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镁合金_汽车轻量化的必然选择

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镁合金_汽车轻量化的必然选择 23Advanced Materials Industry 汽车在现代生活中扮演着重要角 色,随着汽车的拥有量与日俱增,汽车 对资源和能源的耗费量不断增长。汽 车燃油带来的废气排放量也面临着越 来越严厉的环境保护法规的挑战。汽 车的轻量化是现代汽车的重要发展方 向,减重节能是汽车技术进步的重要 目标。在过去的几十年中,人们一直在 寻求各种轻量化材料并将其使用在汽 车上,镁合金是这方面的重要内容。 镁合金是汽车轻量化的重要 选材 镁有望在汽车工业领域得到广泛 使用是因为镁基轻合金具有优异性 能,同时它又有丰富...

镁合金_汽车轻量化的必然选择
23Advanced Materials Industry 汽车在现代生活中扮演着重要角 色,随着汽车的拥有量与日俱增,汽车 对资源和能源的耗费量不断增长。汽 车燃油带来的废气排放量也面临着越 来越严厉的环境保护法规的挑战。汽 车的轻量化是现代汽车的重要发展方 向,减重节能是汽车技术进步的重要 目标。在过去的几十年中,人们一直在 寻求各种轻量化材料并将其使用在汽 车上,镁合金是这方面的重要内容。 镁合金是汽车轻量化的重要 选材 镁有望在汽车工业领域得到广泛 使用是因为镁基轻合金具有优异性 能,同时它又有丰富的资源。 镁合金的优异性能 镁合金自身的许多优异性能是其 成为汽车用材的必备条件,它们包括: 质量密度小:镁合金的质量密度 一般在2g/cm3左右,比铝材轻36%, 比锌合金轻73%,比钢轻77%。在汽 车上使用镁合金可在很大程度上减轻 汽车自身的质量。 消震性能好:镁合金有很高的阻 尼容量和良好的消震性能,可承受较 大的冲击震动,适于制造承受冲击载 荷和振动的零部件,使汽车行驶更平 稳、安全和舒适。 比强度和比刚度高:相同质量的 条件下,选用镁合金的构件具有更高 的刚度。加入增强物的塑料,其刚度最 多也只能达到镁合金的三分之一。 铸造性能好:镁合金有良好的铸 造性和尺寸稳定性,易加工,废品率 低,从而可以降低生产成本。此外,镁 与铁的亲和力小,固溶铁的能力低,不 易粘膜,铸模寿命比生产铝合金长 2~3倍。 熔点低:镁合金的熔点和比热容 较低,熔化时耗能较少,凝固速度快, 动力学粘度低,铸造充型性好,使得压 铸件生产周期短,易于成型薄壁结构 件。 回收利用性好:镁合金可以从废 品、废料的再生资源中获得,并且可进 行100%的回收利用,镁在产品寿命 周期的每一个阶段都有很高的利用价 值。由于镁的熔点低,镁废料再生对能 源要求也较低,镁的再生比塑料和铁 等其它材料的再生需要少得多的能源 用量。 丰富的镁资源 镁是地球上排位第8的富有元 素,其含量约占地壳质量的2.8%,它 也是海水中的第3富有元素,约占海 水质量的0.13%。目前,世界公认的 镁合金: 汽车轻量化的必然选择 ◇周学华 陈开生 中国科学院上海微系统与信息技术研究所先进镁合金与防护技术研究中心 24 新材料产业 NO.11 2006 具有最大镁矿储量的前8个国家分别 是澳大利亚、中国、波兰、俄罗斯、美 国、印度、希腊和加拿大。有资料显示 世界各国菱镁矿储量约1.2×1010吨, 可见镁资源相当丰富。专家预测,在当 今汽车上使用最多的三种元素(铁、 铝、镁)资源的开采寿命,铁仅有50 年,铝有250年,而镁却有1000年。因 此,从汽车用材的长远发展角度来看, 镁材的广泛使用是必然趋势。 我国是镁金属生产大国,镁的储藏 丰富,镁资源占全球总储量的22.5%。 