镁合金在汽车材料上的运用

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1、镁合金材料在汽车中的应用随着镁合金熔炼和制造技术的不断进步，冶炼技术成熟，杂质含量较低，耐 腐蚀性提高,使其在汽车工业领域中获得了较快的发展。镁合金在汽车上的应用， 主要取代铸铁、铝合金、塑料和钢制冲压焊装组合件，多以压铸件为主。随着现代汽车节能降耗要求的不断增强，安全和环保法规日趋严格，轻量化的需求也变 得更为迫切。节能降耗成为汽车新产品开发的难点和重点，轻质材料的应用成为减重节能的 重要手段。镁合金作为工业用材中最轻的金属材料，在汽车上的应用也越来越广泛。如何把 握好镁合金的特点，新产品的研究和应用，是汽车轻量化设计和节能降耗的重要课题。镁合金特性当今，钢铁、铝合金和塑料是汽车上使用最多的

2、三大类材料，按重量计算，三类材料占 整车比例合计约为80%,其中钢铁约占62%,铝合金和塑料大体相当，均占8%-10%o镁合 金在汽车上的应用比例为0.3%,平均重量约5kg,但近儿年的增幅却较大。镁的比重为 1.74g/cm3,是铝的2/3,钢的2/9,和塑料相当，是最实用的减重轻金属材料。镁合金也具有 比强度、比刚度高等优良性能。正因为如此，镁合金有利于汽车轻量化、有利于节能和减排。 据资料介绍：轿车质量每减轻100kg,油耗可降低5%。如果每辆汽车使用70kg镁合金，CO2 年排放量能减少30%以上。汽车减至可以提高其加速性能；顶部和车门减至，可以降低汽 车重心，增强稳定性；前部减重，可

3、以使汽车重心后移，改善操纵性能。同时，镁的减振系数远高于铝和钢供，具有优度的抗冲击性能，有利于减振降噪，选用 镁合金作为汽车结构材料能有效降低汽车振动和噪声，受冲击时能吸收更多的能量。镁合金 的散热性好，抗电磁干扰性高，使汽车更为安全舒适。常用镁合金类型及其性能山于交通工具轻量化的推动，世界各国都展开了对镁合金的研究，而限制镁合金发展的 一个主要原因是镁合金的高性能一一抗蠕变能力和高温疲劳性能较差，因此新材料的研发主 要是针对这-问题进行，概括的说主要包括两个方面，一-是对现有合金的优化，主要是针对现有的商业镁合金，特别是对AZ、ZK系合金进行改性，通过添加合金元素以期改善合金 的高温性能；二

4、是新合金系的开发，主要是指新型Mg-RE系的研发。镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。镁合金按合金组元不同主要有Mg-AI-Zn-Mn系（Az 系列）、Mg-AI- 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。常用铸造镁合金的牌号及性能见表1。表2为常见变形镁合金 的化学成分及基本特性。名义成分（质分散）/%u基本特性可焊、酣虬低强度 中强度、可爆、成型性好 高强度、可蝶高逢度中强、成型性、阻尼性好14 超轻高强度高强度_ I变性能好变性能好变性能好Thln5 3 3 3 M 1

5、o o o3.22183 o6 8 7 6 Qo.0.。xonrMM1AZ313AZ616.5AZ808.5ZM21LA1411.2ZK31HK61HK31HM21HZ118 O-!延伸率洋性MBGPaAM60A2051151156450.13AS21X1240181309AS41ArXB220150150445025AZ91AAD2301501653,450.13A350325160一471镁合金在汽车上应用状况世界上镁合金用于交通工具，虽然有80年的发展史，但因为其材料的耐腐蚀性差，生 产工艺和材料成本较高等因素，使得镁合金在汽车上的应用较慢。近年来随着镁合金熔炼和 制造技术的不断进步，冶

