镁合金铸造发展动向
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镁合金铝合金在汽车轻量化上的应用及发展趋势随着汽车工业的迅速发展,汽车轻量化已成为当前汽车制造领域的一个热门话题。
轻量化不仅可以提高汽车的燃油经济性和性能,同时也可以减少对环境的影响,改善汽车的安全性和舒适性。
而在轻量化材料中,镁合金和铝合金作为两种重要的轻量化材料,在汽车制造领域拥有着广阔的应用前景。
一、镁合金在汽车轻量化上的应用镁合金具有优异的轻质、高强度和抗冲击性能,是一种理想的轻量化材料。
在汽车制造领域,镁合金主要应用于车身部件、发动机、变速箱壳体、悬挂系统、内饰件等方面。
其轻量化的特性使得汽车整车质量大幅度减轻,提高汽车的燃油经济性和动力性能。
镁合金还具有很好的循环再利用性,符合可持续发展的理念,对环境友好。
镁合金在汽车制造领域的应用前景十分广阔。
1. 制造工艺的提升随着科技的不断进步,镁合金和铝合金的制造工艺也在不断提升。
目前,金属材料的成型技术已经越来越成熟,包括压铸、挤压、锻压等多种成型工艺。
这些先进的制造工艺为镁合金和铝合金在汽车轻量化上的应用提供了更多可能性,同时也提高了材料的成型效率和质量。
2. 材料性能的改进随着材料科学技术的进步,镁合金和铝合金的性能也在不断改进。
通过添加不同的合金元素,调整材料的成分和结构,可以在保持轻量化的特性的同时大幅度提高材料的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性等方面的性能,使得镁合金和铝合金在汽车轻量化上的应用更加广泛。
3. 多材料复合的发展随着汽车轻量化的不断深入,多材料复合已成为未来发展的一个重要方向。
镁合金和铝合金作为两种重要的轻量化材料,可以与其他材料如碳纤维复合材料、高强度钢等进行复合应用,以求更大程度地降低汽车的整车重量,提高汽车的性能和安全性。
4. 环保可持续发展的要求随着环保意识的增强,镁合金和铝合金在汽车轻量化上的应用也需符合环保可持续发展的要求。
在材料的生产、加工和回收利用过程中,要求减少对环境的影响,提高资源的利用效率,推动轻量化材料行业的可持续发展。
镁合金研究现状及发展趋势摘要:镁合金作为21世纪的绿色环保工程材料之一,近年来已成为学术界的一个研究热点。
本文主要综述了镁合金的研究进展和应用,介绍了耐热、耐蚀、阻燃和高强高韧等高性能镁合金材料的最新发展。
还介绍了镁合金成型技术的研究成果,最后展望了高性能镁合金的发展前景。
关键词:镁合金;高强高韧;成型技术;应用1.引言镁(Mg)是地球上储量最为丰富的元素之一,在陆地、湖泊和海洋中都广为分布,例如,其在地壳表层金属矿资源中的含量达2.3%,仅次于占8.1%的铝和5%的铁,居第三位;海水中的镁含量达到2.1×1015吨,可以认为是取之不尽、用之不竭的元素[1]。
此外,我国的白云石矿储量、菱镁矿以及原镁的产量位列世界镁资源储量首位[2]。
同时,随着当前钢铁行业中铁矿石等资源的日趋紧张,开发和利用镁作为替代材料是必然的趋势。
被誉为“二十一世纪绿色金属结构工程材料”的镁合金是目前所知金属结构材料中最轻的,与其他同类材料相比,它具有密度小,比强度、比刚度较高,可以回收再利用且机加工性能优异,阻尼减震性好,电磁屏蔽效果佳等一系列优点,因此在交通运输(如汽车、摩托车、自行车等工业)、航空航天、武器装备、计算机通讯和消费电子产品等领域具有广阔的应用前景[3],但其使用量与铝合金和塑料相比还相当少[4]。
