшения свойств.

Старение в качестве температурной обработки используется как заключительная операция. Применима к тем металлам и сплавам, у которых пресыщенный твердый раствор может выделять избыточный компонент и самопроизвольно распадаться. После проведения процедуры старения у металла увеличиваются твердость с прочностью, но при этом снижаются вязкость с пластичностью, но эти значения сохраняются на протяжении срока работы. Старение стали производится для изменения внутренней структуры после закалки.

На всех этих этапах очень важен температурный режим, так если при отжиге температура превысит 550 °C, заготовка считается бракованной и отправляется на переплавку.

Далее - механическая обработка.

Для достижения наилучшего результата, каждый диск проходит несколько стадий машинной и ручной обработки. Основная цель - придание поверхности диска гладкости и равномерности. Для этого специалистами и роботизированными линиями, удаляются все неровности, заусенцы и т.п. Диски подвергаются так называемой сухой механической обработке без использования специальных охлаждающих смазок. Охлаждение обрабатываемой поверхности осуществляется направленным воздушным потоком. Это позволяет не только удешевить процесс обработки, но и использовать полученную стружку для выплавки следующей партии колес без ее обезжиривания и дополнительной переработки. В результате диск превращается из заготовки в полноценное товарное изделие, которое осталось окрасить.

Окраска включает в себя грунтование, нанесение краски и нанесение лака и происходит обычно, автоматизированными покрасочными линиями.

На каждом этапе, на хороших и правильных производствах, происходит контроль качества. В том числе, выходной контроль качества перед упаковкой. Специальное оборудование обнаруживает пустоты и каверны, проверяет плотность заготовок, определяет нарушения заданных размеров. Если в процессе проверки обнаруживается брак, его отправляют на переплавку, так что процент отходов достаточно мал.

Автолюбителю осталось лишь подобрать хорошие и красивые диски, и получать удовольствие.