我国的菱镁矿资源总量约为3.1×109 吨,其中符合炼镁要求的一、二级矿占 78%。储量巨大的白云石矿和青海的 盐湖也含有十分丰富的镁资源,白云 石资源已探明储量在4×109吨以上, 青海盐湖的氯化镁约有3.2×109吨, 硫酸镁约有1.6×109吨。同时,我国有 较低的投资成本,丰富的煤炭资源,低 成本的原料供应,以及充裕的劳动力 优势,这些因素都使得在中国生产镁 具有良好的经济性和竞争力。目前我 国原镁产量占全球的40%,是世界上 最大的镁生产国和出口国。我国充裕 的镁资源为推进我国镁产业的高速发 展提供了良好的平台。 汽车工业的发展要求选择镁材 汽车质量的大小对其能量消耗有 着重要的影响,据科学 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,汽车质量 每降低100kg,每百公里油耗就可以 减少0.7L左右,实现这一目标的最有 效手段就是要降低汽车质量。镁合金 压铸件和其它轻质材料具有减少 150kg质量的潜力,从而使CO2的排 放减少5%和节约能源10%。美国通 用、福特和克莱斯勒三大汽车集团与 能源部签署了“新一代交通工具合作 计划”,其总目标就是要生产出每百公 里耗油量3L的6人载客汽车。可见镁 应用部位 发动机系 底盘行走系 车身系 零部件 空气净化器 曲轴箱 离合器壳体 凸轮罩 变速器壳体 齿轮变速器壳体 气缸盖 发动机缸体 滤油器壳体 发动机支架 进气岐道 发动机阀盖/阀壳 发动机悬挂 发动机空气罩盖 油底壳 引擎 传动箱壳体 方向锁外壳 转向轴外壳 手制动器控制杆 转向盘支柱固定架 转向盘骨架 车轮 方向盘 座椅支架 踏板 门框 门把手 仪 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 板 厂商 通用 宝马 大众 东风 丰田 大众桑塔纳 东风 克莱斯勒 通用 丰田 通用 东风 丰田 通用 东风 丰田 东风 大众 克莱斯勒 宝马 福特 大众 大众 保时捷 保时捷 保时捷 克莱斯勒 通用 福特 标致 法拉利 保时捷 宝马 通用 马自达 东风 福特 通用 东风 菲亚特 菲亚特 大众 福特 表1 镁合金材料应用与汽车零部件及主要应用厂商 合金在汽车上的使用从节约能源和环 境保护的角度来看是势在必行。 在材料的循环利用方面,使用镁 合金也具有明显的优势。欧盟汽车回 收法最新规定:2006年开始轿车质量 85%以上都要达到回收的水平,最晚 于2015年要达到95%以上的回收水 平。美国三大汽车集团的“新一代交通 工具合作计划”中也要求整车至少有 80%以上的部件可以回收再利用。 未来汽车不管选用何种动力,世 界汽车工业总趋势是轻量化,尤以轿 车最为突出。为此,汽车制造使用镁材 是重要的选材方向和必然的趋势。 镁材应用于汽车工业的现状 镁材汽车零部件 目前正在使用的镁基合金制作的 汽车零部件已超过60种,正在研制或 试用的镁基合金汽车零部件已达100 多种,分别应用在汽车的发动机系、底 盘行走系以及车身系等各个部位,表 1列举了镁合金材料应用在汽车上的 部件名称及主要应用汽车厂商。汽车 nsight 透视I 25Advanced Materials Industry 厂商迫切希望他们的汽车尽可能使用 镁材零部件,以实现整车轻量化目标。 国内外汽车制造业用镁概况 世界汽车工业对镁合金材料的应 用一直十分重视。汽车生产制造厂商 使用镁合金压铸件来减轻汽车质量的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ,至少已有70年的历史。早在20 世纪60年代以前,镁合金便在德国和 美国的汽车上使用。德国的Alder工厂 在1927年到1930年之间,在其生产 的每辆汽车上就用了平均73.8 kg左 右的镁合金。