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鎂合金的發(fā)展前景
在各種壓鑄用的合金材料中,金屬鎂密度小、極高的比強(qiáng)度、高抗震性、 防電流干擾性、高散熱性、薄制件成型有良性等特點(diǎn)，在通訊、計(jì)算機(jī)電子產(chǎn)業(yè),汽車(chē)工業(yè),武器裝備，航空航天等領(lǐng)域發(fā)展前景極為可觀。
一、鎂合金產(chǎn)品特性及應(yīng)用
1．鎂合金產(chǎn)品特性鎂合金是一種能夠滿(mǎn)足各種行業(yè)需求、發(fā)展前景極為可觀的輕質(zhì)合金材料。與目前的主流材料相比，鎂合金具有如下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。
(1)重量輕鎂合金作為一種輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料，其密度為鋁的2／3、鋼的1／4；比重只相當(dāng)于鋁的2／3左右、鋅的1／4左右、鐵的1／4。在同等剛性條件下， 1Kg鎂合金的堅(jiān)固度等于18Kg鋁和2．1Kg鋼， 而同樣復(fù)雜的零部件，鎂合金制品重量比錫輕1／3、比鋼制輕1／2。這一特性對(duì)于現(xiàn)代手提類(lèi)產(chǎn)品減輕重量及車(chē)輛減少能耗有重要意義。
(2) 吸震性能高 鎂有極好的滯彈吸震性能，可吸收震動(dòng)與噪音，對(duì)于用作設(shè)備機(jī)殼減少噪音傳遞、提高防沖擊與防凹陷損壞十分有利。其抗沖擊性是塑料的20倍。
(3) 良好的鑄造性能 在保持良好結(jié)構(gòu)的條件下，鎂制品壁厚可小于0．6mm，這是塑膠制相同強(qiáng)度下無(wú)法達(dá)到的。至于鋁也只能在1．2～1．5mm 范圍內(nèi)才可與鎂相比。
(4)模鑄生產(chǎn)率高 與鋁相比，鎂合金的單位體積熱含量更低， 這意味著它在模具內(nèi)能更快凝固。一般來(lái)說(shuō)，其生產(chǎn)率比鋁壓鑄高出40％ ～50％ ，最高可達(dá)到壓鑄鋁的兩倍。
(5)良好的切削性能 鎂的良好切削性能表現(xiàn)在：允許較高的切削速度，減少切削加工時(shí)間；比其它金屬有高出幾倍的刀具壽命(極少停機(jī)換刀并節(jié)省了操作時(shí)間與刀具成本)；有優(yōu)良的表面光潔度，并可一次切削獲得，極少出現(xiàn)積屑瘤；有良好的斷屑特性及溫度傳導(dǎo)性，可免于使用冷卻液或潤(rùn)滑液。
(6)再生性廢舊鎂合金鑄件可再熔化， 并作為AZ91D、AM50或AM60的二次材料進(jìn)行鑄造。由于壓鑄件的需求不斷增長(zhǎng)， 呵回收再用的能力是非常重要的。這種符合環(huán)保要求的特點(diǎn)，使得鎂合金比許多塑膠材料更具吸引力。
(7) 高散熱性鎂合金有高散熱性能，適合現(xiàn)今設(shè)計(jì)元件密集的電子產(chǎn)品。
(8)高電磁擾屏障 鎂合金有良好的阻隔電磁波功能，適合于發(fā)出電磁干擾的電子產(chǎn)品。 除上述特性外，鎂合金還具有抗疲勞、無(wú)毒、無(wú)磁性和較低的裂紋傾向等特點(diǎn)。 ’
二、鎂合金產(chǎn)品應(yīng)用
鎂合金目前主要應(yīng)用于移動(dòng)電話(huà)、筆記本電腦外殼、飾件等壓鑄產(chǎn)品，在汽車(chē)、家電制造等行業(yè)的應(yīng)用也已經(jīng)比較廣泛。
(1)汽車(chē)一般用于車(chē)上的座椅骨架、儀表盤(pán)、轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向柱、輪圈、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋、變速器殼、離合器殼等零件，其中，轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向柱、輪圈是應(yīng)用鎂合金較多的零件。隨著技術(shù)的發(fā)展將有更多的零件用鎂合金制造。鎂合金鑄件的急劇增加是由于汽車(chē)工業(yè)需要車(chē)輛減重、 降低尾氣排放 量及提高燃燒效率所致；根據(jù)經(jīng)驗(yàn),減小 10%車(chē)體重量相當(dāng)于節(jié)約 5.5%
