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镁合金在汽车上的应用简介

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节能、环保、安全是当今世界汽车工业关注的主要话题,汽车轻量化技术是实现这一目标的重要途径。研究表明,车重每减轻10%,油耗可降低6%~8%[1]。车身质量占整车质量的40%,所以车身的轻量化对于整车的轻量化起着举足轻重的作用。汽车轻量化的实现主要有二种途径:一是优化汽车结构设计;二是使用轻量化材料。前者经过不断研究开发,日趋完善,空间已相对狭窄。后者随着科学技术的发展和新材料的不断涌现,为汽车轻量化开辟了广阔的空间。轻量化材料是指可用来减轻汽车自重的材料,可分为两大类:一类是高强度材料,如高强度钢板;另一类是低密度的轻质材料,如铝合金、镁合金、塑料和复合材料等。轻量化材料对汽车工业的可持续性发展具有重要意义,它不仅关系到车辆的节能、减排、安全、成本等诸多方面,而且汽车轻量化材料的应用对世界能源、自然资源和环境保护具有深刻的影响,它已成为汽车材料技术发展的主导方向。

国外近几年在汽车上的应用,以年平均25%的速度快速增长。据资料介绍,汽车上有60多种零部件可以采用镁合金生产,我国经过“十五”和“十一五”科技攻关,也有20余种汽车零部件可以采用镁合金生产。如仪表盘骨架、座椅骨架、进气歧管、赛车车轮、支架、转向盘骨架、缸体、壳体类零件等,目前镁合金件正向着大型集成化发展。

一、镁合金的特点

镁合金是一种轻合金,熔点为650℃。金属镁及其合金是工程应用中最轻的金属结构材料,纯镁的密度仅为1.738g·cm-3,而常规镁合金如AZ91密度也只是1.81g·cm-3,约为铝的2/3,钢的1/4,接近工程塑料的密度[2],因此将镁合金应用在汽车领域中可极大地减轻结构件的质量。。

镁在元素周期表中属ⅡA族碱土金属,元素符号Mg,英文名称Magnesium,原子序数12,原子量24.31,常见化合价+2,其电子壳层结构为1s22s22p63s2,熔点648.8℃,沸点1090℃,原子半径0.172nm,离子半0.072(+2)nm。镁晶体为密排六方结构,配位数为12,25℃时晶格常数为a=0.3202nm,c=0.5199nm,晶胞的轴比c/a=1.6237,原子间d1=0.31906、d2=0.32030。滑移系数较小,冷变形较困难,当温度升高到250℃以上时,镁合金的变形较容易,同时具有较好的可塑性。高纯镁具有良好物理性能以及耐腐蚀性能,但是由于其力学性能差,生产纯镁的生产成本高,在工业生产和结构使用中纯镁受限,所以在纯镁中加入:铝、锌、锆、锰及微量元素镍等,它们

在镁合金中起到固溶强化、沉淀强化、细晶强化、提高耐热性等作用,可以作为结构材料广泛应用。

二、镁合金在汽车板的应用优势

与其它金属相比镁合金具有很多性能优势:

(1)密度小,常用金属中最轻的金属例如AZ91镁合金的密度是1.81g·cm-3,约为铝的2/3,锌的1/4,不到钢或铸铁的1/4,接近工程塑料的密度。对于含30%玻璃纤维的聚碳酸酯复合材料来说,镁的比重也不超过它的10%。因此镁合金的使用可有效减轻汽车的质量。表一为几种金属的密度对比

表1 几种常用金属密度

金属名称密度(g/cm3)与镁比

Mg 1.74 23

Al 2.71 35

Ti 4.50 58

Zn 7.13 90

Fe 7.87 100

(2)比强度高抗拉强度、屈服强度、伸长率与铝合金铸件相当。从设计者的立场考虑,密度小的金属若不具有高强度,将没有意义。实验显示,镁合金的比强度比铝合金和钢高。因此在不降低零部件强度条件下,镁合金铸件比铝铸件的重量减轻大约25%。几种常用的镁合金性能见下表2。

表2 常用镁合金的性能

合金抗拉强度

MPa

拉伸屈服强度

MPa

拉压屈服强度

Mpa

延伸

弹性模量

GPa

AM60A 205 115 115 6 45

AS21X1 240 130 130 9

AS41A,XB 220 150 150 4 45

AZ91A\B\

D

230 150 165 3 45 A350 325 160 4 71

(3)热传导性好具有良好的耐腐蚀性能、电磁屏蔽性能、防辐射性能,可进行高精度机械加工,且热传导性好,虽然镁合金的导热系数不及铝合金,但是比钢

高近1倍,比塑料材料高10倍。因此镁合金已广泛用于压铸汽车轮毂上,可有效散发制动摩擦热量,提高制动稳定性。

(4)良好的焊接和铸造性能镁合金的熔点、比热容和相变潜热比铝合金低,融化耗能较少,固化速度快,动力粘度低具有良好的压铸成形性能和尺寸稳定性,压铸件生产周期比铝合金短,易形成薄壁结构件,压铸件壁厚最小可达0.15 mm,镁与铁的亲和力小,固溶铁的能力低,不易粘模,铸模寿命比生产铝合金高2,3倍,适合制造各类汽车压铸件。

(5)对振动、冲击的吸收性能好具有良好的阻尼系数,镁合金对振动能量的吸收能力强,消震性能优于铝合金和铸铁,用于驱动和传动部件上可以降低噪声,用于座椅、轮圈、方向盘可以减少振动,在汽车发出碰撞后很好地吸收冲击能量,提高汽车的安全性和舒适性。

(6)抗凹陷性能好镁合金与其他金属相比抗变形能力强,由冲击而引起的凹陷小于其它金属。

(7)易于机械加工镁合金非常易于机械加工,在无冷却液、无润滑剂的情况下能实现高负荷加工,得到光洁的加工面,衡量机械加工的指标之一是动力消耗量。表3是以镁合金为1的情况下,各种合金机械加工时的动力消耗量比较。由表3可知镁合金具有良好的机械加工性。

表3 机加工时动力消耗量比较

合金种类动力消耗量之比合金种类动力消耗量之比

镁合金 1.0 铸铁 3.5

铝合金 1.8 软铜 6.3

黄铜 2.3 镍合金10

(8)易于回收再生。回收的镁合金可直接熔化再进行浇铸,且不降低其力学性能。镁合金同其它金属相比,熔点低,比热小,在再生溶解时所消耗的能源是新材料制造所消耗能源的4%。此外,镁合金的电磁波屏蔽性好,外表美观。

更为重要的是,镁是自然界中分布最广的元素之一,约占地壳质量的 2.35%,列第八位,仅次于O、 Si、Al、Fe、Ca、 Na、K,由于镁本征化学性质活泼,在自然界中主要以化合物的形式存在,在陆地上的含量为 1.930%,海水中的含量为0.42%,达2.1×1015t。我国是世界上镁矿资源最富有的国家。主要含镁资源包括菱镁矿:资源总量31.45亿t,居世界首位;白云石:资源总量约40亿t;盐湖卤水:

柴达木盆地镁盐保有储量48.15亿t[4]。丰富的镁矿资源为我国镁产业的可持续发展提供了最可靠的资源保障。相反,铁矿及铝矿资源则相对贫乏一些。已探明世界储量的铁矿石与铝土矿的可采储量保障年限只有约70年和50年。我国的铁、铝资源更加贫乏,储量仅占世界比例18.7%和2.3%,可采储量保障年限分别在30年左右和10年以下。

从污染角度讲,钢铁的质量密度大,消费量大,其制品在使用过程中易造成高能耗和污染排放;铝虽为轻质材料,但仅铝电解一个工艺环节的电耗就占到整个有色工业的90%,并也间接导致高污染排放。而被冠以“21世纪绿色结构材料” [5]美誉的金属镁在这些方面则相对好一些。