目前,从全球镁合金研发状况看,发展方向如图1所示[5],我国在镁合金材料的应用研究与产业化方面也己取得重大进展,形成了从高品质镁材料生产到镁合金产品制造的完整产业链,为我国实现由镁资源大国向镁应用强国的跨越奠定了坚实的基础。
图1 镁合金的研发方向[5]Fig. 1 Directions of Mg alloy development2.镁合金的特点及分类通过在纯镁中添加其他化学元素,可显著改善镁的物理、化学和力学性能。
但镁合金同时存在着显著的缺点,下面对镁合金的优缺点进行简要的阐述。
2.1镁合金的优点[6 ~ 8]1)密度小、质量轻。
2023年镁合金行业市场发展现状随着现代工业的快速发展,镁合金已经成为了一个备受关注的材料。
在多个领域,如汽车、电子、航空航天等,镁合金都得到了广泛应用。
据市场研究机构预测,未来几年,全球镁合金市场保持增长,尤其是在汽车和航空航天等领域将得到快速发展。
本文将从市场现状、主流应用、发展趋势等方面进行分析。
首先,全球镁合金市场规模呈逐步扩大的趋势。
随着镁合金相关技术的不断发展和镁合金在质量、性能方面的不断提升,市场对镁合金的需求量也在逐渐增加。
据市场研究机构预测,到2025年,全球镁合金市场需求规模将达到310万吨以上,年复合增长率预计将超过6%。
其次,主流应用领域相对单一。
目前,镁合金主要应用于汽车、电子、航空航天、军工等领域。
其中,汽车是当前最大的应用领域,占据了镁合金市场的30%以上。
随着汽车轻量化趋势的持续推进,潜在市场需求将进一步增加。
另外,在电子、航空航天等领域,镁合金也拥有广阔的市场空间,预计未来将有更多新的应用领域出现。
最后,未来的发展趋势主要包括以下几个方面。
第一,应用领域将不断扩大,未来新的应用领域有望出现。
第二,随着相关技术的不断提升,镁合金的质量、性能将得到不断改进,从而进一步提升市场竞争力。
第三,镁合金的生产技术和工艺将不断改进,从而实现更高效的生产和制造。
第四,随着环保意识的不断提升,镁合金在轻量化、耐高温等方面的优秀性能,将受到越来越多的关注。
总之,随着新能源汽车、航空航天等领域的快速发展,镁合金市场前景看好。
我们相信,在未来的发展过程中,随着各类应用领域不断扩大,相关技术的不断推进,镁合金市场规模也将持续扩大。
镁合金研究现状及发展趋势镁合金是一种具有很高应用潜力的轻金属材料,具有低密度、高比强度、良好的机械性能以及优异的导热性能等特点,广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
本文将对镁合金研究现状及发展趋势进行分析。
镁合金的研究现状主要表现在以下几个方面:首先,镁合金的合金化研究得到了广泛关注。
镁合金的低强度和低塑性是其在一些领域应用受限的主要原因,因此对镁合金进行合金化改性成为研究的重点。
通过添加合适的合金元素,如锌、铝、锆等,可以有效提高镁合金的强度和塑性,提高其综合性能。
其次,镁合金的热处理研究逐渐深入。
热处理是改变镁合金微观组织和提高其力学性能的重要方法。
目前,研究者们对镁合金的时效处理、固溶处理、稳定化处理等进行了广泛研究,并通过优化热处理工艺,提高了镁合金的强度、塑性和耐腐蚀性能。
此外,镁合金的表面处理研究也受到了广泛关注。
镁合金的表面活性、氧化倾向性和易腐蚀性是其应用受限的主要障碍。