的工業(yè) 燃料.另外,減小重量也可以提高汽車(chē)的機(jī)動(dòng)性和駕駛性能.例如,減 小車(chē)體前面的重量,可以使車(chē)易于駕駛;減小頂部的重量,由于降低了 重心從而使車(chē)更為穩(wěn)定。未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)要求機(jī)動(dòng)性和 快速反應(yīng),減輕武器裝備重量是未來(lái)武器裝備發(fā)展方向之一,如坦克作戰(zhàn)系統(tǒng)未來(lái)乘員在 2~3 人,重量(15~20) t,為現(xiàn)役坦克的三分之一, 能行駛 30 d 或 1 500 km 不加油,是 現(xiàn)役坦克的三倍,便于運(yùn)輸.減輕重量的途徑除結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外,就是部分采用輕合金。此外,鎂及其合金由于質(zhì)量輕而被廣泛地應(yīng)用于國(guó)防、航空航天產(chǎn)品 中.如法國(guó)塞德航空公司 (Sud-Aviation)超級(jí)弗雷隆(Frelon)直升機(jī)的鎂合金齒輪箱,鑄件由 Mg-Zn-RE-Zr 合金 ZE41 制成, 鑄件重 133 kg,加工后 111 kg。加銀的鎂合金可以使時(shí)效強(qiáng)化的 Mg-RE-Zr 合金的較低的拉伸性能得到顯著提高,在航空和宇航方面已 有一系列應(yīng)用,例如飛機(jī)著落輪,齒輪箱蓋和直升機(jī)水平旋翼附件.在 輕兵器方面法國(guó)早期生產(chǎn)的 MK50 反坦克槍榴彈部分零件采用鎂合金 及鋁合金.法國(guó) AMX-13 輕型坦克, AMX-13 裝甲救護(hù)車(chē),采用輕合金缸 體、缸蓋.美國(guó) M551 謝里登輕型坦克/偵察車(chē),變速箱體為鋁-鎂合金 材料制成.隨著鎂及輕合金熔煉及制造技術(shù)的不斷提高,在坦克和裝 甲車(chē)部分結(jié)構(gòu)件、導(dǎo)彈殼體和尾翼等方面將得到廣泛使用.另外由于 鎂合金具有良好的電信號(hào)抗干擾性,在軍事的無(wú)線(xiàn)電通訊領(lǐng)域也將得 到廣泛應(yīng)用.
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(2) 移動(dòng)電話(huà) 由于鎂合金具備耐震、抗磨損的特性， 尤其是可屏蔽電磁波的特殊功能，對(duì)手機(jī)極為重要，有利于消除消費(fèi)者對(duì)手機(jī)電磁波是否會(huì)影響人體健康的疑慮。盡管鎂合金成本較高，但由于鎂合金質(zhì)地輕、耐高溫、可塑性強(qiáng)且防磁能力強(qiáng)，將贏得手機(jī)制造商更多的青睞。
(3)筆記本電腦現(xiàn)在的筆記本電腦外殼都強(qiáng)調(diào)散熱性好、重量輕、堅(jiān)固耐磨以及色彩鮮艷等特性。市面上的筆記本電腦外殼材質(zhì)主要有ABS塑料、碳纖維、鋁鎂合金及鈦合金4種，但總體說(shuō)來(lái)，目前較受市場(chǎng)歡迎的材質(zhì)是鋁鎂合金器的殼體、基座等。在傳遞振動(dòng)時(shí)起阻尼減震作用，可提高儀器的靈敏度和穩(wěn)定性。此外， 鎂合金還廣泛應(yīng)用于照相機(jī)、點(diǎn)克、耳機(jī)、CD機(jī)外殼及電視等家電的裝飾件。
二．高性能鎂合金的研發(fā)成果
1．含重稀土的超高強(qiáng)鎂合金
在Mg中添加Y和Zn(Y和zn的原予百分比約為2：1)的合金系中，在與Mg固溶體底 面半行處形成Y和ZI1的富集層，通過(guò)反復(fù)在HCP結(jié)構(gòu)(密排六方結(jié)構(gòu))的C軸方向積層， 形成長(zhǎng)周期積層結(jié)構(gòu)(LPSO)。例如，用Mg Y zr1 合金快速凝同粉末制成的擠壓件的屈服強(qiáng) 度達(dá)600MPa以上，延仲率達(dá)5％左右，不但強(qiáng)度與硬鋁相當(dāng)，且延展性也很好。另外，還開(kāi)發(fā)了用其它重稀士置換Y的具有相同組織結(jié)構(gòu)的鎂合金系列。