据中国有色金属工业协会数据统计,2008年1-8月份全国共产原镁44.89万吨,同比增长16.8%。需要说明的是,由于受到国际各种金属材料的影响,刚才价格的上升,使镁合金成本方面的劣势进一步减小,镁合金的综合优势进一步明显。因此,对于盛产镁合金资源的中国来说,中高档轿车采用镁合金制作汽车零件也就更加彰显优势了。

三、镁合金的新发展

尽管镁合金在汽车上的应用具有其它金属不可比拟的优点,但在过去几十年中,由于价格和生产技术方面的原因,镁合金一直未得到广泛应用,近年来随着镁价格逐渐下降,使镁合金在汽车中全面应用逐渐成为可能,世界范围内各主要汽车生产国不断加大在镁合金开发和应用技术研究上的投入,从而一些新技术相继问世。

1. 耐蚀镁合金

镁合金的耐蚀性的问题可通过2个方面来解决:○1严格限制镁合金中的 Fe、Cu、Ni等杂质元素的含量。例如,高纯AZ91HP镁合金(Mg、Al、Zn)在盐雾试验中的耐蚀性大约是AZ91C镁合金(Mg、Al、Zn)的100倍,超过了压铸铝合金A380(Mg、Al、Zn)比低碳钢还要好。○2对镁合金进行表面处理。根据不同的耐蚀性要求,可选择化学表面处理,阳极氧化处理、有机物涂覆、电镀、化学镀、热喷涂等方法处理。例如,经化学镀的镁合金,其耐蚀性超过了不锈钢。

2 耐热镁合金

耐热性差是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一。当温度升高时,镁合金的强度和强蠕变性能大幅度下降,使它难以作为关键零件(如发动机零件)材料在汽车工业中广泛应用。耐热镁合金的研究与开发主要围绕新合金研究和改善现有镁合金的高温性能两个方面进行。

Mg-Al-Si(AS)系合金是德国大众汽车公司开发的压铸镁合金。当在175℃

时,AS41合金的蠕变强度明显高于AZ91(Mg、Al、Zn)和AM60(Mg、Al、Zn)合金。

20世纪80年代,国外致力于利用Ca来提高镁合金的高温拉强度和蠕变性能表现良好。日本东北大学采用快速凝固法制成的具有100-200nm晶粒尺寸的高强镁合金,强度为超级铝合金的3倍,并具有超塑性、高耐热性和高耐蚀性。

3 阻燃镁合金

镁合金在熔炼烧铸过程中易发生剧烈的氧化燃烧。上海交通大学轻合金精密成型国家工程中心通过同时加入几种元素,开发了一种阻燃性能和力学性能均良好的轿车用阻燃镁合金,成功进行了轿车变速箱盖的工业试验。

4 高强高韧镁合金

现有镁合金的常温强度和塑韧性均有待进一步提高。在Mg-Zn和Mg-Y合金中加入Ca、Zr可显著细化晶粒,提高其抗拉强度和屈服强度;加入Ag和Th能够提高Mg-稀土-Zr合金的力学性能,如含有Ag的QE22A合金具有较高的室温拉伸性能和抗蠕变性能。

5 变形的镁合金

虽然目前铸造镁合金产品用量大于变形镁合金,但经变形的镁合金材料可获得更高的强度、延展性及更多样化的力学性能,可满足不同场合结构件的使用要求。因此开发变形镁合金具有长远的发展趋势。

美国成功研制了各种系列的变形镁合金产品。通过挤压和热处理得到的Zk60(Mg、Al、Zn)高强变形镁合金,其强度及断裂韧性相当于失效状态的Al7075(Mg、Al、Zn)或Al7475(Mg、Al、Zn)合金。而采用快速凝固(RS)、粉末治金(PM)和热挤压工艺开发的Mg-Al-Zn系EA55RS变形镁合金,成为迄今报到的性能最佳的镁合金,其性能不但超过常规镁合金,比强度甚至超过7075铝合金(Mg、Al、Zn),并具有超塑性(300℃,436℃),腐蚀速率与2024-T6合金(Mg、Al、Zn)相当,成为先进镁合金材料的典范。日本最近开发出超高强度的Mg-Y系变形镁合金材料,可冷压加工的镁合金板材。

6 镁合金成形技术

镁合金成形分成变形和铸造两种方法,当前主要使用铸造成形工艺。压铸是应用最广泛的镁合金成形方法。近年来发展起来的镁合金压铸新技术有真空压铸和充氧压铸,前者已成功生产出AM60B镁合金(Mg、Al、Zn)汽车轮毂和方向盘,后者已用于生产汽车上的镁合金零件。

镁合金半固态触变铸造(Thixo-Molding)成形新技术近年来受到美国、日

本和加拿大等国的重视。与传统压铸相比,触变铸造无需熔炼、浇铸及气体保护。生产过程更清洁、安全和节能。但目前可供使用的半固态铸造镁合金材料相对选择性小,需要进一步发展适用于半固态铸造镁合金的镁合金系列。

其它正在发展的镁合金铸造成形新技术有:镁合金消失模铸造、挤压铸造、低压铸造结合法、挤压铸造、流变铸造结合法和真空倾转法差压铸造等。

四、镁合金在汽车上的使用部位

自1970年中东石油危机以来, 为减轻汽车质量以降低油耗和污染, 提高安全性能, 镁合金材料在汽车工业中的应用与日俱增。目前, 汽车工业中镁合金用量较多的地区和国家主要是北美、欧洲、日本和韩国。综合部分厂家的使用情况,到目前为止,汽车上共有60多个零部件采用镁合金:

(1) 车内构件: 仪表盘、座椅架、坐位升降器、操纵台架、气囊外罩、转向盘、锁合装置罩、转向柱、转向柱支架、收音机壳、小工具箱门、车窗马达罩、刹车与离合器踏板托架、气动托架踏板等。

(2) 车体构件: 门框、尾板、车顶框、车顶板、IP横梁等。

(3) 发动机及传动系统: 阀盖、凸轮盖、四轮驱动变速箱体、手动换挡变速器、离合器外壳活塞、进气管、机油盘、交流电机支架、变速器壳体、齿轮箱壳体、油过滤器接头、马达罩盖、气缸头盖、分配盘支架、油泵壳、油箱、滤油器支架、左侧半曲轴箱、右侧半曲轴箱、空机罩、左抽气管、右抽气管等。

(4) 底盘: 轮毂、引擎托架、前后吊杆、尾盘支架。

镁合金减速器外壳

镁合金减速器外壳采用压铸的方法制造,具有重量轻,噪音低的优点。

轮毂

采用镁合金轮毂能达到轻量化的目的,与铝合金轮毂相比,重量减轻30%左右。同时还能提高汽车的使用性能。因此在赛车及某些高档车上开始使用镁合金轮毂。

五、镁合金应用存在的问题。

镁合金是汽车上最具有潜力的结构材料,21世纪将是镁合金应用飞速发展的时代,以显著的减重节能效果、优良的可回收再生性、良好的铸造及尺寸稳定性和抗震等特性,受到世界汽车工业的青睐。它是汽车轻量化中取代钢铁及部分铝合金和塑料的首选材料,同时我国镁资源丰富,镁合金的发展有可靠的原料来源。目前,汽车上使用镁合金件的量越来越大,但镁合金应用还存在一些问题。一是废镁回收方法少,回收成本高。二是腐蚀问题。镁是活泼金属,很容易氧化和腐蚀,几乎没有低成本的方法来保证稳定的生产工序。三是镁合金没有足够的性能数据库。目前镁合金基础数据不够,无负责收集整理和宣传生产数据的机构,无系统的力学性能测试数据,在腐蚀、热膨胀和模具设计等方面数据也不够。因此,应该建立充分的镁合金数据库,设计出成本低、质量好的部件。中国汽车工业应紧跟世界汽车用材的发展趋势,大力开发镁合金在汽车上的应用。

参考文献

[1]朱平,张宇,葛龙. 基于正面碰撞性仿真的轿车车身材料轻量化研究[J ] . 机械工程学报,2005 ,41 (9) :207 - 211.

[2]陈振华.镁合金[M].北京:化学工业出版社,2004,1-2.

