鎂金屬是密度低的金屬,并不稀有,因為它是地殼中第八豐富的元素和溶解海水中第三豐富的元素。鎂已有幾個世紀的歷史,可以加工成多種形式,包括鑄件、擠壓件、板材和鍛件。然而,盡管它是一種可能在汽車中很有價值的低密度材料,但它并不經(jīng)常被納入輕量化討論中。本文將探討鎂金屬在汽車中的當前用途及其在生產(chǎn)鍛造汽車部件中的潛在價值。
在鎂鑄件的生產(chǎn)中,AZ91由于其強度高、延伸率適中,常用于結(jié)構(gòu)件和蓋板。對于那些提供耐撞性的擠壓區(qū)部件,AM50和AM60更為常見,因為它們的伸長率為10-15%,這是能量吸收的關(guān)鍵屬性。所有這些合金都很容易獲得。它們以原生鎂的形式生產(chǎn)(主要通過低成本的Pidgeon工藝)或通過回收供應。
鎂壓鑄件的前景非常好。根據(jù)Ducker在2021年8月的報告,汽車中鎂鑄件的平均使用量將從2016年的每輛汽車3.6千克增加到2030年的每輛汽車11.5公斤。這里提到的壓鑄件以及車門內(nèi)件將構(gòu)成這一增長的大部分[3]。
目前鎂鍛件在汽車中的使用受到嚴重限制。鎂鍛件的主要用途是生產(chǎn)車輪。鎂似乎是車輪生產(chǎn)的天然材料,因為更輕的車輪有很多好處。重量輕的車輪確保小的滾動阻力、大的加速和制動效率以及佳的燃油經(jīng)濟性。目前,鍛造鎂合金輪轂可用于賽車,甚至被強制用于方程式賽車。然而,鎂合金車輪并不常用于任何街道車輛,尤其是那些在雪季撒鹽時需要在街道上行駛的車輛。
鎂的彈性模量(剛度)均為45 吉帕(GPa)。相比之下,鋁為69 GPa,鋼為190-210GPa。許多部件的剛度有限,這是鎂需要克服的一個重大障礙。低剛度材料需要更大的橫截面才能達到相同的性能。這通常會導致成本增加和部件尺寸變大,從而使部件難以安裝在車輛內(nèi)的允許空間(稱為封裝空間)中。組件成功案例是剛度來自組件固有幾何形狀的設計,例如車輪或汽車中控臺下方的U 形內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
鍛造鎂合金輪轂市場拓展進展很大,改裝市場已經(jīng)初具規(guī)模,車市場也已經(jīng)實現(xiàn)選配。在汽車上應用的中大型鎂合金零部件有儀表盤支架、座椅支架、中控支架、顯示屏支架等,目前中大型鎂合金零部件在汽車領域的覆蓋率還較低,隨著越來越多有設計能力的公司介入,產(chǎn)品價格降到合理價位,在汽車領域的滲透率將大幅提升。
航空航天器的發(fā)動機和動力系統(tǒng)工作在高溫環(huán)境下,因此材料需要具有良好的高溫穩(wěn)定性和抗氧化性。航空航天工業(yè)要求材料具有的耐磨性和疲勞壽命,以確保航空器和航天器的長期可靠運行。
鎂合金常用于飛機的機身結(jié)構(gòu),如機身壁板、梁和框架等。由于鎂合金的輕質(zhì)化優(yōu)勢,它可以減輕飛機的整體重量,提高燃料效率和飛行性能。
它也被廣泛用于飛機的起落架系統(tǒng)。鎂合金具有的強度和耐腐蝕性,在起落架中可以承受高壓和沖擊載荷,同時也能應對復雜的環(huán)境條件。
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