目前,研究者们通过电化学氧化、化学镀、溶液渗硅等方法,改善了镁合金的表面性能,并提高了其耐腐蚀性、耐磨损性以及附着力等性能。
镁合金的发展趋势主要有以下几个方面:首先,镁合金的含量逐渐增加。
由于镁合金的低密度和良好的机械性能,具有很高的轻量化潜力,因此将镁合金应用于航空、汽车等领域,可以有效减轻重量,提高能源利用效率。
其次,镁合金的合金化方法将更加多样化。
目前的镁合金大多采用铸造方法制备,但铸造合金化有一定的局限性,不能满足特殊应用的需求。
因此,未来的研究重点将更加注重新型合金制备方法,如粉末冶金、堆积成形、等离子体喷涂等。
此外,镁合金的结构设计将更加系统化。
随着对镁合金研究的深入,研究者们发现材料的微观组织和结构对其性能具有重要影响。
因此,在今后的研究中,将更加注重镁合金的晶粒尺寸、晶界结构和取向等方面的设计和控制,以进一步提高材料的性能。
综上所述,镁合金的研究现状正朝着合金化、热处理和表面处理等方向深入发展,未来的发展趋势将更加注重轻量化、多样化的合金化方法以及系统化的结构设计。
镁合金的国内外发展现状
一、国外发展现状
近年来,北美、欧洲和日本等发达国家相继加大了对镁合金开发与应用研究的投入。
镁合金应用和研究重点开始从宇航和兵工等领域扩展到民用高附加值产业(如汽车、电脑、通信和家电等)。
围绕镁合金材料的开发,争夺国际商业市场的竞争日趋激烈。
镁合金在电子器件中的应用增长加快,日本松下、NEC、SONY以及欧洲、美国、台湾等著名公司已经用镁合金制造便携式电脑、手提电话、摄录像机壳体,显示出了极强的竟争力。
二、国内发展现状
我国目前在镁工业方面拥有三项“世界冠军”。
第一是镁资源大国,储量居世界首位;第二是原镁生产大国;第三是出口大国。
尽管如此,我国的镁工业还存在着不少问题,主要表现在:1)原镁生产技术比较落后,质量不够稳定;2)出口产品绝大多数是廉价的纯镁锭,镁合金出口比重只有15%左右;3)原创性的研究成果缺乏,目前出口的所有镁合金锭几乎全部按照国外的牌号生产,而且在镁合金产品加工中的关键技术和装备大部分依靠进口。
中国镁合金产品的生产和应用现状是,镁合金的优势已经被许多企业所认识,在汽车、摩托车和3C产业中镁合金已经开始获得应用,用户包括上汽、一汽、二汽、奇瑞、隆鑫、海尔等。
例如,一汽铸造有限公司AM50镁合金方向盘骨架;镁合金压铸迅速增长,台湾、香港和大陆投资的镁压铸厂分布在几乎全国各地,各种压铸机数量超过50台,变形镁合金加工开始起步。
2024年汽车镁合金压铸件市场规模分析引言汽车镁合金压铸件是指在汽车制造过程中采用镁合金材料进行压铸加工得到的零部件。
镁合金压铸件具有重量轻、强度高、导热性好等特点,因此在汽车制造业中得到了广泛应用。
本文将通过对汽车镁合金压铸件市场规模的分析,探讨该行业的发展前景。
市场规模根据市场调研数据,目前全球汽车镁合金压铸件市场规模不断扩大,市场需求逐渐增加。
以下是一些相关数据:1.预计2025年,全球汽车镁合金压铸件市场的价值将超过1000亿美元。
2.亚太地区是全球最大的汽车镁合金压铸件市场,其市场份额约为40%。
3.随着环保意识的提升和汽车质量的要求不断提高,镁合金压铸件在汽车制造中的应用将进一步增加,市场规模有望持续扩大。
市场驱动因素汽车镁合金压铸件市场的扩大主要受以下因素驱动:1.轻量化需求:随着环保意识的增强,汽车制造商对汽车重量的要求越来越严格。
镁合金压铸件具有较轻的重量和良好的强度,可以帮助汽车制造商降低整车重量,降低燃油消耗和减少尾气排放。