[3]刘倩,单忠德.镁合金在汽车工业中的应用现状与发展趋势[M].铸造技术,2007,

28(12):1688-1692.

[4] 阎峰云,张玉海.镁合金的发展及其应用[M].现代制造技术与装,2007(4):13-15.

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[6]蒋太富, 刘静安.镁及镁合金材料的应用及市场开拓前景,铝加工,2007(02):5-6.

铝合金在专用车上的应用

近 生产厂提高竞争能力的关键。据有关数据介绍,专用汽车重量每减少50kg,每升燃油行驶的距离可增加2km;汽车重量每减轻1%,燃油消耗下降0.6%~1%。铝具有密度小、耐蚀性好等特点,且铝合金的塑性优良,铸、锻、冲压工艺均适用,最适合汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材料利用等几个方面比较,铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料。 轮毂用铝合金 专用车铝轮毂因为质轻、散热性好,并具有良好的外观,而逐渐取代了钢轮毂。在过去的10年,全球铝合金汽车轮毂以7.6%的年增长率增长,根据分析,到2010年时,汽车轮毂铝化率可达72%~78%[4]。A365是一种铸造铝合金,它具有良好的铸造性能又具有高的综合力学性能,世界各国的铸造铝合金轮毂都是此类合金生产的。我国西南铝加工厂与日本轻金属株式会合作开发了A6061铝合金轮毂。 变形铝合金的应用 变形铝合金在汽车上主要用于制造专用车车门、行李箱等车身面板、保险杠、发动机罩、车轮的轮辐、轮毂罩、轮外饰罩、制动器总成的保护罩、消声罩、防抱死制动系统、热交换器、车身构架、座位、车箱底板等结构件以及仪表板等装饰件。 专用车车身板件用铝合金 板材在轿车上的应用比重不断上升,如经热处理(如:T4、T6、T8)的6000系(AI-Mg-Si 系)铝合金板材,能够很好的满足汽车对壳体的要求,可用做车身框架材料。Audi A8的车身钣金件,即采用了本系合金铝材。另外,2000系(AI-Cu-Mg系)、5000系(AI-Mg系)和7000系(AI-Mg-Zn-Cu系)铝合金也可应用于车身材料。近几年,采用6000系和7000系高强度铝合金开发了“口”、“日”、“目”、“田”字形状的薄板和中空型材,不仅质量轻、强度高、抗裂性能好,而且成型性能好,在汽车上得到了广泛的应用。 其它铝合金结构件

镁合金成份分析与市场应用

镁合金环球镁/林来康 一.镁合金的发展 镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料,但与铝合金相比,镁合金的研究和发展目前还很不是很成熟,所以镁合金的应用也还很有限。目前,镁合金的产量只有铝合金的1%。镁合金作为结构应用的最大用途是铸件,其中90%以上是压铸件。 限制镁合金广泛应用的主要问题是:由于镁元素极为活泼,镁合金在熔炼和加工过程中极容易受外界环境因素的干扰而影响到生产品质,因此,镁合金的生产难度比较大;在镁合金的生产技术还不是很成熟和完善下,镁合金成形技术与后续制程仍然有待进一步推广与发展。 镁合金的耐酸的腐蚀性比较较差;而现有工业镁合金的高温强度、蠕变性能较低,也限制了镁合金在高温场合的应用;尤其是镁合金的常温力学性能,特别是塑韧性与延展性是还有待进一步提高;所以镁合金的合金系列相对很少,而变形镁合金的研究开发也是严重滞后,不能广泛的适应不同商业的应用场合要求。 我国具有丰富的镁资源,原镁产能、产量和出口均居世界首位。在镁和镁合金的研究和应用领域,我国与欧美等发达国家之间的差距还相当大'一方面,我国的原镁质量差,镁合金锭的质量也不尽如人意,出口缺乏竞争力,作为结构材料应用。 镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。镁合金按合金组元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系(Az)、Mg-Al -Mn系(AM)和Mg-Al-Si-Mn系(As)、Mg-Al-RE系(AE)、Mg-Zn-Zr n(ZK)、Mg-Zn-RE系(zE)等合金。 ASTM标准 常用铸造镁合金的牌号及性能

二.常见的镁合金压铸用系列: 目前常用的镁铝合金有4个系列:AZ(Mg-Al-Zn-Mn),AM(Mg -Al -Mn),AS(Mg–Al-Si),AE(Mg-Al-RE),其中AE 系列镁合金蠕变强度高。AZ 系和AM 系镁合金是目前应用最广泛的商业化Mg-Al 基铸造镁合金。 以下适应压铸或铸造用的镁合金 镁合金的化学成份( % )按国标准GB/T19078-2003 应用户需要可加入百万分之 5 到 15 的铍。 镁合金的机械性能: 主要用途:适应用户的要求提供具有各种化学成份和机械性能的压铸或铸造用的镁合金 三.镁合金的新进展 镁合金相对比强度(强度与质量之比)最高。比刚度(刚度与质量之比)接近铝合金和钢,远高于工程材料。在弹性范围内,镁合金受到冲击载荷时,吸收的能量比铝合金件大一半,所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。镁合金熔点比铝合金熔点低,压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当,一般可达250Mpa,最高可达600多Mpa。屈服强度,延伸率与铝合金也相差不大。

铝合金在汽车上的应用

铝合金在汽车上的应用 近20年来,世界性能源问题变得越来越严重,这使得减轻汽车自重、降低油耗成了各大汽车生产厂提高竞争能力的关键。据有关数据介绍,汽车重量每减少50kg,每升燃油行驶的距离可增加2km;汽车重量每减轻1%,燃油消耗下降0.6%~1%。铝具有密度小、耐蚀性好等特点,且铝合金的塑性优良,铸、锻、冲压工艺均适用,最适合汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材料利用等几个方面比较,铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料。目前,美国、日本、德国是汽车采用铝合金最多的国家,如德国大众AudiA8、A2,日本的NXS等车身用铝合金量达80%。我国汽车除上海桑塔纳、一汽奥迪和捷达(均为引进生产线)用铝合金外,国产以红旗较多,约80~100kg。有资料表明,用铝合金结构代替传统钢结构,可使汽车质量减轻30%~40%,制造发动机可减轻30%,制造车轮可减轻50%。采用铝合金是汽车轻量化及环保、节能、提速和运输高效的重要途径之一。因此,研究开发铝合金汽车目前显得十分必要。 1 铝合金在汽车工业中的应用背景 最早把铝材运用到汽车上的是印度人,据记载,1896年印度人率先用铝制做了汽车曲轴箱。进入20世纪早期,铝在制造豪华汽车和赛车上有一定的应用,铝制车身的汽车开始出现,如亨利·福特的Model T型汽车和二、三十年代欧洲赛车场上法拉利360赛车都是铝制车身。 铝具有密度小、耐蚀性好等特点,且铝合金的塑性优良,铸、锻、冲压工艺均适用,最适合汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材料利用等几个方面比较,铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料,铝合金作为典型的轻质金属广泛应用于国外汽车上,国外汽车铝合金制部件主要有活塞、气缸盖、离合器壳、油底壳、保险杠、热交换器、支架、车轮、车身板及装饰部件等。。目前,美国、日本、德国是汽车采用铝合金最多的国家,如德国大众AudiA8、A2,日本的NXS等车身用铝合金量达80%。我国汽车除上海桑塔纳、一汽奥迪和捷达(均为引进生产线)用铝合金外,国产以红旗较多,约80~100kg。有资料表明,用铝合金结构代替传统钢结构,可使汽车质量减轻30%~40%,制造发动机可减轻30%,制造车轮可减轻50%。采用铝合金是汽车轻量化及环保、节能、提速和运输高效的重要途径之一。因此,研究开发铝合金汽车目前显得十分必要。 铝合金的主要优点是重量轻,散热性好。随着发动技术的发展,四气阀结构成为发动机的主流设计趋势。与两气阀发动机相比,每缸四气阀的气缸盖比每缸两气阀的气缸盖在工作时要产生更多的热量,采用全铝合金缸盖是最好的解决办法。 目前,轿车发动机部件中不仅活塞、散热器、油底壳缸体采用铝合金材料,而且缸盖、曲轴箱也采用这种材料。在目前的形式下,在发动机上采用铝合金替代铸铁已经成为主流趋势。法国汽车的铝汽缸套已达100%,铝汽缸体达45%。在未来几年里,随着高强度优质铝合金材料的开发成功和制造工艺的不断改进,铝合金材料将愈来愈多的用来制造这一类零部件。 汽车用铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金在汽车上的使用量最多,占80%以上,其中又分为重力铸造件,低压铸造件和其它特种铸造零件。变形铝合金包括板材、箔材、挤压材、锻件等。世界各国工业用铝合金材料的品种构成虽然有一定的差异,但大体是相同的。其品种构成:铸件占80%左右,锻件占1%~3%,其余为加工材。美国汽车工业中变形铝合金占较大比例,