美国从1948年至1962 年的14年间,采用热室压铸机生产了 数百万件镁压铸件供汽车工业使用。 70年代因镁合金材料价格上扬,成本 增高,汽车工业应用受阻。80年代起, 汽车轻量化呼声强烈,镁压铸件应用 加快。90年代以来,镁原料产量大增, 压铸用镁量从1990年占总量的l4% 上升到2005年的40%以上,镁合金 压铸件的80%~85%用于汽车工业。 镁合金在汽车上应用呈现出快速增长 势头,预计全球汽车零部件用镁量将 以每年递增15%以上的速度发展,并 将持续到2010年。 现在,世界知名汽车制造商纷纷 采用镁合金零部件改进汽车性能,镁 合金在汽车中的应用正在迅速扩展。 大众汽车公司目前每辆轿车的平均用 镁量约为25kg,但是这一数值将会在 很短的时间内改变。大众汽车公司汽 车材料研究中心主任弗里德里希博士 预计,大众汽车公司的汽车平均每辆 车用镁量到2010年可以达到178kg 的目标。大众汽车公司在奥迪A6型轿 车装用镁合金变速器壳体,与同类型 钢制件相比减轻8kg;随后又在A8型 的轿车上用镁合金制造仪表板,并在 该型号的单车使用镁合金达40kg。奔 驰公司将镁合金制造的座椅框架用在 其SEL型的跑车上;宝马公司的一种 双门敞篷跑车车门改用镁制造,与钢 结构车门相比,减重7.5kg。德国政府 也很注重汽车用镁的研究与应用,德 国科技教育部牵头,联合了60余家企 业、大学、研究所共同投资2500多万 马克,实施“镁合金压铸计划”,这些 计划成功地推动了镁合金压铸件在汽 车工业中的应用。 美国汽车业已经广泛使用镁合金 压铸件。以美国三大汽车公司为例,福 特汽车公司单车采用30个镁合金压 铸件,通用公司采用45个镁合金压铸 件,克莱斯勒公司采用20个镁合金压 铸件,单车用镁合金20~40 kg。福特 公司在F-15卡车上镁合金配件用量 达到15kg,还提出在2000年新车型 上每车使用镁合金件103 kg。 日本汽车用镁合金的开发和应用 也十分迅速,经过研究相继开发了一 系列镁合金汽车零部件,如丰田公司 最先使用镁合金转向盘、阀体和车毂 等,随后,丰田公司推出了4座轻量小 型概念车ES3,在前排 座椅后部采用镁合金 框架网状结构。日本 其它汽车公司也大都 生产和应用了镁合金 壳体类压铸件。 我国汽车工业用 镁起步比较晚,还处 于研究开发阶段,但 是目前国内镁价很 低,已出现镁比铝便 宜的现象,为我国汽 车工业用镁创造了有 利的物质条件。20世 纪90年代初,上海大 众汽车公司首次在桑 塔纳轿车上采用镁合 金变速器壳体,壳盖 和离合器外壳,全套 设备从国外引进。上海乾通汽车附件 有限公司也在积极扩大桑塔纳、别克、 赛欧等车上的镁合金压铸件的生产, 现正在与上海交大洽谈,准备依托上 海交大的研发基地,使镁合金压铸件 更多地应用于汽车上。一汽试制出发 动机缸盖罩、离合器壳、齿轮室和齿轮 盖等零部件样件,正在进行小批量试 验。东风汽车公司与北京航空材料研 究所合作,开发了镁合金的风动扳手、 挂车控制阀等镁合金部件,东风汽车 公司还通过“九五”期间的专题研究成 功开发出发动机上几个泵体、离合器 壳体及壳盖,准备在东风车上配装。重 庆市成立重庆镁业科技有限公司,重 点开发长安汽车的镁合金压铸件,长 安汽车集团生产的“长安之星”微型车 上已实现单车用镁8kg。 我国政府十分重视镁合金汽车零 部件的研究与开发,并把镁合金汽车 零部件的轻型制造技术列为国家“十 26 新材料产业 NO.11 2006 五”计划重大项目之一,这对于我国汽 车用镁材事业起到了巨大的推动作 用。 存在的问题及发展趋势 虽然汽车工业用镁量不断增加, 但是应该看到,镁合金在汽车上的应 用还相当有限,目前汽车制造的主要 材料仍然是钢,其次是铝。