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1、鎂合金在汽車材料上的應(yīng)用及發(fā)展前景摘要：介紹了鎂及鎂合金的類型和它們的基本性能，國內(nèi)外在汽車材料方面對其的應(yīng)用情況，鎂合金在汽車輕量化方面的應(yīng)用，展望了鎂合金在未來的應(yīng)用前景。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1.74g/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,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
2、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、摩托車、航空航天、光學(xué)儀器、計算機(jī)、電子與通訊、電動及風(fēng)動工具和醫(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上使用最多的三大類材料，按重量計算，三類材料占整車比例合計約為80%
3、，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1.74g/cm3,是鋁的2/3，鋼的2/9，和塑料相當(dāng)，是最實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。正因為如此，鎂合金有利于汽車輕量化、有利于節(jié)能和減排。據(jù)資料介紹：轎車質(zhì)量每減輕100kg，油耗可降低5%。如果每輛汽車使用70kg鎂合金，CO2年排放量能減少30%以上。汽車減重可以提高其加速性能；頂部和車門減重，可以降低汽車重心，增強(qiáng)穩(wěn)定性；前部
4、減重，可以使汽車重心后移，改善操縱性能。同時，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結(jié)構(gòu)材料能有效降低汽車振動和噪聲，受沖擊時能吸收更多的能量。鎂合金的散熱性好，抗電磁干擾性高，使汽車更為安全舒適。2、常用鎂合金類型及其性能由于交通工具輕量化的推動，世界各國都展開了對鎂合金的研究，而限制鎂合金發(fā)展的一個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)主要是針對這一問題進(jìn)行，概括的說主要包括兩個方面，一是對現(xiàn)有合金的優(yōu)化，主要是針對現(xiàn)有的商業(yè)鎂合金
5、，特別是對AZ、ZK系合金進(jìn)行改性，通過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-Zrn(ZK)、Mg-Zn-RE系（ZE）等合金。常用鑄造鎂合金的牌號及性能見表1。表2為常見變形鎂合金的化學(xué)成分及基本特性。1、鎂合金在汽車工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀鎂合金材料制造的汽車零部件品種繁多，從
6、汽車的運(yùn)動部件（如車輪），到汽車的結(jié)構(gòu)部件（如汽車座椅框架），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)常用來制造“支架”、“殼體”、“端蓋”或“堵蓋”類零件等。由于鎂合金材料具有極好的鑄造流動性能，因此，非常適合于制造橫拉桿之類的薄壁結(jié)構(gòu)件和大面積的車輛內(nèi)部結(jié)構(gòu)件，如車門和前、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)轎車中使用了約6000t的鎂合金材料；?變
7、速器殼體，大眾公司B型車架的轎車中每天使用約600個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的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的驅(qū)動系統(tǒng)中，大批量、由汽車零部件供應(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)入汽車制造業(yè)，那時，戴姆勒-克萊斯勒公司生產(chǎn)的汽車將采用鎂合金自動變速器；BMW公司生產(chǎn)的轎車將采用鎂-鋁復(fù)合材料的發(fā)動機(jī)缸體。從長遠(yuǎn)來看，鎂合金材料在車架制造和底盤制造中以及耐高溫零部件的制造中也會進(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。地
8、球上鎂元素的含量豐富，便于對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、鑄造時的能源消耗少，切削加工時機(jī)械磨損少，因此，整個生產(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給汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來一場新的革命，它可以用來制造大量的結(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)而降低汽車的總裝費(fèi)用。