镁及镁合金的主要物化性能

镁及镁合金的主要物化性能铸造镁合金比变形镁合金使用的更多。铸造镁合金是航空工业中应用最广泛的一种轻合金。用镁合金铸件代替铝合金铸件,在强度相等的条件下,可以使工件重量减轻百分之二十五到百分之三十。镁合金和铝合金一样,根据加工方法可以分为变形(压力加工)镁合金和铸造镁合金两大类。这些年来,随着压铸技术的发展,压铸镁合金已成为镁合金应用的主要领域。此外,镁合金作为牺牲阳极其用途也有了很大的发展。 镁属于轻金属,纯金属镁为银白色,在空气中极易被氧化,形成一层薄氧化膜,可以防止其进一步氧化。 镁化学活性很高,在自然界中很难遇到纯镁矿。在海水中以氯化物存在,约含百分之零点一四,在地壳中以光卤石、菱镁矿、白云石和一些其他化合物形式存在,含量达到百分之二点三五。 制取镁的方法方法有:第一种,熔融氯化镁电解法,它是主要的制镁法;第二种,用硅铁还原氧化镁的硅热法;第三种,用碳还原氧化镁的碳热法。 镁及镁合金的主要物化性能:(1)密度,20摄氏度金属镁的密度是1.738g/cm3,650摄氏度熔化温度下密度约为1.65g/cm3,液态镁密度为1.58g/cm3;(2)凝固体积收缩率为4.2%,相应线收缩率为1.5%;原子叙述12,原子价+2,相对原子质量24.30。热性能:熔点,在标准大气压下,金属镁的熔点是650℃±1℃。沸点在标准大气压下,金属镁的沸点是1107℃±3℃。再结晶温度金属镁的再结晶温

度最低位150℃。再膨胀金属镁固体体积膨胀系数二十摄氏度到一百摄氏度之间为26.1*10-6,液体体积膨胀系数温度在六百五十一摄氏度到八百摄氏度之间为380*10-6。热导率镁在二十摄氏度的热导率为154.5W/(mk)。比热容(C)温度在二十摄氏度的时候镁的比热容是1.025kj。气化潜热金属镁的汽化潜热是5150到5400kJ。熔化潜热金属镁的熔化潜热是360~377KJ。升华潜热金属镁的升华潜热是6113到6238KJ。燃点空气中加热时,金属镁在632摄氏度到635摄氏度开始燃烧。燃烧热金属镁的燃烧热是24900到25200kJ。

镁合金在汽车制造业的应用

镁合金在汽车制造业的应用 点击上方「材料科学与工程」快速关注材料类综合、全面、专业的微信平台 为了提高汽车的燃油效率和降低其废气排放,减轻汽车的重量至关重要。为了达到这一目的,用镁合金来制造合适的汽车零部件似乎是一种显而易见的明智之举。作为一种最轻的结构金属,镁比钢轻75%,比铝轻33%左右。 美国汽车研究理事会的一个社团组织“美国汽车材料合作伙伴”在其研究报告“2020年镁的应用前景展望:北美汽车业对镁的战略构想”中指出,与铝相比,镁具有更高的比强度、延展性和抗冲击性;与钢相比,镁可以提供更好的缓冲阻尼和耐冲击性;与塑料相比,镁具有更高的强度和刚度,以及更好的热稳定性和导热性。 此外,该报告指出,为了提高燃油经济性和减少废气排放,镁的材料特性还可以提供许多好处,其中包括: (1)通过使汽车重心后移,减轻前部重量,可以提高汽车的加速/减速、操控/转向响应性能。 (2)由于镁合金可以铸造出完整的大尺寸部件,而不必像钢件那样需由众多单个零件组合而成(这些零件容易相互摩擦,并引起振动),从而可将汽车噪声减至最小。 (3)由于镁铸件可能比同样的钢制零件更廉价(尤其当年

产量小于20万件时),因此可以降低制造成本。镁铸件的加工成本要低于由多部分构成的钢制冲压件,因为加工冲压件的每个部分都需要相应的模具。例如,加工一件由30个部 分构成的钢制仪表盘横梁需要30套工装,而铸镁件横梁只 需要6套工装。 然而,在美国汽车制造商生产的汽车中,镁合金零部件的重量平均只有大约12磅,仅占一辆汽车全部材料的0.3%左右。实际上,镁在汽车上的应用并不很普遍,因为它的成本比一些竞争性材料更高。由于企业的竞争本质,它们会更多地使用价格比较低廉的材料。镁合金零部件使用率的下降,部分也是因为北美市场的模铸企业因关闭和合并而不断减少,几年前发生的金融危机和汽车行业遭遇的困境产生了很大的影响。 咨询企业Ducker Worldwide公司发表的一份预测平均 每辆轻型车所用材料净重量变化(见表1)的报告时估计,镁合金零部件将从2008年的每车8磅左右增加到2025年 的22磅。这种用量的增加将全部集中在传动零部件上(主 要是进气歧管)。镁合金传动件和传动箱可能最终将会取代 铝合金传动件和传动箱,但不会用于制造结构件。 表1 平均每辆轻型车所用材料净重量的变化趋势(单位:磅)到2025年,汽车材料的这种变化,加上制造足迹减少2%,将使汽车的平均惯性重量和平均整备质量(净重)比

镁合金的发展及应用

1 / 8 镁合金的发展及应用 摘要:综述镁合金的特点及其在交通、航空航天、兵器方面的应用情况,并结合兵器零件的使用特点和性能要求,分析了镁合金在兵器装备中的应用前景, 展望 关键词:镁合金,特点,发展,应用 1 引言 镁合金的密度很小,是钢的四分之一、铝的三分之二,但镁合金的比强度却大于钢和铝,是最轻的金属结构材料。因此,镁合金在电子产品、汽车、航空航天等需要高比强度金属材料的领域具备广阔的发展前景。但是镁合金的化学活性高,在有机酸、无机酸和含盐的溶液中均会被腐蚀,且腐蚀速率较高,使得镁合金的应用受到了很大的限制。 镁合金是重要的有色轻金属材料,具有比强度、比刚度高,减振性、电磁屏 蔽和抗辐射能力强,易切削加工,易回收等一系列优点,广泛应用于航空航天、 2 镁合金的特点 (1)重量轻:镁合金的比强度要高于铝合金和钢/铁、但略低于比强度最高的纤维增强塑料;其比刚度与铝合金和钢/铁相当,但却远远高于纤维增强塑料。比强度(强度/密度之比值)、比耐力(耐力/密度之比值)则比铝、铁都要高。在实用金属结构材料中其比重最小(密度为铝的2/3,钢的1/4)。这一特性对于现代社会的手提类产品减轻重量、车辆减少能耗以及兵器装备的轻量化具有非常重要的意义。 (2)高的阻尼和吸震、减震性能:镁合金具有极好的吸收能量的能力,可吸收震动和噪音,保证设备能安静工作。镁合金的阻尼性比铝合金大数十倍,减震效果很显著,采用镁合金取代铝合金制作计算机硬盘的底座,可以大幅度减轻重量(约降低70%),大大增加硬盘的稳定性,非常有利于计算机的硬盘向高速、大容量的方向发展。 (3)良好的抗冲击和抗压缩能力:其抗冲击能力是塑料的20倍;当镁合金