2.节能环保要求:镁合金压铸件具有良好的导热性能,可以优化汽车发动机的散热效果,提高燃烧效率,减少能源消耗。
3.技术进步:随着压铸技术的不断发展,汽车镁合金压铸件的生产效率和质量得到了显著提高,满足了汽车制造商对高品质零部件的需求。
市场挑战尽管汽车镁合金压铸件市场发展迅速,但仍面临一些挑战:1.成本因素:相对于传统的铝合金材料,镁合金材料的成本较高。
在市场竞争激烈的环境下,压铸件制造商需要降低成本,提高竞争力。
2.技术难题:镁合金材料易氧化、易熔,对压铸工艺的要求较高。
需要不断改进生产工艺,提高产品质量和生产效率。
3.市场竞争:随着市场规模的扩大,越来越多的企业进入该领域,市场竞争日益激烈。
企业需要加强技术研发和品牌建设,提高竞争力。
发展趋势根据市场趋势分析,以下是汽车镁合金压铸件市场的一些发展趋势:1.新能源汽车推动市场发展:新能源汽车对轻量化的需求更为迫切,将成为镁合金压铸件的重要应用领域。
2023年镁合金汽车压铸件行业市场前景分析随着汽车产业的快速发展,镁合金汽车压铸件作为新型汽车零部件,也逐渐进入市场。
作为一种轻量化、高强度、高精度、高韧性、高温抗氧化性能的先进材料,镁合金在汽车工业领域是一种前景非常广阔的材料。
镁合金汽车压铸件行业市场前景也越来越被人所关注。
镁合金汽车压铸件行业市场潜力巨大,驱动发展的因素主要来自两个方面。
一方面,汽车制造业转型升级已经成为企业发展的必然趋势,而轻量化是汽车产业的发展方向之一。
镁合金汽车压铸件作为全世界最轻的结构材料之一,可以大幅度降低汽车整车的净重,提高汽车的燃油经济性和节能环保水平。
另一方面,随着国家产业政策支持镁合金材料在汽车领域的应用,镁合金汽车压铸件行业将迎来更广阔的市场。
未来随着汽车智能化、新能源化和轻量化的不断推进,镁合金汽车压铸件的应用前景也将更为广阔。
一方面,智能汽车对零部件提出了更高的要求,如更精细、更复杂的结构等。
镁合金具有较好的可加工性和可模性,制造出来的零部件准确度、表面质量等指标均达到了高标准。
二方面,新能源汽车、混合动力汽车等绿色交通方式,对车辆的轻量化要求越来越高。
镁合金的优势在于轻量、高强、高损伤容限等特性,比钢材和铝材更为轻盈。
另外,中国镁合金汽车压铸件行业市场具有的潜力,更加值得关注。
作为世界上最大的汽车市场,中国汽车产业的发展潜力和未来前景巨大。
目前,我国汽车压铸件的市场规模已经成为世界上排名第一,拥有非常大的潜力。
而镁合金汽车压铸件行业正处于快速发展的阶段,市场的需求量也日益增加。
同时,随着我国汽车制造业的快速发展,汽车零部件市场的需求量也随之增加。
然而,目前我国压铸行业整体存在缺乏技术研发能力、严格质量控制能力和高品质高精度压铸零部件的生产能力等问题。
因此,随着汽车产业的快速发展,未来镁合金汽车压铸件行业也将面临更大的挑战和机遇。
总结来说,镁合金汽车压铸件行业市场前景已经非常广阔,随着汽车智能化、新能源化和轻量化的不断推进,其市场前景将愈加看好。
2023年中国汽车用镁合金行业全景速览内容概况:镁合金在汽车上的最新开发应用是车身上的一些大的压铸件,如门框架。
目的是不仅要能减轻重量,而且能使几个零部件优化设计成一个镁合金铸件,另外也希望节省加工工具的成本,提高装配的效率,这就给镁合金的发展提供了新的机遇。
2022年我国车用镁合金需求量为18.32万吨,同比增长4.33%。