在Mg中添加Gd、Y等稀土元素，可顯示出很強(qiáng)的時(shí)效硬化性能， 由于其析出物的熱穩(wěn) 定性能優(yōu)異，岡此可通過(guò)對(duì)鑄件進(jìn)行T6處理，極大提高其室溫強(qiáng)度及耐熱性能。進(jìn)而再添 加0．5一lat％的Zn，則可在晶界附近形成具有前述LPSO結(jié)構(gòu)的相，且延展性也得到提高。普通變形鎂合金的屈服強(qiáng)度一般為150-200MPa，而Mg-i．8Gd一1．8Y一0．7Zn一0．2Zr(at％)合金經(jīng)擠壓加工后， 由于抑制了孿品變形，其抗拉強(qiáng)度及壓縮強(qiáng)度均超過(guò)400MPa。若擠壓加：[后再進(jìn)行T5時(shí)效處理，則抗拉強(qiáng)度及壓縮強(qiáng)度分別提高至540MPa和490MPa，顯示出與超硬銷(xiāo)相當(dāng)?shù)母邚?qiáng)度。這些合金有望用于附加值高的活塞等方面。
2．壓鑄用耐熱鎂合金
人們希望壓鑄用耐熱鎂合金可用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)劇 零部件，但以前的鎂合金在自動(dòng)變速 汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用方面，其耐熱性能及壓鑄性能均不理想 現(xiàn)在丌發(fā)的耐熱鎂合金添加了 Ca、Sr、輕稀二L等，在品界結(jié)晶出熱穩(wěn)定性好的化合物， 因此可用于工作溫度約l75~C的自動(dòng)變速汽年變速箱。日本還開(kāi)發(fā)了添加5％的Al、2％的ca和RE的AXE522鎂合金，已用于部分汽午的油盤(pán)及變速箱，其應(yīng)用今后有望進(jìn)一步擴(kuò)大。近來(lái)，在重視耐熱性的同時(shí)還
比較重視爪鑄性，含7％一9％銷(xiāo)的Mg-AI—Ca—Sr—RE—Mn系合金(MRI一153合金)已用于汽年油盤(pán)。
另外，隨著納米級(jí)分析技術(shù)的進(jìn)步，使各合金元素的作用更加明確。例如，以前添加 、{n是為了改善合金的耐蝕性能，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)在Mg—AI-Ca合金中添加Mn后可在品內(nèi)形成規(guī)則的OP區(qū)，山于品內(nèi)強(qiáng)化使蠕變速度減慢了一個(gè)數(shù)暈級(jí)，因此可顯著改善材料的耐熱性。上述研究成果還有助于不含稀土的高性能耐熱鎂合金的丌發(fā)。
3．時(shí)效析出型通用鎂合金的開(kāi)發(fā)動(dòng)向
為擴(kuò)大鎂合金用途，大幅減輕各種運(yùn)輸設(shè)備的重量，非常希望丌發(fā)出能像鋁合金那樣， 通過(guò)軋制、擠壓成型后的熱處理析出的微小顆粒的彌散作用，使材料強(qiáng)度大幅提高的新型熱 處理型變形鎂合金，同時(shí)開(kāi)發(fā)出基于鎂合金特有的高溫變形時(shí)組織形成機(jī)理的加工技術(shù)。雖 然己開(kāi)發(fā)出使用高價(jià)稀土的高時(shí)效硬化鎂合金，但不一定適合汽車(chē)等運(yùn)輸設(shè)備的通用結(jié)構(gòu) 件。因此需要開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)件所需的價(jià)格便宜、加工性能優(yōu)異的時(shí)效硬化鎂合金，并確立微觀組 織控制技術(shù)。
例如，在Mg-6％Zn系鎂合金中添加微量的Ag和Ca，然后在低速下進(jìn)行擠壓，含Zr的 合金在350~C進(jìn)行擠壓時(shí)，含zr和Zn的相成為核，動(dòng)態(tài)地析出有助于時(shí)效硬化的準(zhǔn)穩(wěn)定相， 這種晶界的止釘效應(yīng)使得結(jié)晶顆粒變小并有微細(xì)物析出，這使材料僅通過(guò)擠壓就可獲得 300MPa和250MPa的抗拉及抗壓屈服強(qiáng)度，350MPa的抗拉強(qiáng)度，l7％的延伸率。這說(shuō)明即使 不添加稀土元素，在最佳工藝條件下也可制得高強(qiáng)度及高延展性的鎂合金。另外，還發(fā)現(xiàn) Mg—Zn—Ca及Mg：A1-Ca合金，通過(guò)時(shí)效，可形成合金元素富集的規(guī)則GP區(qū)。