镁合金在汽车上的应用简介

镁合金在汽车上的应用简介 199镁合金在汽车上的应用简介 镁合金与其他金属相比具有许多性能特点[3]: ①密度低,如AZ91镁合金密度为1.81g·cm-3,约为铝的2/3和铁的1/4,接近工程塑料的密度 ②抗拉强度、屈服强度和伸长率与铝合金铸件相当下表显示了几种常用镁合金的性能 ③具有良好的耐腐蚀性、电磁屏蔽性能和抗辐射性能,可高精度加工,具有良好的导热性。在压铸汽车轮毂上使用时,能有效消散制动摩擦热,提高制动稳定性。 ④具有良好的压铸成型性和尺寸稳定性,压铸件最小壁厚可达0.15 mm,适用于制造各种汽车压铸件。 ⑤具有良好的阻尼系数,其减震性能优于铝合金和铸铁。它可以降低外壳的噪音,减少座椅和轮辋的运动,提高汽车的安全性和舒适性。 ⑥易于回收回收的镁合金可以直接熔化,然后铸造而不降低其机械性能。表1常用镁合金的性能 AM60A AS21X1 AS41A,XB AZ91A \ \ B \ \ D A350抗拉强度MPa 抗拉屈服强度MPa抗拉屈服强度Mpa伸长率弹性模量GPa XXXX寿命大约只有70到50年中国的铁和铝资源更加贫乏,储量仅占世界总量的18.7%和2.3%,可采储量的保证期分别为30年和10年以下。从污染的角度来看,钢材质量密度高,消耗量大,其产品在使用过程中容易造成高能耗和污染排放。尽管铝是一种轻质材料,但仅一次

铝电解过程的能耗就占整个有色金属工业的90%,并间接导致高污染排放。被称为“21世纪绿色结构材料”的镁在这些方面相对更好。 据中国有色金属工业协会统计,XXXX 1-8月份全国原镁总量为44.89万吨,同比增长16.8%应该注意的是,由于受到各种国际金属材料的影响,刚才的价格上涨进一步降低了镁合金在成本方面的劣势,使得镁合金的综合优势更加明显。因此,对于镁合金资源丰富的中国来说,在中高档汽车零部件生产中使用镁合金更为有利。 3、汽车用镁合金 自1970年中东石油危机以来,为了降低汽车质量、减少油耗和污染、提高安全性能,镁合金材料已经越来越多地应用于汽车工业。目前,汽车工业中使用镁合金较多的地区和国家主要是北美、欧洲、日本和韩国。根据一些制造商的使用情况,镁合金材料目前主要用于制造以下汽车零件[6]: (1)内部部件:仪表板、座椅骨架、座椅升降器、控制台骨架、气囊盖、方向盘、锁紧装置盖、转向柱、转向柱支架、收音机外壳、小工具箱门、车窗电机盖、制动器和离合器踏板支架、气动支架踏板等。 (2)车身部件:门框、尾板、车顶框、车顶板、仪表板梁等。 (3)发动机和传动系统:气门室盖、凸轮盖、四轮驱动变速箱体、手动换档变速箱、离合器壳体活塞、进气管、油底壳、交流电机支架、变速箱壳体、机油滤清器接头、电机盖、气缸盖罩、分配板支架、机油泵壳体、油箱、机油滤清器支架、左曲轴箱半部分、右曲轴箱半部分、空罩、左吸气管、右吸气管等。(4)底盘:轮毂、发动机支架、前后吊

镁合金在现代汽车应用(奥迪为例)解剖

书山有路勤为径,学海无涯苦作舟 镁合金在现代汽车应用(奥迪为例)解剖 奥迪是全球汽车行业内轻质结构的先驱。1994 年,采用奥迪空间框架结构(ASF)的首辆奥迪A8 从装配线上下线,从此以后,奥迪不断生产全铝车身 轻质汽车,一路走来定期推出亮点产品。轻质结构绝非一个单独的原理,而是一条哲学理念,是一个涵盖车辆所有方面的一体式方法。除了车身,传动系、底盘、乘客舱和电气系统均能对减重发挥重要作用。这种作用有时候仅有数十千克,有时候仅有几克。但是每一克都意义重大。近年来,奥迪使用铝螺钉连接发动机和变速箱,减重0.6 千克。使用镁打造整个变速箱壳体比铝节省4.5 千克重量。奥迪A8 4.2 TDI 上,一个由镁制成的通道横梁首次应用于变速箱轴承上。与具有相同部件稳定性和硬度的铝制部件相比,重量减轻了 0.76 千克在很多奥迪车型上,车辆部件完全或者主要由铝制成。例如,在紧凑型A3 中,副车架、控制臂和前悬架的枢轴承的总重量仅为14.4 千克。如果由钢制成,重量要多5.9 千克。所有奥迪车型均装配铸铝转向齿轮外壳。相比前代车型,A8 的制动助力器重量减轻了30%。TT 车型中的每个铝制制动器盖板仅重149 克,比相应的钢制盖板减重一半。奥迪顶级车型中提供的每个大型碳纤维陶瓷制动盘比钢制制动盘轻5 千克。减重部件对比在TT 轿跑车、A3 Cabriolet 和A5 Cabriolet 车型中,后排折叠座椅的后背由高级塑料制成。部件仅重2.5 千克,仅为钢制座椅靠背的一半。奥迪方向盘标配的带集成式减震器的镁制方向盘框架减重约0.4 千克。A5 Cabriolet 敞篷车顶部末端有一个高压铸造的镁盘,重量比同类铝部件轻1.5 千克。很多车型中使用一种新型声音塑料膜使得玻璃变得更薄,重量减轻了2.4 千克,具有增强的声音属性。轻质结构的其他目标区域为电气系统和电子装置。A8、A7 Sportback 和新款A6 中的蓄电池电缆并非由铜制成,而是由铝制成,减轻了很多重量。车载电气系统的很

铝合金在高速铁路上的应用现状及发展趋势

铝合金在高速铁路上的应用现状及发展趋势 摘要:铁路运输是我国主要的交通运输方式,在国民经济中起着非常重要的作用。而铁路车辆是铁路运输中直接载运旅客和货物的工具,是铁路中的一个主要环节,随着社会的进步,运输对车辆的要求越来越高。车体作为车辆的一个主要部件,其轻量化设计就成为一个关键的问题。高速列车的轻型化对于发展交通运输、改善机车车辆运行平稳性、降低能源消耗、减少轮轨磨耗都是至关重要的。当今世界上,大多数发达国家采用铝合金为材质制造车体结构,介绍目前国内外铁路运输中铝材的应用优势及其主要障碍,通过使用铝材来代替传统的钢铁材料,可大大减轻自重以降低能耗、减少环境污染、提高经济性。并对铝材的发展趋势做了猜测。 关键词铝合金;现状;发展趋势 1引言 铁路运输工业正面临越来越严重的三大课题:能源、环保、安全。减轻火车自重以降低能耗,减少环境污染,节约有限资源已成为火车运输关注的焦点。轻量化是火车发展的一个重要趋势,通过使用轻质材料来替代传统的钢铁材料,可以减轻火车的质量,以达到节省燃料的目的。因此,越来越多的轻质或高比强度的材料受关注,如板、铝合金。本文就高速铁路客车用铝合金材料的现状及发展趋势做些讨论。 2铝合金的特点及其应用优势 2.1铝合金的特点 铝的密度小,仅为2.7(属轻金属),约为钢的1/3。由于铝的表面易氧化形成致密而稳定的氧化膜,所以耐蚀性好。铝有较好的铸造性,由于铝的融化温度低,流动性好,易于制造各种复杂外形的零件。铝中加入一种或几种元素后即构成铝合金,铝合金相对于纯铝可以提高强度和硬度,除固溶强化外,有些铝合金还可以热处理强化,使有些铝合金的抗拉强度可超过600MPa,与低碳钢相比,比强度则胜过某些合金钢。铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的,如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能:易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类,各种类均有各自的使用范围,并有各自的代号,以供使用者选用。 铝合金仍然保持了质轻的特点,但机械性能明显提高。铝合金材料的应用有以下三个方面:一是作为受力构件;二是作为门、窗、管、盖、壳等材料;三是作为装饰和绝热材料。