关键词:汽车用镁合金市场规模、汽车用镁合金发展背景一、行业概况汽车用镁合金是指以镁为基础加入其他元素组成的合金,具有重量轻、吸震性能强等优点,不仅是最适合铸造汽车零部件的材料,也是有效的汽车轻量化材料,是汽车工业非常有应用潜力的金属材料。
镁合金以镁为基加入其他元素组成的合金。
其特点是:密度小,比强度高,弹性模量大,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。
国家有关部门相继出台了有关法律法规和政策,积极鼓励镁合金、铝合金及其制品在汽车轻量化、新能源汽车等相关产业链的应用及发展。
2022年7月工信部发布的《工业领域碳达峰实施方案》要求聚焦重点工序,加强先进铸造、锻压、焊接与热处理等基础制造工艺与新技术融合发展,实施智能化、绿色化改造。
加快推广抗疲劳制造、轻量化制造等节能节材工艺。
据公安部统计,2022年中国汽车保有量为3.19亿辆,同比增长5.63%,相较于2015年增长了约1.47亿辆,复合增长率为9.2%。
随着机动车保有量的不断增长,汽车服务需求市场也将快速增长。
镁合金的上游原材料环节主要包括镁合金冶炼和加工企业,例如云海金属等。
这些企业从矿石中提取镁,并将其加工成镁合金。
在这个环节中,需要考虑到原材料的供应稳定性、成本以及环保等因素。
镁合金制造环节主要包括镁合金铸造、压铸和机加工等过程。
在这个环节中,需要考虑到生产效率、成本、良品率和质量等因素。
压铸镁合金材料压铸镁合金材料是一种轻质、高强度、高刚性的金属材料,具有优异的机械性能和良好的耐腐蚀性能。
它广泛应用于汽车、航空航天、电子、通讯、医疗器械等领域。
下面将从材料特性、应用领域和未来发展趋势三个方面来介绍压铸镁合金材料。
一、材料特性1.轻质:压铸镁合金材料的密度仅为铝合金的2/3,钢的1/4,是一种非常轻的金属材料。
2.高强度:压铸镁合金材料具有很高的强度和刚性,比铝合金和钢的强度高出很多。
3.良好的耐腐蚀性:压铸镁合金材料具有良好的耐腐蚀性能,能够在恶劣的环境下长期使用。
4.易于加工:压铸镁合金材料具有良好的可塑性和可加工性,可以通过压铸、挤压、锻造等多种加工方式制造成各种形状的零件。
二、应用领域1.汽车领域:压铸镁合金材料在汽车领域得到了广泛应用,可以用于制造发动机、变速箱、底盘、车身等部件,能够有效降低汽车的重量,提高燃油效率和行驶性能。
2.航空航天领域:压铸镁合金材料在航空航天领域也有很大的应用前景,可以用于制造飞机、导弹、卫星等部件,能够有效降低重量,提高载荷能力和飞行性能。
3.电子通讯领域:压铸镁合金材料在电子通讯领域也有很大的应用前景,可以用于制造手机、平板电脑、笔记本电脑等电子产品的外壳和零部件,能够有效降低重量,提高产品的便携性和使用体验。
4.医疗器械领域:压铸镁合金材料在医疗器械领域也有很大的应用前景,可以用于制造人工关节、牙科设备、手术器械等医疗器械,能够有效降低重量,提高产品的舒适性和使用效果。
三、未来发展趋势1.提高材料强度和韧性:未来压铸镁合金材料的发展方向是提高材料的强度和韧性,以满足更高的应用要求。
2.改善材料耐腐蚀性:未来压铸镁合金材料的发展方向是改善材料的耐腐蚀性,以提高材料的使用寿命和可靠性。
3.提高材料加工性能:未来压铸镁合金材料的发展方向是提高材料的加工性能,以满足更多的应用需求。
4.开发新的应用领域:未来压铸镁合金材料的发展方向是开发新的应用领域,如能源、环保、建筑等领域,以拓展材料的应用范围和市场前景。
