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镁合金特性及汽车应用

发布时间:2015/5/19 发布人:管理员
镁合金在汽车上的应用始于20世纪20年代用于赛车上。1936年大众Beetle汽车发动机和传动系统上用了超过18kg的镁合金,到20世纪80年代初,大众共生产1900万辆Beetle车,用掉约38万t镁合金。 
 1982年通过严格限制Fe、Cu、Ni等杂质的含量,镁合金的耐蚀性问题得到了解决,大大促进了镁合金在汽车行业的应用。 
当今,钢铁、铝合金和塑料是汽车上使用最多的三大类材料,按重量计算,三类材料占整车比例合计约为80%,其中钢和铁约占62%,铝合金和塑料大体相当,均占8%~10%。镁合金在汽车上的应用比例约为0.3%,平均重量约5kg,但近几年的增幅却较大。 
镁的比重为1.74g/cm3,铝2.7g/cm3,钢和铁7.8g/cm3,塑料通常0.83~2.2g/cm3。镁比铝轻约三分之一,使用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。汽车减重可以提高其加速性能;顶部和车门减重,可以降低汽车重心,增强稳定性;前部减重,可以使汽车重心后移,改善操纵性能。镁合金具有较高比强度、比刚度,镁合金的比强度高于铝合金和钢,与工程塑料相当。其比刚度接近铝合金和钢,远高于工程塑料。 
此外,镁的减振系数远高于铝和钢铁,具有优良的抗冲击性能,有利于减振降噪,因此在转向盘骨架、转向管柱支架、气门室罩盖等汽车零部件中得到较为广泛应用。镁合金具有良好浇铸性和尺寸稳定性,可以浇铸成薄壁、网状和复杂零件,可以整体浇铸,减少零件数目,提高模具使用寿命。同时,镁合金具有良好的可加工性,降低了生产成本。因此在整体仪表板骨架等汽车零部件中得到较为广泛应用。镁还具有强的抗电磁干扰能力,可以实现100%回收再利用。 
但是,镁合金还存在耐高温和抗腐蚀性能较差的不足。 
据中国有色金属工业协会镁业分会统计,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。由于中国镁业的竞争,2006年原国外最大镁生产企业宣布关闭其下属规模最大的加拿大工厂,并有意向出售另外两家工厂。目前,日本国内对镁的需求全部依靠进口,其中从中国进口比例超过90%。 
关于镁合金的价格,长期以来镁合金价格高于铝合金,但从2006年起,两者价格大体持平。 
镁合金在汽车上的应用 
1. 转向盘骨架 
目前,在北美地区,约有80%的新车采用镁合金转向盘骨架。 
TMGI(Tonsberg Magnesium Group International)是一家在瑞典证券市场的上市公司,在挪威、瑞典、波兰、美国、墨西哥开展业务,主要产品为镁合金转向盘骨架,其研究报告指出:2004年全球6200万辆汽车产量中约2600万辆采用镁合金转向盘骨架。TMGI主要客户为天合、奥托立夫、凯安全系统等安全和汽车内饰汽车零部件一级供应商,一级供应商的产品再为福特、宝马等整车企业供货。TMGI为宝马配套的产量达20万件/年;其墨西哥工厂,为奥托立夫供货,2007年签署协议,5年供150万件,最终产品供给福特公司。 
2. 转向管柱支架 
马瑞丁技术公司(Meridian Technologies Inc.)是全球最大的镁合金汽车铸件供应商,总部位于加拿大,在全球5个国家建有6个工厂,加拿大、美国、意大利、英国各1个,中国2个(上海镁镁合金压铸有限公司、重庆玛瑞丁博奥镁业有限公司),全球共计员工1350人。原股东:Teksid(中文名:泰克西,意大利Fiat集团成员)51%,Hydro49%;后Hydro将股份转让给瑞士Estatia为首的财团公司,现该财团还计划收购Teksid所持公司股份以达到独资。 
目前,公司每年生产转向管柱支架400万件。另外,还年产仪表板骨架400万件、四轮驱动变速器壳体和变速器盖200万件、前端支架80万件、座椅骨架40万件。 
3. 仪表板骨架 
美国朗特制造公司(Lunt Manufacturing Co., Inc.)为宝马X5制造的仪表板骨架,材料AM60,设备4000t冷室压铸。该项目2007年荣获北美铸造协会(The North American Die Casting Association)(NADCA) 0.5磅以上铸造优秀奖。 
4. 座椅骨架 
马瑞丁技术公司生产,为捷豹车型配套,材料AM50A。 
5. 气门室罩盖 
材料基本为AZ91D。 
6. 变速器壳体和变速器盖 
上海大众桑塔纳轿车变速器壳体采用镁合金。本田雅阁2006 Acura TSX北美版变速器壳体采用镁合金。 
7. 其它 
(1)前端支架 
制造商马瑞丁技术公司2003年,福特F 150型汽车开始使用压铸镁合金前端支架,该前端支架支撑散热器、前照灯、喇叭等,替代了原来由12块冲压钢材零件所组合而成的部件。 
(2)进气歧管 
制造商皮尔博格公司Pierburg GmbH,材料AZ91D,应用于宝马V12发动机。 
(3)发动机托架 
制造商马瑞丁技术公司材料AE44,应用车型通用雪佛莱Z06,替代原来的铝合金构件。 
(4)车门内板 
制造商LUNT制造公司,材料AZ91D,应用车型通用凯迪拉克XLR。 
(5)发动机复合缸体 
宝马公司走在了发动机缸体应用镁合金的前列。2004年,6缸直列镁铝复合汽油机缸体投放市场,气缸部分为铝合金AlSi17Cu4Mg,外部基座为镁合金MgAl6Sr2,现已进行批量生产。 
其它应用有镁车轮、自动变速离合器活塞、离合器壳、后视镜支架、前照灯托架、机油滤清器壳体、气门罩和凸轮轴罩等。 
制约镁合金在汽车上应用的重要因素 
镁合金对于汽车有重要的应用价值,但目前欧、美汽车平均每车用镁量仅为5kg~6kg,主要受到以下因素的约束: 
1. 价格。经济性比较是与现有材料使用全过程总成本的比较,包括材料、制造、防腐、连接装配、维修等。另外,价格的稳定性也是非常重要的内容。 
2. 防腐蚀问题。 
3. 连接问题。 
4. 在汽车轻量化材料相互替代过程中,镁合金行业的基础工作明显落后于钢铁、铝合金和塑料行业。在当今汽车零部件一级供应商中,只有极少数公司供应镁合金产品。 
中国是镁生产和镁资源的大国,也是汽车生产的大国,发展汽车用镁享有得天独厚的条件。中国的整车厂、汽车零部件厂、原材料厂、设备厂、科研院所、金融机构、协会、政府等应积极携起手来,共同推进汽车镁产业的快速健康发展
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