镁合金的四大主要应用领域

镁合金的四大主要应用领域 日前介绍了镁合金目前的主要应用领域,主要分四个方面: (1)交通工具上的应用 随着世界能源危机、资源危机与环境污染问题的日趋严重,节能和轻量化已成为汽车工业的重要问题。采用镁合金制造摩托车发动机、轮毂、减速器、后扶手及减震系统等部件,不仅能减轻整车质量、提高整车的加速和制动性能,还能降低行使震动、排污量、噪声及油耗,可提高驾乘舒适度。重庆镁业科技股份有限公司目前已研制出10余种摩托车镁合金压铸件和挤压铸造镁合金轮毂,并组装了镁合金用量为14kg的隆鑫LX150摩托车,开创了我国摩托车大量采用镁合金的先例。重庆镁业和重庆博奥镁业现已形成镁合金摩托车压铸件300万件、镁合金型材1000吨及镁合金1500吨的年生产能力。目前我国已有300多万辆摩托车应用了镁合金,可节省油耗数亿元以上。我国是摩托车生产大国,目前年产量达2500多万辆,连续14年居全球首位,若平均每辆镁合金用量按5kg计算,摩托车工业每年需镁合金约12万多吨。 目前,我国的自行车厂商已将大量镁合金零部件运用于自行车赛车、登山车甚至折叠车等高级车种。首钢远东、重庆镁业、中华自行车、上海交大、南京华宏等国内企业和研究院所都纷纷推出了镁合金自行车样车,其中首钢远东镁合金车型实现了上市销售,重庆镁业的镁合金自行车实现了产品系列化。 (2)电子工业中的应用 镁合金所具有的优异的薄壁铸造性能及良好的比强度、刚度和抗撞能力,能充分满足3C产品高度集成化、轻薄化、微型化、抗摔撞及电磁屏蔽、散热和环保要求。因此,当前在3C产品如手机、笔记本电脑、数码相机、摄像机、PDA等行业,也已经掀起了镁合金外壳及零部件研发与应用热潮。国内已经建立起了一批专门生产3C产品专用镁合金部件的企业,如青岛金谷镁业公司、长春华禹镁业公司和富士康公司等。

镁合金的应用

镁合金: 镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金。其特点是:密度小(1.8g/cm3镁合金左右),强度高,弹性模量大,散热好,消震性好,承受冲击载荷能力比铝合金大,耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金,其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。在实用金属中是最轻的金属,镁的比重大约是铝的2/3,是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金属,高强度、高刚性。 发展: 得益于中国汽车工业和3C等行业的转型升级及其中国经济地位的显著提升,镁合金行业令市场看好。其中,汽车行业的轻量化,环保化需求,尤其是新能源汽车的发展,以及镁合金研发技术和回收利用技术的不断进步,对促使镁合金的广泛应用将是利好消息。 2015年,国内汽车用镁合金将达到68kg/辆,而同期我国汽车销量将突破2800万辆,乘用车销量将达到1960万辆,自主品牌汽车企业通过产业兼并、技术研发和市场渠道开拓等因素作用,销量将突破1000万辆。 与此同时,镁合金在医药化工和航空航天工业领域的应用也将得到成长。由于下游终端汽车消费市场的稳步增长,预计2015年,全球镁合金市场为600万吨,年均复合增长率(CAGR)为20%-25%(其中包含了交通工具、3C、航空航天和医药化工领域镁合金的应用)。

此外,作为有色金属合金行业的子行业,镁合金行业在中国制造工业的的升级过程中得到实惠。作为资金、材料密集型行业,原材料价格的稳定和较低水平、铸造件行业的整合集中、技术研发的进步等都将较为有利于镁合金行业的发展,市场较为看好。 基本简介: 特性 密度低、比性能好、减震性能好、导电导热性能良好、工艺性能良好、耐蚀性能差、易于氧化燃烧、耐热性差。 其加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点:散热快、质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收;另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。 应用范围:镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中,达到轻量化的目的。 产品特点: 加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点:散热快、质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收;另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。 应用范围:镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中,达到轻量化的目的。 镁合金的比重虽然比塑料重,但是,单位重量的强度和弹性率比

镁合金的发展及应用

关于镁合金的发展及应用的研究现状的综述 摘要:镁合金在工业生产中已经得到了广泛的应用,这里综述了镁合金的特点及其研究新进展,重点介绍了镁合金在汽车工业、航空航天、现代兵器、核工业以及电子产品等领域的应用,最后展望了镁合金在尖端科技领域中的广阔的应用前景。 关键字:镁合金,应用,特点,新进展,应用前景 Review of the status quo about the development and application of magnesium alloy Abstract:Magnesium alloy has been widely used in industrial production, here reviewed the characteristics of magnesium alloy and its new progress, and focuses on the application of magnesium alloy in the fields of automotive, aerospace, modern weapons, the nuclear industry and electronic products. Finally, outlook the future potential applications of magnesium alloy in the field of cutting-edge technology. Key words:magnesium alloy, applications, features, new progress, the future potential applications 随着航空航天、交通运输、信息产业的发展,新型轻合金材料的研发逐渐受到各国的高度重视。在许多领域,传统钢铁材料已逐渐被各种综合性能更为优良的新型材料所替代。 镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金,是目前实际应用中最轻的金属结构材料,具有密度小、强度高、阻尼性、切削加工性和铸造性能好的优点。 1.镁合金的特点 与其他金属相比,镁合金具有以下特点: (1)镁合金的比重小,是目前最轻的结构材料,密度在1.75—1.85g/cm3之间,是钢密度的23%,铝密度的67%,塑料密度的170%[1]。镁合金比强度明显高于铝合金和钢,仅略低于比强度最高的纤维增强材料;比刚度与铝合金和钢相当但远高于纤维增强材料,具有很好的优越性。 (2)镁合金阻尼性能好,与铝合金、钢、铁相比具有较低的弹性模量,在同