/focus/trade/trade073.html镁合金铸造发展动向摘要近年来,世界各国高度重视镁合金的研究开发,加强镁合金在汽车、计算机、通讯及航空航天领域的应用开发研究,镁合金被誉为"21世纪的绿色工程材料",大规模开发利用镁合金的时代已经到来。
本文介绍了镁合金开发应用产业化的动向,分析了镁合金铸造技术的特点,并提出了加速我国镁合金铸造业发展的几点建议。
□ 曾大本唐靖林一.镁合金产业化加速发展自20世纪90年代初开始,国际上主要金属材料的应用发展趋势发生了显著变化,钢铁、铜、铅、锌等传统材料的应用增长缓慢,而以镁合金为代表的轻金属材料异军突起,以每年20%的速度持续增长。
镁在地球上储量丰富,镁合金具有比重小(比重1.8,为铝的2/3,钢的1/4)、比强度高、良好的导热性、再生利用和电磁屏蔽能力强等特点。
表1为镁合金、铝合金、钢铁和塑料物理和机械性能的比较。
近年来,随着阻碍镁合金大量应用的价格和技术两大瓶颈的突破,镁合金的应用领域迅速扩展,许多发达国家已将镁合金列为研究开发的重点,镁合金被誉?quot;21世纪的绿色工程材料"。
纵观世界镁合金产业化的进程,不难看出大规模开发利用镁合金的时代已经到来,其突出表现为以下几点。
表1 几种材料力学性能比较1 镁合金压铸件需求明显增长,据不完全统计,1990年全球产镁25万吨;2000年达50万吨。
专家预测,到2005年可望达到90万吨,2010年>150万吨。
根据国际镁协会(1MA)对西方市场镁消费分析(表2)表明,近/乙年,约有43%的镁作为添加元素配制铝合金用,其用量每年略有增长。
但作为压铸用的镁量急剧上升,1999年压铸用镁量比1997年提高了40%,比1998年提高了21%。
镁合金压铸的大规模开发与应用起源于汽车领域,进入20世纪80年代,由于对汽车轻量化、节能等方面的紧迫要求,北美的福特、通用等汽车制造公司率先投入了大量的人力、物力,用于替代钢、铝合金等汽车用镁合金压铸零部件的研制,并成功地将研究成果用于生产,减轻了汽车的净重,提高了汽车性能。
紧接着欧洲和日本的一些有名的汽车厂商也相继开始了各自的镁合金研究发展计划,这些工作极大地促进了镁合金压铸技术的发展,目前至少已有60余种镁合金压铸零部件应用于汽车行业,其消费量占压铸用镁量的80%。
根据汽车燃油经济性和环保法规的要求,现发达国家许多汽车制造厂商计划在不久将每台车采用40~100kg的镁合金构件。
预计今后10年汽车用镁量并将以15%速度递增,至2005年将达到20万吨。
进入90年代后,以日本和我国台湾的一些有实力的企业为代表,将镁合金压铸件的开发应用扩展到通讯、计算机和轻工业等领域,以满足市场对电子和通讯等产品的高度轻量化、薄壁化、小型化和利于再生的要求。
镁合金外壳及其结构件已成为许多产品的最佳选择,成为拉动全球镁消费增长的另一个重要因素。
图1为世界压铸镁合金需求的发展趋势。
图1 压铸镁合金需求的发展趋势(由国际镁协会提供)2 各国政府高度重视镁合金的开发应用,美国、德国、澳大利亚、日本、加拿大、新西兰等发达国家1990年后相继出台了各自的镁研究计划,投资数10亿美元,协调各方面力量联合攻关。
如1996年美国联邦政府能源部与国内通用等三大汽车集团签署了一项名为"PNGV"(新一代交通工具)的合作计划,旨在采用更多的新技术、新材料生产出重轻、耗油少、符合环保要求的新一代轿车;1997年德国科技教育部(BMBF)牵头,联合大众汽车公司等50余家企业和5所大学研究所,投资3000万马克,进行为期3年的"MADICA"(镁合金压铸)攻关计划,以解决镁和镁合金生产、镁合金压铸等生产中的关键技术难题,建立起一套完整的镁合金压铸及加工的工艺规范,并将镁合金压铸件进一步应用于汽车及其它领域。