镁合金在汽 车制造中并没有获得大规模应用有多 方面的原因。首先镁合金自身的有些 性能不够好,如耐蚀性和高温蠕变性 等;其次镁合金低温工作能力及屈服 极限有限,镁合金加工需要加温,工艺 比较复杂,还需要较为严格的安全措 施。再者镁合金的品种规格有限,高性 能的镁合金有待于研究开发,而且目 前镁合金的基础数据积累还不够,没 有系统的力学性能测试,在腐蚀、热膨 胀及模具 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 等方面的数据也不够, 使得汽车零部件的设计难度增大,成 本增加。世界各大汽车生产商开发出 来的镁合金零部件都属于技术机密, 这使得镁合金在其它汽车上无法大规 模推广使用。 由于汽车产业进步对镁合金需求 的逐步扩大与现有镁合金性能不足存 在一定矛盾,作者认为镁合金在汽车 领域材料技术开发的未来发展趋势如 下: 高耐蚀镁合金:镁合金耐蚀性较 差,不如铝合金,对于暴露在外的汽车 底盘和行走系统的零部件,应能满足 使用环境对耐蚀性的要求,高耐蚀镁 合金的研究成为镁合金发展重要方 向。已有的研究表明,通过添加合金元 素以及改进镁合金的生产工艺是改善 镁合金自身耐蚀性的主要手段。 高耐热镁合金:目前广泛使用的 商业镁合金,如AZ91D,虽具有良好 的室温力学性能,但在120℃以上的 工作温度因析出相的分解和软化,使 其抗蠕变性能较差。因此对于工作温 度超过130℃的高性能齿轮箱和曲轴 箱,现有的镁合金很难满足使用要求。 以色列在此方面研制成功MRI153M 新型耐热镁合金,其高温性能显著优 于AZ91D,并已经成功应用于汽车动 力部件,但该合金已经申请专利,合金 成分受知识产权保护。我国也在耐热 镁合金上有些研究,但进展不大,高耐 热镁合金开发与应用是将来镁合金在 汽车工业应用的重要领域。 高强韧镁合金:在汽车车内部件 的轻量化的同时,另一个重要的要求 就是确保其安全可靠性。重要的车内 部件如方向盘、方向盘立柱、座椅骨 架、车门框等,除了要满足成型性要求 外,更重要的是材料要具有高强韧性, 能减震并达到零件受冲击时而不断 裂,现有的镁合金其强韧性都不能完 全满足其技术要求。目前国外这些零 部件使用较多的是AM60,AM50镁合 金,这类合金塑性较好,但强度偏低, 而且铸造流动性和耐蚀性不理想,压 铸成型成品率低。因此,具有更高强度 和韧性,又具有优良铸造流动性的镁 合金在汽车安保部件中将具有广泛的 应用前景,可以有力的推动镁合金在 汽车车内零部件中扩大应用。 变形镁合金:与铸造镁合金相 比,变形镁合金具有更高的强度,更好 的塑性和更多样化的规格,在汽车领 域有着十分广阔的应用前景。近年来, 工业发达国家对变形镁合金的研究与 开发十分重视,合金牌号和产品规格 已开始向系列化和 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化方向发展。 我国在变形镁合金的研制和开发领域 仍处于起步阶段,商业化的变形镁合 金则更少。因此发展变形镁合金也是 镁合金发展的方向之一。 结束语 要使镁合金在汽车领域的得到更 广泛应用,除需要解决镁合金应用方 面存在的一些关键技术问题以外,在 管理上还必须充分发挥产-学-研结 合的作用,重大项目还应借助政府的 支持,主动开展企业-政府-研究机 构之间的多方合作,扩大合作领域,尤 其是在汽车用镁合金铸造领域的技术 合作,在合作中寻取新的发展。 nsight 透视I
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分类:生产制造
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