铝合金在汽车上的应用

铝合金在汽车上的应用 精选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-

铝合金在汽车上的应用 近20年来,世界性能源问题变得越来越严重,这使得减轻汽车自重、降低油耗成了各大汽车生产厂提高竞争能力的关键。据有关数据介绍,汽车重量每减少50kg,每升燃油行驶的距离可增加2km;汽车重量每减轻1%,燃油消耗下降%~1%。铝具有密度小、耐蚀性好等特点,且铝合金的塑性优良,铸、锻、冲压工艺均适用,最适合汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材料利用等几个方面比较,铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料。目前,美国、日本、德国是汽车采用铝合金最多的国家,如德国大众AudiA8、A2,日本的NXS等车身用铝合金量达80%。我国汽车除上海桑塔纳、一汽奥迪和捷达(均为引进生产线)用铝合金外,国产以红旗较多,约80~100kg。有资料表明,用铝合金结构代替传统钢结构,可使汽车质量减轻30%~40%,制造发动机可减轻30%,制造车轮可减轻50%。采用铝合金是汽车轻量化及环保、节能、提速和运输高效的重要途径之一。因此,研究开发铝合金汽车目前显得十分必要。 1 铝合金在汽车工业中的应用背景 最早把铝材运用到汽车上的是印度人,据记载,1896年印度人率先用铝制做了汽车曲轴箱。进入20世纪早期,铝在制造豪华汽车和赛车上有一定的应用,铝制车身的汽车开始出现,如亨利·福特的Model T型汽车和二、三十年代欧洲赛车场上法拉利360赛车都是铝制车身。 汽车用铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金在汽车上的使用量最多,占80%以上,其中又分为重力铸造件,低压铸造件和其它特种铸造零件。变形铝合金包括板材、箔材、挤压材、锻件等。世界各国工业用铝合金材料的品种构成虽然有一定的差异,但大体是相同的。其品种构成:铸件占80%左右,锻件占1%~3%,其余为加工材。美国汽车工业中变形铝合金占较大比例,达36%。 铸造铝合金的应用 铸造铝合金具有优良的铸造性能。可根据使用目的、零件形状、尺寸精度、数量、质量标准、机械性能等各方面的要求和经济效益选择适宜的合金和合适的铸造方法。铸造铝合金主要用于铸造发动机气缸体、离合器壳体、后桥壳、转向器壳体、变速器、配气机构、机油泵、水泵、摇臂盖、车轮、发动机框架、制动钳、油缸及制动盘等非发动机构件。 发动机用铝合金 汽车发动机用铝合金制造轻量化最为明显,一般可减重30%以上,另外,发动机的气缸体和缸盖均要求材料的导热性能好、抗腐蚀能力强,而铝合金在这些方面具有非常突出的优势,因此各汽车制造厂纷纷进行发动机铝材化的研制和开发。目前国外很多汽车公司均已采用了全铝制的发动机气缸体和气缸盖。如美国通用汽车公司已采用了全铝气缸套;法国汽车公司铝气缸套已达100%,铝气缸体达45%;日本日产公司VQ和丰田公司的凌志IMZ-FEV6均采用了铸铝发动机油底壳;克莱斯勒公司新V6发动机气缸体和缸盖都使用了铝合金材料。 轮毂用铝合金 铝轮毂因为质轻、散热性好,并具有良好的外观,而逐渐取代了钢轮毂。在过去的10年,全球铝合金汽车轮毂以%的年增长率增长,根据分析,到2010年时,汽车轮毂铝化率可达72%~78%[4]。A365是一种铸造铝合金,它具有良好的铸造性能又具有高的综合力学性能,世界各国的铸造铝合金轮毂都是此类合金生产的。我国西南铝加工厂与日本轻金属株式会合作开发了A6061铝合金轮毂[5]。

镁合金压铸技术的发展及其应用.docx

镁合金压铸技术的最新发展及其应用 镁合金是最轻的工程金属材料之一,具有很好的比强度、比刚度等性能,特别适合制造要求重量轻、强度高、减震降噪的工程结构部件和要求一定强度的壳类零件。镁合金低熔点、低比热及充型速度快等优点极其适合於用现代压铸技术进行成形加工。现代科技和相关产业技术的发展,使镁 合金的应用範围迅速扩展,特别是在汽车工业和电子信息产业中获得大量应用。 本文主要介绍镁合金压铸技术研究、开发、应用的发展状况,希望藉此 促进中国镁压铸技术的发展及其在各个领域、尤其是汽车工业中的推广应用。 概述 长期以来,镁的 80%用於铝合金的添加元素或冶金行业脱氧等、 13%用於铸造合金、 3%用作变形制品。随着科技进步及对镁可贵性的认识,其产品广泛用於航空、航天、汽车配件、电子及通讯等领域。 汽车行业采用镁合金量的急剧增加是拉动镁合金全球用量增加的重要因素,生产商在汽车上应用镁合金零部件不仅是为了减轻重量,更是藉此 来不断提高汽车的性价比,从而加强其在竞争日益激烈的汽车巿场上的 竞争优势。预计 1996~2008 年全球用於汽车零部件的镁量平均每年递 增15%以上,其中,北美增长速度为 30%,欧洲则超过 60%。 欧、美、日等发达国家的汽车制造公司在政府的协调下与科研院所密切 合作,投入大量人力物力,实施多项大型研究发展计划,研究用镁合金 制造汽车零部件。这些研究开发计划促进了镁合金在汽车上的应用发展。电子信息产业由於数字化的发展,巿场对电子及通讯产品高度集成化、轻薄化及可回收的要求愈来愈高。以前作为主要材料的工程塑料已经无 法满足要求,因此人们把目光投向了镁合金。例如,镁合金具有优异的 薄壁铸造性能,其压铸件壁厚可达 0.8mm-1.5mm,并保持一定的强度、刚度和抗冲击性能。因此,在薄壁、轻薄、抗冲击、电磁屏蔽、散热及环保等方面的要求之下,镁合金成了制造商的最佳选择。近年来,电子信息产业的镁合金消耗量急剧增加,成为拉动全球镁消耗量的另一重要因素。

镁合金在汽车材料上的应用及发展前景

镁合金在汽车材料上的应用及发展前景 摘要:介绍了镁及镁合金的类型和它们的基本性能,国内外在汽车材料方面对其的应用情况,镁合金在汽车轻量化方面的应用,展望了镁合金在未来的应用前景。 1、镁及镁合金的特性 镁是银白色的金属元素,常温下镁的密度为 g/cm ,约为钢的1/4,铝的2/3。在金属镁中添加其他元素可以形成各种镁合金。镁合金是现在大量使用的工程结构材料中最轻的,其比强度明显高于铝合金和钢,比刚度与铝合金和钢相当。同时,镁合金还具有良好的减振性,在相同载荷下,减振性是铝的100倍、钛合金的 300~500倍。镁合金还具有良好的切削加工性及尺寸稳定性,其耐凹陷性、铸造成型性及表面装饰性俱佳,加之具有易回收利用、导热优良性、抗电磁干扰及屏蔽性能等特点,镁及镁合金广泛应用于冶金、汽车、摩托车、航空航天、光学仪器、计算机、电子与通讯、电动及风动工具和医疗器械等领域。金属镁主要用于:铝基合金的重要添加元素,用量约占镁的总消耗量的43%左右;制造各种零部件的用量已达到镁消耗量的35%左右;炼钢脱硫约占13%;阴极保护材料、金属还原剂和化工行业等。 当今,钢铁、铝合金和塑料是汽车上使用最多的三大类材料,按重量计算,三类材料占整车比例合计约为80%,其中钢铁约占62%,铝合金和塑料大体相当,均占8%-10%。镁合金在汽车上的应用比例为%,平均重量约5kg,但近几年的增幅却较大。镁的比重为cm3,是铝的2/3,钢的2/9,和塑料相当,是最实用的减重轻金属材料。镁合金也具有比强度、比刚度高等优良性能。正因为如此,镁合金有利于汽车轻量化、有利于节能和减排。据资料介绍:轿车质量每减轻100kg,油耗可降低5%。如果每辆汽车使用70kg镁合金,CO2年排放量能减少30%以上。汽车减重可以提高其加速性能;顶部和车门减重,可以降低汽车重心,增强稳定性;前部减重,可以使汽车重心后移,改善操纵性能。 同时,镁的减振系数远高于铝和钢铁,具有优良的抗冲击性能,有利于减振降噪,选用镁合金作为汽车结构材料能有效降低汽车振动和噪声,受冲击时能吸收更多的能量。镁合金的散热性好,抗电磁干扰性高,使汽车更为安全舒适。 2、常用镁合金类型及其性能 由于交通工具轻量化的推动,世界各国都展开了对镁合金的研究,而限制镁合金发展的一个主要原因是镁合金的高性能——抗蠕变能力和高温疲劳性能较差,因此新材料的研发主要是针对这一问题进行,概括的说主要包括两个方面,一是对现有合金的优化,主要是针对现有的商业镁合金,特别是对AZ、ZK系合金进行改性,通过添加合金元素以期改善合金的高温性能;二是新合金系的开发,主要是指新型Mg-RE系的研发。 镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。镁合金按合金组元不同主要有 Mg-Al-Zn-Mn系(Az系列)、Mg-Al- Mn系(AM)和Mg- Al-Si-Mn系(AS)、