镁合金结构件应用举例如表3所示。
表3 镁合金结构件应用举例3 金属镁供应稳定,价格稳步下降。
为了适应汽车业及其它行业对镁日益增长的巨大需求,确保金属镁经济而稳定供应,发达国家的大型汽车厂商纷纷与镁金属生产企业联合投资,共同参与进行金属镁大型生产项目的开发。
例如德国大众汽车公司96年与以色列厂家合资兴建了死海镁厂(年生产能力9000t以上);美国福特公司于97年与澳大利亚的企业合资在昆土兰建设全球规模最大的镁生产基地,年产能力9万吨以上,并开展低成本的镁冶炼工艺研究。
由于国际上许多镁金属大型项目的实施和完成,有力地推动了镁金属低成本生产工艺的研究开发,使全球镁价格稳步下降。
应该指出,目前国际上镁价格与铝的价格逐步接近,影响镁合金广泛使用的原材料价格瓶颈正在突破,这和我国这几年镁业的发展也是分不开的。
在世界上我国是镁资源大国,储量居世界首位。
目前原镁产量居世界第一,占全球产量1/3,但80%以上作为初级原料低价出口,镁合金应用领域的开拓严重滞后。
我国92年前镁主要用于军工行业,大部分靠进口,2000年镁产量19.5万t(出口16.5万t),2001年产20.6万t(出口17.3万t)而国内每年镁消费不足3万t。
对镁合金的发展动向我国政府给予了高度重视,2000年3月科技部启动了"镁合金开发应用及产业化"的前期战略研究,现该项目已列为国家"十五"重大科技攻关重大专项,正组织力量联合攻关;在国家"863"计划中也安排了有关镁合金新材料、新工艺的研究内容;国家计委也将镁合金产业化列为今年高新技术产业化示范项目;兵器等军工集团也开始启动了相应的研究开发计划。
二.镁合金成形技术作为镁合金成形加工的方法虽然有镁型材的模压成形、锻造、铸造和压铸等多种工艺,但目前的主流是压铸和触变注射成形(Thixomolding)两种方法。
解决汽车大型和复杂形状零部件的成形问题是当前进一步开发和改进镁合金成形加工技术的方向,以提高生产效率、产品精度和质量稳定性。
这里就现常用的镁合金铸造方法作一简要介绍。
1 压铸:该方法是将熔化的镁合金液,高速高压注入精密的金属型腔内,使其快速成形。
根据把镁液送入金属型腔的方式,压铸机可分为热室压铸机和冷室压铸机两种:(1)热室压铸机其压室直接浸在坩埚内镁液中,长期处于被加热状态,压射部件装在坩埚上方(图2)。
这样压铸每循环一次时,不必特意给压室供给镁液,所以生产能快速、连续,易实现自动化。
热室压铸机的优点是生产工序简单,效率高;金属消耗量少,工艺稳定;压入型腔的镁液较干净,铸件质量较好;镁液压入型腔时流动性好,适于压薄壁件。
但压室、压铸冲头及坩埚长期浸在镁液中,影响使用寿命,对这些热作件材料要求较高。
镁合金热室压铸机更适合生产一些薄壁而外观要求较高的零件,如手机和掌上电脑外壳等,但由于镁合金热室压铸机是采用冲头直接将镁合金液经过封闭的鹅颈和喷嘴压入金属模型腔,因此压射时增压压力较小,一般不适用于汽车、航天航空等大型、壁厚、载荷大的零件。
图2 热室压铸机压室结构示意图(2)冷室压铸机其压室结构示意图如图3所示。
每次压射时,先由手工或通过自动定量给料机把镁液注入压射套筒内,因而铸造周期比热室压铸机要长些。
