镁合金在汽车上的应用简介.doc

镁合金在汽车上的应用简介
(天津一汽产品开发中心王小亮)
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。
一、镁合金的特点
金属镁及其合金是工程应用中最轻的金属结构材料,·cm-3,·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,,常见化合价+2,其电子壳层结构为1s22s22p63s2,℃,沸点1090℃,,(+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=,c=,晶胞的轴比c/a=,原子间d1=、d2=。
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、锂、锆和稀土等元素形成的镁合金具有较高的强度,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特点[3]:
①密度小,·cm-3,约为铝的2/3,铁的1/4,接近工程塑料的密度。
②抗拉强度、屈服强度、伸长率与铝合金铸件相当。几种常用的镁合金性能见下表。
③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,用在压铸汽车轮毂上,可有效散发制动摩擦热量,提高制动稳定性口;
④具有良好的压铸成形性能和尺寸稳定性, mm,适合制造各类汽车压铸件;
⑤具有良好的阻尼系数,消震性能优于铝合金和铸铁,用于壳体可以降低噪声,用于座椅、轮圈可以减少动,提高汽车的安全性和舒适性;
⑥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。
表1 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
延伸率
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