例如，TEM組織及三維原子探針解析結(jié)果顯示，Mg一3．6A1—3．3Ca一0．2Mn合金在350℃高溫?cái)D壓后，可觀察到納米尺寸的Al-Ca系板狀析出物和A1-Ca-Mn系球狀析出物，僅通過(guò)擠壓，材料的抗拉強(qiáng)度就可達(dá)420MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)410MPa，這是不添加稀土元素的鎂合金中最高的。而且，150℃時(shí)的疲勞強(qiáng)度也超過(guò)了耐熱鋁合金。
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上述添加的合金元素是由原予半徑比鎂大或比鎂小的元素構(gòu)成，而且合金元素問(wèn)的混合 焓比與作為溶劑原子鎂的混合焓具有更大的負(fù)值。上述研究結(jié)果有助于今后高強(qiáng)、耐熱鎂合 金的開(kāi)發(fā)。
三．制造技術(shù)的開(kāi)發(fā)
1．熔融、鑄造用阻燃?xì)怏w
壓鑄是一種可一體化成形薄壁復(fù)雜零件的低成本加工方法，適用于汽車(chē)、兩輪車(chē)等的零 部件制造。以前，鎂合金熔融、壓鑄用的阻燃?xì)怏w采用的是地球暖化系數(shù)高達(dá)22200的SF。 氣體，但最近開(kāi)發(fā)出了很多替代氣體。其中包括曰本開(kāi)發(fā)的阻燃效果好、使用方便、地球暖 化系數(shù)僅為9的OHFC-1234ze氣體。日本已有10家以上的鎂合金公司采用這種氣體。從而 減少了鎂合金熔融、鑄造工藝對(duì)環(huán)境的影響。
2．連鑄技術(shù)
為擴(kuò)大變形鎂合金的應(yīng)用范圍，需要建立穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)原料供應(yīng)體系。因此，必須開(kāi)發(fā)鎂 合金的連續(xù)鑄造技術(shù)。最近已經(jīng)可以像鋁合金那樣，利用絕熱鑄模的半連續(xù)鑄造技術(shù)，開(kāi)發(fā) 出表面質(zhì)量?jī)?yōu)異的鎂合金坯料和板坯。
3．加工技術(shù)
隨著鎂合金半連續(xù)鑄造技術(shù)的確立，確保質(zhì)量穩(wěn)定的擠壓技術(shù)也在逐步形成。鎂合金擠 壓材在擠壓方向進(jìn)行拉伸和壓縮時(shí)，不同方向由材料結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的變形機(jī)理的差異，使材料強(qiáng) 度，特別是屈服強(qiáng)度呈現(xiàn)各向異性。今后希望能夠確立使各向異性得到改善的最佳擠壓條件。 另外，由于半連續(xù)鑄造使材料的組織得到細(xì)化，使得鑄件可不經(jīng)過(guò)擠壓而直接用伺服壓 力機(jī)進(jìn)行鍛造。鍛造初始階段加工速度比較低，促進(jìn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，然后再進(jìn)行高速鍛造，這 樣可生產(chǎn)出形狀復(fù)雜的鍛件，并獲得良好的機(jī)械性能。隨著鎂合金軋制技術(shù)的提高，現(xiàn)在己
可生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的薄板及50Bm左右的箔材。
四．應(yīng)用新動(dòng)向
l_壓鑄件的應(yīng)用
鎂合金壓鑄件已應(yīng)用于汽車(chē)零部件，包括方向盤(pán)、薄板車(chē)架、儀表盤(pán)及有耐熱性能要 求的油盤(pán)、傳動(dòng)箱等。但目前主要用于高級(jí)車(chē)，今后隨著成本降低有望被普通汽車(chē)采用。 已有的鋁合金超高真空壓鑄技術(shù)最近應(yīng)用于鎂合金的壓鑄，批量生產(chǎn)出了兩輪車(chē)用后車(chē) 架。使用的是高韌性AM60B鎂合金，為防．1卜出現(xiàn)結(jié)晶裂縫，采取板厚一致、角部加筋等措施，從而降低凝固收縮的集中度。制成產(chǎn)品的比疲勞強(qiáng)度是以前使用的經(jīng)T5處理的A357鋁合金的1．2倍，且重量減輕。這是鎂合金首次用于自動(dòng)兩輪車(chē)后車(chē)架等重要安全零部件。