6、炼技术成熟，杂质含量降低，耐腐蚀性提高，使其在汽车工业领域 中获得了较快的发展。镁合金在汽车上的应用，主要取代铸铁、铝合金、塑料和钢制冲压焊 装组合件，多以压铸件为主。在欧洲市场上，汽车上有60多种零部件可以采用镁合金。汽车用镁合金压铸件正在以 年均25%的速度增加；虽然目前全也界所有汽车的镁合金平均用量只有2.3kg,但是汽车用 镁合金量正在以年均20%的速度上升。北美正在使用和研制的镁合金汽车零部件有100多 种，是世界上汽车用镁合金含量最大的地区，单车用镁合金5.8kg-26.3kgo日本汽车业在越来越多的零部件上采用镁合金。日本大多数生产手动变速汽车的企业 也在想尽办法应用镁合金变速杆

7、，采用镁合金坐椅架的车种在不断增加。另外，镁合金变速 箱壳体、仪表板骨架、车门内框、车扶手也将在日本生产的汽车上得到广泛应用。据中国有色金属工业协会镁业分统计，2006年，中国生产原镁52.6万t、镁合金21.1 万t,中国已是目前世界上最大的镁和镁合金生产国和出口国o 2007年1-10月份中国的镁 合金产量达53万L而中国载货车和轿车对镁合金的需求量:2005年达4.785万t, 2010年 可望达6.13万t, 2015年预计可达6.9万t, 2020年将可达7.56万L世界各大汽车公司都已经把采用镁合金零部件的多少作为衡量其汽车产品技术是否领先 的标志。福特汽车公司计划在今后20年内将

8、每辆汽车的镁合金用量提高到113kgo表3是汽车上镁合金典型应用类型零件。从该表可以看出采用镁合金制作汽车零件均能 达到减更的效果，同时很多部位也能充分利用镁合金的减振性能，提高整车的NVH性能。表，*谷建月横合金的生产工艺应用特点pn.autc c m 典型应用类型零件生产工艺应用特点1转向管住、转向机亮.后视镜框,门手柄压力锈造减吸振.安全2座椅僭架.仪表板骨架.车门框架.车顶8!框压力铸造减宣.吸撮.安全3制动和离舍器踏板支架.座椅底架压力镌造减直.吸振4变速器充体.离合器盖.分动器壳.发动机气室罩盖压力铸造降5机油盘压力铸造减宣.吸振.抗石击6进气歧管宣力镌造减重.减少工艺7萌端支架.

9、二|任力铐造减直.安全8轮就_ 一一压力锈造减1L吸振9整车开闭件内板压力铸造镁合金仪表板骨架示例为了比较镁合金和钢材在汽车上应用的效果，本文提供了某经济型小车上仪表板钢制骨 架和镁合金骨架方案对比。为保证能进行完整的比较，钢制骨架和镁合金骨架的关键都保证 了和车身连接和仪表板相同的设计硬点，都达到了相同NVH （噪声、振动与舒适性）性能。 表4所示为两种方案的详细比较。从成本来看，山于镁合金材料成本较贵，加工方法成本较 高而使该方案成本较高（大约高15%）,但后者的重量不到前者的一半，仅为3.2kg,而旦 镁合金方案还具有尺寸稳定和优良NVH性能等优点。因此，对于盛产镁合金资源的中国来 说，中高档轿车采用镁合金制作汽车零件也就更加彰显其优势了。S架对比仅康板她性jto :om钢制镇合会示意图加工方法 陵本(RMBI量(kg)NVH性能/*平优点嫌点管梁.弯曲、冲孔和焊接a -iguiM6.836.433.8便宜、=于改型设计AA大1600咤压物成型(1+15%)A3.239335.8量轻、尺寸稳定、NVH性能好设计灵活性差，相应紧固件价格加高中国的汽车工业也应积极开展镁合金在汽车上的研究，组成以汽车集团为首的镁合金 材料的应用实体，不断建立和完善镁合金材料的系列产品以及产品标准体系，反过来推动镁 合金工业的发展，使我国的汽车用镁超过发达工业国家。(价值工程部供稿)