冷室压铸机的特点是:压射压力高,压射速度快,所以可以生产薄壁件,也可以是厚壁件,适应范围宽;压铸机可大型化,且合金种类更换容易,也可与铝合金并用;压铸机的消耗品比热室压铸机的便宜。
多数情况下,对大型、厚壁、受力和有特殊要求的压铸件采用冷室压铸机生产。
图3 冷室压铸机压室结构示意图近年来由于镁合金压铸件需求增加,发达国家许多压铸机厂商纷纷推出镁合金冷室、热室压铸机系列产品。
总体上讲,这些装备在功能上已达到相当高的水平,基本上能满足镁合金压铸技术的要求,但一般进口设备价格较为昂贵。
国内香港力劲机械有限公司根据市场需求也已开发出多款镁合金专用冷室、热室压铸机,从而打破了进口设备的一统天下。
镁合金压铸时,由于压射速度高,当镁液液充填到具型腔时,不可避免会有金属液紊流及卷气现免发生,造成工件内部和表面产生孔洞缺陷,因此对于要求高的铸件,如何提高其成品率是镁合金压铸所面临的主要问题之一。
2 是镁合金半固态成形技术:镁合金半固态成形是近年来发展起来的成形技术,可以获得高致密度的镁合金制品,是具竞争力的镁合金成形方法。
(1)镁合金触变注射成形触变注射成形(Thixomolding)是一项基于半固态合金触变行为的成形技术,1992年开始商业应用。
美国Thixomat公司拥有这项技术的专利权,并已经在26个国家获得专利。
触变注射成形技术采用了一种所谓"一体化"的成形方式,将压铸和注塑工艺合二为一,模具和成形材料与半固态压铸工艺相似,工艺过程则接近于注塑成形。
如图4所示,在室温条件下,颗粒状的镁合金原料由料斗强制输送到料筒中,料筒中旋转的螺旋体使合金颗粒向模具运动;当其通过料筒的加热部位时,合金颗粒呈半固态。
在螺旋体剪切作用下,呈半固态的枝晶组织的合金转变成颗粒状初生相组织;当其积累到预定体积时,以高速(5.5m/s)将其压射到抽真空的预热模具中成形。
成形时,加热系统采用了电阻、感应复合加热工艺,合金固相体积分数高达60%,同时通入氩气进行保护。
图4 镁合金触变注射成形原理触变注射成形是在从原料供给到零件制造的封闭系统内一次性完成的过程,系统运行稳定性良好。
主要特点如下:① 清洁、安全和节能。
与传统压铸相比,触变注射成形无需液态金属熔炼和浇铸等过程,单位成形件的原材料消耗大大减少;无爆炸危险;没有熔渣产生;无需SF6 气体保护,可以消除压铸生产中SF6 气体对臭氧层的破坏作用。
② 再生性好。
镁合金切屑或碎片经碾研后回收率近100%(可免除二次精炼过程)。
③ 终形或近终形成形。
成形件的收缩、残余应力以及变形小,典型触变注射成形件每10mm的线性误差为0.013mm,尺寸精度是普通压铸件的5倍作用,从而可以减少或免除切削加工。
④ 生产过程具有良好的一致性和灵活性;成形件具有极佳的尺寸重现性和表面质量,减少了清整强度。
⑤ 机械性能高于或相当于普通压铸件。
⑥ 可以成形壁厚为0.5mm-20mm的零件;⑦ 成形过程卷入的气体大幅度减少,孔隙度小于0.069%,成形件致密度高,不仅可以热处理,而且具有良好的耐腐蚀能力。
⑧ 与传统压铸相比工作温度降低100摄氏度左右,有助于提高模具寿命。
但是,目前触变注射成形还存在以下不足之处:① 采用镁粒作为原材料,成本高。
② 关键构件(内螺杆及内衬)耐磨性、耐蚀性差,使用寿命短,维护费用高。
③ 设备成本也比压铸高,整体投资成本较大。
④ 专利支付费用大,目前尚在专利拥有期限内。
图5触变注射成形镁合金汽车座椅后背架目前,在美洲、欧洲和亚洲等三大洲的8个国家已经有40个有关Thixomolding的专利技术许可。