2．變形鎂合金的應(yīng)用
最近變形鎂合金軋制板材已應(yīng)用于筆記本電腦的殼體，使用的是具有適當(dāng)強(qiáng)度及優(yōu)異沖 壓成型性的AZ31和AZ41鎂合金。從熔融、鑄造到軋制、沖壓全部在日本國(guó)內(nèi)進(jìn)行。溫沖成 型使用的是僅經(jīng)軋制的材料。鎂合金具有較高的振動(dòng)衰減能，利用這一特點(diǎn)將鎂合金用于揚(yáng)聲器振動(dòng)板，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。用厚度為50Dm左右的箔材進(jìn)行溫沖成型，材料使用純鎂或AZ31。
三、鎂合金及其制品發(fā)展的依存條件分析
1．國(guó)內(nèi)資源供給狀況
我國(guó)是鎂資源生產(chǎn)大國(guó)，鎂資源儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的22．5％ 。我國(guó)生產(chǎn)的鎂產(chǎn)品大量向國(guó)外出口，其中有3／4銷(xiāo)往歐盟、美國(guó)與日本。近年來(lái)，發(fā)往臺(tái)灣、非洲、東盟等分散地區(qū)的鎂產(chǎn)品也有了較大的增長(zhǎng)。但也應(yīng)看到， 由于長(zhǎng)期忽視鎂產(chǎn)品應(yīng)用研究，我國(guó)鎂的國(guó)內(nèi)應(yīng)用一直處于較低水平，絕大部分鎂產(chǎn)品以廉價(jià)的初級(jí)產(chǎn)品 原鎂錠出口。是典型的出口資源型工業(yè)。如果在國(guó)內(nèi)興建鎂合金的加工廠家，不但原材料可以就近解決，也可以帶動(dòng)國(guó)家整個(gè)行業(yè)的發(fā)展，完成我國(guó)由出口資源向出口精加工產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變。
2．核心技術(shù)難關(guān)攻克
應(yīng)用技術(shù)發(fā)展近年來(lái)，鎂合金材料領(lǐng)域大量新技術(shù)的應(yīng)用已基本克服了歷史上制約鎂合金廣泛應(yīng)用的困難(制造過(guò)程中高成本，鎂的高腐蝕性、高易燃性等)，使熔化鎂合金所消耗的能量大大減少，使鎂的應(yīng)用成本大為下降，并提高了產(chǎn)品的加工純度，降低了鎂合金制品的腐蝕性。此外，由于高剛性、高精密和設(shè)計(jì)合理的先進(jìn)模具的配合，鎂合金已具有滿(mǎn)足高檔電子產(chǎn)品及汽車(chē)零件薄壁件、高精密性等方面要求的能力。其大規(guī)模壓鑄生產(chǎn)已變成易于操作的事情。
鎂合金在汽車(chē)材料上的應(yīng)用及發(fā)展前景2017-04-07 08:54 | #2樓
1、 鎂及鎂合金的特性
鎂是銀白色的金屬元素,常溫下鎂的密度為1.74 g/cm ,約為鋼的1/4,鋁的2/3。在金屬鎂中添加其他元素可以形成各種鎂合金。鎂合金是現(xiàn)在大量使用的工程結(jié)構(gòu)材料中最輕的,其比強(qiáng)度明顯高于鋁合金和鋼,比剛度與鋁合金和鋼相當(dāng)。同時(shí),鎂合金還具有良好的減振性,在相同載荷下,減振性是鋁的100倍、鈦合金的
300~500倍。鎂合金還具有良好的切削加工性及尺寸穩(wěn)定性,其耐凹陷性、鑄造成型性及表面裝飾性俱佳,加之具有易回收利用、導(dǎo)熱優(yōu)良性、抗電磁干擾及屏蔽性能等特點(diǎn),鎂及鎂合金廣泛應(yīng)用于冶金、汽車(chē)、摩托車(chē)、航空航天、光學(xué)儀器、計(jì)算機(jī)、電子與通訊、電動(dòng)及風(fēng)動(dòng)工具和醫(yī)療器械等領(lǐng)域。金屬鎂主要用于:鋁基合金的重要添加元素,用量約占鎂的總消耗量的43%左右;制造各種零部件的用量已達(dá)到鎂消耗量的35%左右;煉鋼脫硫約占13%;陰極保護(hù)材料、金屬還原劑和化工行業(yè)等。
