镁金属是密度低的金属,并不稀有,因为它是地壳中第八丰富的元素和溶解海水中第三丰富的元素。镁已有几个世纪的历史,可以加工成多种形式,包括铸件、挤压件、板材和锻件。然而,尽管它是一种可能在汽车中很有价值的低密度材料,但它并不经常被纳入轻量化讨论中。本文将探讨镁金属在汽车中的当前用途及其在生产锻造汽车部件中的潜在价值。
镁主要被铝和钢铁生产商用作生产汽车部件和其他产品的关键合金元素。总之,合金化占全球镁需求的50%以上。
除了合金之外,镁的下一个主要市场是近净形铸件的生产。例如,镁是用于生产结构性方向盘框架的常用材料之一,主要是因为它易于高压压铸(HPDC)[2]。转向柱的圆形形状固有刚性,弥补了镁的低刚度(模量)。镁合金在能量吸收方面也表现良好,这是在车辆碰撞中为乘客提供保护的主要要求。此外,镁具有良好的减振特性,这对客户的舒适度至关重要,而这也是客户如何看待汽车质量的一个主要因素。
在镁铸件的生产中,AZ91由于其强度高、延伸率适中,常用于结构件和盖板。对于那些提供耐撞性的挤压区部件,AM50和AM60更为常见,因为它们的伸长率为10-15%,这是能量吸收的关键属性。所有这些合金都很容易获得。它们以原生镁的形式生产(主要通过低成本的Pidgeon工艺)或通过回收供应。
镁的弹性模量(刚度)均为45 吉帕(GPa)。相比之下,铝为69 GPa,钢为190-210GPa。许多部件的刚度有限,这是镁需要克服的一个重大障碍。低刚度材料需要更大的横截面才能达到相同的性能。这通常会导致成本增加和部件尺寸变大,从而使部件难以安装在车辆内的允许空间(称为封装空间)中。组件成功案例是刚度来自组件固有几何形状的设计,例如车轮或汽车中控台下方的U 形内部结构。
锻造镁合金轮毂市场拓展进展很大,改装市场已经初具规模,车市场也已经实现选配。在汽车上应用的中大型镁合金零部件有仪表盘支架、座椅支架、中控支架、显示屏支架等,目前中大型镁合金零部件在汽车领域的覆盖率还较低,随着越来越多有设计能力的公司介入,产品价格降到合理价位,在汽车领域的渗透率将大幅提升。
镁合金的密度较低,约为铝合金的2/3,钢铁的1/4,因此它是一种非常轻量化的材料,适用于那些对重量要求较高的应用。
它在轻量化的同时具有较高的强度,使得它在许多工程领域可以代替传统材料,提高结构的强度与稳定性。
它具有的导热性和导电性,适用于一些需要散热或导电性能的应用,电子设备或汽车零部件。
它具有较高的比强度,即单位质量下的强度较大,使其成为航空航天、汽车工业等领域轻量化设计的理想选择。
它不仅具有高强度,而且其刚度也较好,这使得它在一些对结构刚度要求较高的应用中表现出色。
它具有较高的强韧性,即在承受一定载荷的情况下不易发生断裂或变形,这使得它在高应力场合下表现出色。
由于镁合金的低密度特性,使用它可以大幅降低结构重量,进而减少能源消耗、提高运载能力,具有显著的节能环保效果。镁合金的加工性能良好,易于进行切削、钻孔和车削等加工操作,有利于制造复杂形状的零部件。