镁合金在汽车领域的应用及发展

本科生课程论文

论文题目：镁合金在汽车领域的应用及发展

镁合金在汽车领域的应用及发展

【摘要】：通过材料科学概论的学习和查阅许多学术论文，发现汽车工业对轻合金材料的有很大的需求，特别是镁合金。文章介绍镁合金在汽车领域的应用及发展和简述《材料科学概论》的学习心得。

【关键词】：汽车，镁合金，应用，发展

【正文】：

21世纪，自然资源和环境已经成为人类可持续发展的首要问题。镁作为一种轻质工程材料，潜力尚未充分挖掘出来；开发利用远不如钢铁、铜、铝等成熟。今天，许多传统金属矿产趋于枯竭，加速升级开发镁金属是社会可持续发展的重要措施之一。

当前，汽车工业正面临来自资源，能源和环境等方面的压力和制约，汽车领域的竞争也是越来越激烈，汽车轻量化以轻质材料逐渐代替钢铁材料用于制造高性能，结构复杂的部件已经是必然趋势。因此，以镁合金这种轻质，可再循环，铸造能力好的材料成为汽车材料的首选。

一、镁合金的特点：

镁在地壳中含量高达2.1%，在地球上存在的元素中居第八位，作为工业用金属，仅次于铝，地壳中铝占8.1%，铁占5%。但是镁的比重只有1.74 g/m3. 镁合金作为结构材料，日益引人注目，这与它具有下列基本特性密切相关：

①密度低，比强度高，比刚度高。这样就可以用来减轻发动机和其他机器零件的重量。镁的最突出特性是密度小，镁的最突出特性是比重轻，大约为1.74g/m3，是铝合金的2/3，铁的1/4，而在刚性相同条件下，镁的重量仅为钢的1/2。镁主要用来制造各种轻合金。例如，镁跟铝、铜、锡、锰、钛、铍等金属元素形成的多种合金(约含镁质量分数为80%)，密度只有

1.74g/cm3左右，但硬度和强度都较大。这些特性表明了镁在减轻重量方面的巨大潜力。

②比铝合金有较大的承受冲击载荷能力，有可能利用镁合金来制造受猛烈碰撞的零件。镁合金还有绝佳的抗冲击性，是塑料的20倍。

③低的熔化黏滞性和良好的填注成型特性。这一特性使镁合金易于铸成复杂、薄壁结构，并把多个功能零件集成一件，以取代以往常见的多钢件焊接或装配结构，达到了减重、减少装配工作、消除可能出现的尺寸误差和减少运行噪音产生的目的。

④镁合金具有优良的可切削加工性和可抛光性。镁合金是所有常用金属中最容易加工的材料而且不需要磨削和抛光，用切削液就可以达到十分光洁的表面。

⑤可再生利用。镁被誉为“21世纪绿色金属结构材料”有595-650℃的低熔化温度、280-370KJ/Kg低熔融比热，适于接受再生加工。可利用铸造剩料、切屑和废件重新熔化制作新零件。

⑥储量高，且可大规模生产。我国镁资源蕴藏丰富，高品位镁资源储量居世界第一。青海盐湖蕴藏着十分丰富的镁资源，其中氯化镁32亿吨、硫酸镁16亿吨世界上只有在青海柴达木盆地独特的自然地理和气候条件下，提钾后的老卤经过简单盐田蒸发，可获得高品质的氯化镁，具有很高的开发应用价值。加上利于环保的再循环能力，以及高的压铸生产率，都为其适于大规模生产提供了条件。高的模铸生产率，一般来说，其生产率比铝高出40%-50%，最高时可达铝的两倍。

二、镁合金的分类

镁合金主要分为铸造镁合金和变形镁合金。

变形镁合金适宜塑料成型，塑形变形中镁合金仍保持纯镁的特性。变形镁合金大多在热状态下进行塑料成型，以轧制、挤压、锻造、拉拔等工艺方法制成板、棒、管、丝。锻件等半成品。变形镁合金按化学成分可分：①Mg-Mn 系列：主要用于制造飞机的壁板，外形复杂的模锻件和汽油系统要求抗腐蚀性能高的零件。获得近乎最终使用形状和尺寸的毛坯。

铸造镁合金按照使用特性可分为：一般铸造镁合金，高强度铸造镁合金和热强度铸造镁合金。工业铸造镁合金广泛应用于航空航天工业。由于其耐腐蚀性能差，因此镁铸件需要经过防腐处理才能在大气条件下长期使用。

三、镁合金大部分以压铸件形式作为汽车零部件

未来汽车的发展趋势概括为“三化”，即轻量化、电子化和计算机信息化。所谓轻量化，是指采用高新技术开发的新材料，以减轻整个汽车的重量。能够使汽车实现轻量化的新材料主要是指：用轻质的有色金属材料取代钢、铁、铜等，如铝合金和镁合金。其中铝合金已得到广泛认同和应用，现在奥迪全铝车身、宝马全铝底盘等都生产出来了。而镁合金是近年来正在兴起的新材料，这是由于镁冶炼技术进一步提高，镁的价格逐渐下降了；镁与铝结合后表现出非常好的压铸性能和加工性能。一方面汽车要减轻自重，一方面汽车要折旧、报废、回收，于是，铝合金在汽车上的应用，又带来了镁合金的应用，有人预计，全世界对汽车镁合金的需求量每年将递增20%以上。

汽车工业可能采用镁压铸件的场合大致可分成两大类：一类是以镁取代原先以其它材料用作压铸件的领域；另一类是直至目前还在采用焊接钢结构或铝板材料的场合。对于前者，最常见的是以镁压铸件替换锌压铸件。虽然这两种材料有同等的铸造特性，但若全面衡量重量与成本因素，选用镁显然更加合理。例如，点火装置外壳，变速箱外壳，进气岐管等，都有成功改用镁压铸件的实例。此外，镁或铝与硅、锰、锌的合金能在高温下快速降低蠕变张力，这对于例如要承受巨大机械应力和较高工作温度的引擎缸体，采用镁压铸件也是很理想的。在北美，一些大型豪华轿车和小型运输车都已采用单一镁铸件取代了过去的组合式钢结构来制作仪表盘座。

近年来，很多种轿车铸件开始采用镁合金，以适应汽车轻量化的要求。如：离合器壳体、离合器踏板、制动踏板固定支架、仪表板、骨架、座椅、转向柱部件、转向盘轮芯、变速箱壳体、发动机悬置、气缸盖和气缸盖罩盖等。与传统的锌制转向柱支架相比，镁制件降重65%；与传统的钢制转向轮芯相比，镁制件降重45%；与全铝气缸盖相比，镁制件降重30%；与传统的钢制冲压焊接结构制动踏板支架相比，整体的镁铸件降重40%，同时其刚性也得以改善。但是，镁合金种类少，高温和抗蠕变性能差，后处理工艺复杂，以及材料和加工成本高，随着技术和价格两大瓶颈的突破，相信其应用前景必将更加广阔。已有超过60种零部件已采用或正在开发镁合金应用。