當(dāng)今，鋼鐵、鋁合金和塑料是汽車(chē)上使用最多的三大類(lèi)材料，按重量計(jì)算，三類(lèi)材料占整車(chē)比例合計(jì)約為80%，其中鋼鐵約占62%，鋁合金和塑料大體相當(dāng)，均占8%-10%。鎂合金在汽車(chē)上的應(yīng)用比例為0.3%，平均重量約5kg，但近幾年的增幅卻較大。鎂的比重為http://emrowgh.com是鋁的2/3，鋼的2/9，和塑料相當(dāng)，是最實(shí)用的減重輕金屬材料。鎂合金也具有比強(qiáng)度、比剛度高等優(yōu)良性能。正因?yàn)槿绱耍V合金有利于汽車(chē)輕量化、有利于節(jié)能和減排。據(jù)資料介紹：轎車(chē)質(zhì)量每減輕100kg，油耗可降低5%。如果每輛汽車(chē)使用70kg鎂合金，CO2年排放量能減少30%以上。汽車(chē)減重可以提高其加速性能；頂部和車(chē)門(mén)減重，可以降低汽車(chē)重心，增強(qiáng)穩(wěn)定性；前部減重，可以使汽車(chē)重心后移，改善操縱性能。
同時(shí)，鎂的減振系數(shù)遠(yuǎn)高于鋁和鋼鐵，具有優(yōu)良的抗沖擊性能，有利于減振降噪，選用鎂合金作為汽車(chē)結(jié)構(gòu)材料能有效降低汽車(chē)振動(dòng)和噪聲，受沖擊時(shí)能吸收更多的能量。鎂合金的散熱性好，抗電磁干擾性高，使汽車(chē)更為安全舒適。
2、 常用鎂合金類(lèi)型及其性能
由于交通工具輕量化的推動(dòng)，世界各國(guó)都展開(kāi)了對(duì)鎂合金的研究，而限制鎂合金發(fā)展的一個(gè)主要原因是鎂合金的高性能——抗蠕變能力和高溫疲勞性能較差，因此新材料的研發(fā)主要是針對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行，概括的說(shuō)主要包括兩個(gè)方面，一是對(duì)現(xiàn)有合金的優(yōu)化，主要是針對(duì)現(xiàn)有的商業(yè)鎂合金，特別是對(duì)AZ、ZK系合金進(jìn)行改性，通過(guò)添加合金元素以期改善合金的高溫性能；二是新合金系的開(kāi)發(fā)，主要是指新型Mg-RE系的研發(fā)。
鎂合金可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金。鎂合金按合金組元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系（Az系列）、Mg-Al- Mn系（AM）和Mg- Al-Si-Mn系（AS）、
Mg-Al-RE系（AE）、Mg-Zn-Zr n(ZK)、Mg-Zn-RE系（ZE）等合金。常用鑄造鎂合金的牌號(hào)及性能見(jiàn)表1。表2為常見(jiàn)變形鎂合金的化學(xué)成分及基本特性。
3、 鎂合金在汽車(chē)工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀
鎂合金材料制造的汽車(chē)零部件品種繁多，從汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)部件（如車(chē)輪），到汽車(chē)的結(jié)構(gòu)部件（如汽車(chē)座椅框架），再到承受高溫的耐高溫部件（如缸體），這些零部件的共同特點(diǎn)是承受的機(jī)械和化學(xué)負(fù)載較低。鎂合金材料經(jīng)常用來(lái)制造“支架”、“殼體”、“端蓋”或“堵蓋”類(lèi)零件等。由于鎂合金材料具有極好的鑄造流動(dòng)性能，因此，非常適合于制造橫拉桿之類(lèi)的薄壁結(jié)構(gòu)件和大面積的車(chē)輛內(nèi)部結(jié)構(gòu)件，如車(chē)門(mén)和前、后艙蓋等。金屬鎂的物理化學(xué)特性使其比鋁更適合壓鑄大型部件，最常采用鎂合金材料的零部件有：
向軸，全球50%的轉(zhuǎn)向軸采用了鎂合金材料；
橫梁，歐洲產(chǎn)轎車(chē)中使用了約6000t的鎂合金材料；
變速器殼體，大眾公司B型車(chē)架的轎車(chē)中每天使用約600個(gè)鎂合金材料制造的變速器殼體。