镁合金在汽车轻量化上的应用前景解析

镁合金在汽车轻量化上的应用前景解析一直以来,高强度钢、铝合金、工程塑料等轻量化材料广泛应用于汽车及汽车零部件制造的各个方面,而镁合金鉴于种种原因没有得到大力推广和使用,镁合金目前主要应用在发动机罩盖、方向盘、座椅支架、车内门板、变速器外壳等方面。 数据显示,目前北美每辆汽车使用镁合金3.5kg,欧洲PASSAT 和Audi A4上每辆车使用镁合金达到14kg,而国产汽车每辆用量平均仅1.5kg。专家预测,到2020年,欧美日汽车用镁合金的市场需求是77万吨,国内需求为5万~10万吨。“镁合金重量轻、吸震性能强、铸造性能好,自动化生产能力和模具寿命高、尺寸稳定,作为最轻的工程材料,镁合金不仅是最适合铸造汽车零部件的材料,也是最有效的汽车轻量化材料。”近日,重庆元和利泰镁合金制造有限公司总经理刘真在接受记者采访时表示。 ■耐腐蚀性差、成本和废品率高是镁合金普及“拦路虎”

专家表示,汽车上可采用镁压铸件的领域大致可分为两大类:一类是以镁取代原来采用其他材料做压铸件的领域;另一类是直至目前还在采用焊接钢结构或铝板材料的场合。对于前者,最常见的是以镁压铸件替换铝压铸件,虽然两种材料有同等的铸造特性,但若全面衡量重量与成本因素,选用镁当然更加合理。 我国是镁资源丰富的国家,资料显示,中国的镁资源总储量占全球的85%,位列世界第一位。不过,我国在镁资源利用方面却远远不够,专家表示,在汽车、国防、体育等镁合金产品的生产应用方面落后国外几十年。“实际上,镁合金在汽车领域已经有了很多应用,比如现在全球62%的汽车方向盘都是用镁合金做的,它不仅质量轻,减振效果好,在发生意外撞击时对人的伤害更小。”刘真表示,在车轮、汽车防碰撞横梁等部位使用镁合金零部件来替代塑料件,在保证汽车安全性的情况下,对减轻汽车自身质量、降低汽车能耗的效果特别显著。 但是,我们也看到镁合金制造汽车零部件确实存在压铸成本高、废品率高、存在安全生产隐患等问题。“镁是一种很活泼的元素,耐腐蚀性很差,我国在镁合金零部件抗腐蚀性方面的技术能力要差一些。”中国汽车工业协会顾问杜芳慈告诉记者,“另外镁在加工过程中,容易发生燃烧和爆炸,存在安全生产问题。这两个问题解决不了,镁合金在汽车上的应用会大受影响。”

镁合金的优缺点与应用

镁合金的优缺点及应用 镁合金是以镁为原料的高性能轻型结构材料,比重与塑料相近,刚度、强度不亚于铝,具有较强的抗震、防电磁、导热、导电等优异性能,并且可以全回收无污染。镁合金质量轻,其密度只有1.7 kg/m3,是铝的2/3,钢的1/4,强度高于铝合金和钢,比刚度接近铝合金和钢,能够承受一定的负荷,具有良好的铸造性和尺寸稳定性,容易加工,废品率低,具有良好的阻尼系数,减振量大于铝合金和铸铁,非常适合用于汽车的生产中,同时在航空航天、便携电脑、手机、电器、运动器材等领域有着广泛的应用空间。 、镁合金的优点 1、镁合金密度小但强度高、刚性好。在现有工程用金属中,镁的密度最小,是钢的1/5,锌的1/4,铝的2/3。普通铸造镁合金和铸造铝合金的刚度相同,因而其比强度明显高于铝合金。镁合金的刚度随厚度的增加而成立方比增加,故而镁合金制造刚性好的性能对整体构件的设计十分有利。 2、镁合金的韧性好、减震性强。镁合金在受外力作用时,易产生较大的变形。但当受冲击载荷时,吸收的能量是铝的1.5倍,因此, 很适合应于受冲击的零件一车轮;镁合金有很高的阻尼容量,是避免由于振动、噪音而引起工人疲劳等场合的理想材料。 3、镁合金的热容量低、凝固速度快、压铸性能好。镁合金是良好

的压铸材料,它具有很好的流动性和快速凝固率,能生产表面精细、棱角清晰的零件,并能防止过量收缩以保证尺寸公差。由于镁合金热容量低,与生产同样的铝合金铸件相比,其生产效率高40% ~ 50% ,且铸件尺寸稳定,精度高,表面光洁度好。 4、镁合金具有优良的切削加工性。镁合金是所有常用金属中较容易加工的材料。加工时可采用较高的切削速度和廉价的切削刀具工具消耗低。而且不需要磨削和抛光,用切削液就可以得到十分光洁的表面。 5、资源丰富。中国是镁资源大国,菱镁矿、白云石矿和盐湖镁资源等优质炼镁原料在中国的储量十分丰富,为中国的原镁工业及 下游”产业的蓬勃发展和不断进步提供了物质保证。进入20世纪90 年代以来,随着改革开放和市场经济的不断深入发展,中国镁工业也有了突飞猛进的发展。2000年全国镁产量约为200 kt ,几乎占世界镁产量的40%,位居全球第一。2005年,原镁产量达到354 kt, 原镁产能接近600 kt ,比2004年净增100kt,同比增长32.1%,占全球镁产量的2/3 ,成为中国继铝、铜、铅、锌之后的第五大有色金属。 二、镁合金的缺点 1、易燃性。镁元素与氧元素具有极大的亲和力,其在高温下甚至还处于固态的情况下,就很容易与空气中的氧气发生反应,放出大量热,且生成的氧化镁导热性能不好,热量不能及时发散,继而促进了氧化反应的进一步进行,形成了恶性循环,而且氧化镁疏松多孔,不能有效阻隔空气中氧的侵入。

镁合金在汽车领域中的应用一镁合金在汽车领域的应用背景和发展现概要

万方数据

万方数据 一画‰黼 出的优点,由于比强度高,因此可以在相同质 量下获得较高的强度,而且阻尼性能良好并具 有很高的抗冲击韧性,尤其适用于制造经常承 受冲击的部件。如转向轴经常承受较大的扭 矩,座椅架和轮毂长时间承受冲击,采用阻尼 性良好的镁合金后,既减轻了汽车的自重,又 提高了汽车行驶过程中的平稳性和安全性。到 目前为止,已经开发和应用的镁合金汽车部件 如图2所示,在汽车上得到广泛运用,特别是 在高档轿车和“特殊用途的车辆”中。大排量 汽车中的用镁量也呈增长态势。在跑车、厢式 车、SUV等车型中,虽然镁制件的成本较高, 但由于其质量轻,能够抵消成本高的缺点。 图2已经开发和应用的镁合金汽车部件 目前镁合金在汽车工业上的应用状况是,每辆车在0.5~17kg之间变化,平均使用量是每 辆车3kg。德国大众汽车公司帕萨特车目前用镁

量为14kg,占车重的1%,不久将可能增至30~ 50kg。镁合金在大众公司的汽车上主要应用是在 驱动设备和内部结构件上。随着技术的发展,镁 合金结构件应用的数量将会增加。奥迪A6轿车 单车的镁合金压铸件总用量目前已达14.2kg, 其未来的目标是将单车的镁合金总用量增至50"-" 80kg。美国通用和福特汽车公司预计在今后的20 年内每辆汽车的镁合金用量将从目前的3kg提高 到100kg。2004年4月,大众汽车公司首次正式 推出了新研制成功的超级经济型轿车,属于迷你 型,其燃油效率达到了每百km耗油少于l L。该 车型也是大众公司“甲壳虫”车型的延伸产品。 它的原材料采用镁合金和碳纤维制成,该车的最 高时速可达120km;整车框架由金属镁制成,镁 框架外裹有用于加强的塑料表皮。 ● 36I2007.第4Wl 3.1汽车行业常用镁合金材料 压铸镁合金材料应用于汽车零部件,约占整个需求量的l/3~1/4。结构用镁合金根据不同的用途,有时添加Al、Zn等元素,大致上分为Mg-AI 系和Mg-Zn系两类。

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