原則上講，鎂合金材料主要用于汽車(chē)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，大批量、由汽車(chē)零部件供應(yīng)商提供的鎂合金零部件有望在今后的5年內(nèi)大量進(jìn)入汽車(chē)制造業(yè)，那時(shí)，戴姆勒-克萊斯勒公司生產(chǎn)的汽車(chē)將采用鎂合金自動(dòng)變速器；BMW公司生產(chǎn)的轎車(chē)將采用鎂-鋁復(fù)合材料的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，鎂合金材料在車(chē)架制造和底盤(pán)制造中以及耐高溫零部件的制造中也會(huì)進(jìn)一步增加。
除了可以比鋼和鋁減輕40%～70%的重量這一優(yōu)點(diǎn)之外，鎂合金材料在減振、降噪和環(huán)保等方面也具有很大優(yōu)勢(shì)。地球上鎂元素的含量豐富，便于對(duì)鎂合金材料廢舊零部件進(jìn)行回收再利用；與鋁合金材料相比，鎂合金材料熔化、鑄造時(shí)的能
源消耗少，切削加工時(shí)機(jī)械磨損少，因此，整個(gè)生產(chǎn)費(fèi)用可比鋁合金材料減少20%左右。鎂合金材料良好的焊接性能可能會(huì)給汽車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)一場(chǎng)新的革命，它可以用來(lái)制造大量的結(jié)構(gòu)件，特別是可以制造出一些薄壁件和大面積結(jié)構(gòu)件，進(jìn)而降低汽車(chē)的總裝費(fèi)用。
盡管每公斤鎂錠的價(jià)格要比鋁和鐵貴一些，這一價(jià)格上的劣勢(shì)因鎂合金材料生產(chǎn)加工過(guò)程中的費(fèi)用低廉而得以彌補(bǔ)，單位體積的鎂熔化潛熱只有鋁的2/3，比熱只有鋁的3/4，并且有非常低的溶鐵性，因此，總價(jià)格比鋁合金材料僅高出20%左右。此外，鎂合金材料還有一些不足之處就是耐腐蝕性差、抗蠕變性能差、剛性較差。在鎂合金零部件的生產(chǎn)制造過(guò)程中，有許多問(wèn)題需要解決，例如，在澆鑄時(shí)，要克服不良的（冷）變形問(wèn)題；另外，鎂合金材料在實(shí)際應(yīng)用中還有外部裸露件的銹蝕問(wèn)題，還有在不同材質(zhì)零件混和運(yùn)輸過(guò)程中都要注意提高鎂合金的抗接觸腐蝕能力，防止金屬鎂的自燃等問(wèn)題。
汽車(chē)用鎂及鎂合金部件包括儀表盤(pán)、支架、座位框架、導(dǎo)向軸部件、變速箱、汽缸頭外殼、進(jìn)氣岐管等非結(jié)構(gòu)件。鎂汽車(chē)部件開(kāi)發(fā)包括車(chē)蓬板、結(jié)構(gòu)支架、后甲板蓋、內(nèi)車(chē)門(mén)框架、發(fā)動(dòng)機(jī)頭、發(fā)動(dòng)機(jī)主體等。
表3是汽車(chē)上鎂合金典型應(yīng)用類(lèi)型零件。從該表可以看出采用鎂合金制作汽車(chē)零件均能達(dá)到減重的效果，同時(shí)很多部位也能充分利用鎂合金的減振性能，提高整車(chē)的NVH性能。
4、 汽車(chē)工業(yè)的用鎂前景
世界交通世界交通運(yùn)輸車(chē)輛總趨勢(shì)是輕量化，達(dá)到節(jié)能 降耗的目的。與%’年前相比，國(guó)外汽車(chē)自質(zhì)量減輕%’HI%/H。未來(lái)汽車(chē)不管選用何種動(dòng)力，都必須輕量化，尤以轎車(chē)最為突出。輕量化、節(jié)能降耗和降低排放污染是發(fā)展轎車(chē)的三項(xiàng)戰(zhàn)略性課題，其中輕量化是關(guān)鍵。因此輕量化是汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì)。
減輕汽車(chē)自質(zhì)量最有效的途徑是采用輕質(zhì)材 料制造汽車(chē)，實(shí)踐證明，選用輕金屬（鋁、鎂）和塑料等輕質(zhì)材料代替鋼鐵，能有效的減輕汽車(chē)自質(zhì)量。在鋁材和塑料已被廣泛應(yīng)用，汽車(chē)排放法規(guī)日趨嚴(yán)格，節(jié)能降耗更為迫切的新形勢(shì)下，世界汽車(chē)業(yè)把目光投向鎂合金，認(rèn)為它是比鋁合金和塑料更為優(yōu)良的輕質(zhì)材料，對(duì)汽車(chē)的減重效果更明顯、節(jié)能降耗更有效、環(huán)境保護(hù)更有利。鎂比鋁更輕，是工業(yè)實(shí)用金屬結(jié)構(gòu)材料中最輕的金屬。鎂具有高的比強(qiáng)度和比彈性模量，良好的剛性及抗電磁干擾屏蔽性，優(yōu)于鋁的切削加工性和尺寸穩(wěn)定性，高的阻尼性能和減振抗沖擊能力。鎂合金材料可回收利用，在當(dāng)今世界環(huán)保意識(shí)高漲的今天，能高度回收利用的材料和制品將日益受到重用。因此，鎂合金是減重節(jié)能、吸振降
噪、安全環(huán)保型汽車(chē)結(jié)構(gòu)材料，在汽車(chē)上最有應(yīng)用潛力，它是汽車(chē)工業(yè)最有發(fā)展前途的輕金屬結(jié)構(gòu)材料。
我國(guó)鎂資源相當(dāng)豐富，儲(chǔ)量居世界首位，而且產(chǎn)鎂的地區(qū)大都電力充足，熔煉用輔料硅鐵豐富，具有發(fā)展鎂工業(yè)得天獨(dú)厚的條件。目前國(guó)內(nèi)用量很少，尤其是汽車(chē)工業(yè)用量極少，供大于求，大量低價(jià)出口。同時(shí)我國(guó)鎂合金牌號(hào)、品種規(guī)格較少，無(wú)自成體系的壓鑄鎂合金，零件制造成形技術(shù)落后，這 與我國(guó)鎂資源優(yōu)勢(shì)很不相稱(chēng)，既影響到鎂工業(yè)的發(fā)展，又制約著鎂合金材料在汽車(chē)上的合理應(yīng)用。因此，研究開(kāi)發(fā)汽車(chē)用鎂合金及零件先進(jìn)制造技術(shù)，是結(jié)合國(guó)情，既現(xiàn)實(shí)又有發(fā)展前景，并亟待研究的重要課題。中國(guó)應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)豐富的鎂資源，擴(kuò)大在工業(yè)上的應(yīng)用范圍，并應(yīng)緊跟世界汽車(chē)用鎂合金的趨勢(shì)，開(kāi)創(chuàng)具有中國(guó)特色的汽車(chē)用鎂合金新局面。
據(jù)相關(guān)報(bào)道，大眾公司、通用汽車(chē)公司、日產(chǎn)公司、馬自達(dá)公司、三菱公司等美國(guó)三大汽車(chē)公司聯(lián)合對(duì)新開(kāi)發(fā)的耐熱鎂合金進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和技術(shù)評(píng)估，對(duì)鎂合 金在汽車(chē)上的應(yīng)用十分看好。變形鎂合金及其加工技術(shù)正在成為鎂合金研究和應(yīng)用領(lǐng)域的熱點(diǎn)，包括鎂合金等通道轉(zhuǎn)角擠壓技術(shù)。鎂合金超塑性研究，重要研究方向是：
（1）高應(yīng)變速率超塑性。對(duì)于節(jié)約能源、提高生產(chǎn)率、擴(kuò)大應(yīng)用都有很重要的意義。
（2）大晶粒工業(yè) 態(tài)鎂合金超塑性。研究晶粒較大的工業(yè)態(tài)鎂合金在一定條件下的超塑性，因其不需要預(yù)加工可節(jié)約能源，故將有更大的應(yīng)用前景。
（3）鎂合金低溫超塑性。研究鎂合金在較低的溫度下進(jìn)行超塑性變形。鎂合金材料的研究和應(yīng)用前景是非常廣闊的，相對(duì)于其它金屬材料（如鋁、鋼等）的研究發(fā)展水平，我國(guó)與世界發(fā)達(dá)國(guó)家的差距較小，可以說(shuō)幾乎處在同一起跑線(xiàn)上，如果集中全國(guó)的優(yōu)勢(shì)力量針對(duì)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題展開(kāi)研究，就有可能取得重大突破，達(dá)到甚至趕超世界先進(jìn)水平。我國(guó)近年在鎂合金技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，作為世界第一“鎂”大國(guó)要造好鎂、用好鎂，造福于中國(guó)和世界，并在鎂的研究領(lǐng)域成為世界領(lǐng)頭羊，推動(dòng)鎂合金走可持續(xù)發(fā)展之路，同時(shí)還要開(kāi)展好鎂合金的重大基礎(chǔ)研究。
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