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阐述汽车工业中镁合金的实际应用

2020-01-08 218 上传者：管理员

摘要：镁合金作为实际工程应用中最轻的结构金属，因其密度小、高比强度大等优势，被应用于汽车工业制造中。此外，镁合金还具有较强的减振性能，能够为用户提供更高的舒适度。基于此，文章首先描述了镁合金汽车工业的应用发展历程，其次重点探讨了镁合金制造技术与制造工艺优势以及镁合金车身在疲劳耐久性上的优势，以期为汽车工业的发展贡献力量。

关键词：
应用研究
汽车工业
耐久性
镁合金
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镁合金作为实际应用中最轻的金属元素，其具有密度小、高比强度以及高比刚度等特点，具有良好的加工以及铸造性能，因此被广泛应用于汽车制造工业。一些学者通过实验研究提出：汽车质量每减少100kg则每行驶100公里汽车的油耗将降低0.3L，汽车质量减少10%则汽车排放量将降低10&，因此，如何实现汽车轻量化降低能耗是许多汽车制造企业研究的重点课题。汽车轻量化实现的基础前提是，制造汽车所使用的材料具有足够的刚度和强度，而镁合金无疑就是最合适的汽车制造材料。据相关统计资料显示，使用镁合金制造并投入使用的汽车零部件达到70余种，常见的仪表板、座架以及变速器等都是使用镁合金制造的。因此，本文选取镁合金在汽车工业的应用为研究主体具有一定的现实意义。

一、镁合金概述

镁合金是一种常见的轻型合金，其熔点是650℃，体积密度一般在1.74g/cm3左右，镁合金与其他合金类似具有冷变形困难的特点，加热温度达到250℃以上时时镁合金极易变形具有良好的可塑性。一般来说在镁合金在应用于汽车制造工业中还会添加其它类型的元素比如：铝、锌、稀土元素以及锆、锰及微量元素镍，添加这些金属元素能够使得镁合金具有更优良的耐热耐高温以及细晶强化等性能。将镁合金应用于汽车制造中具有以下几点优势：（一）在同一质量前提下减轻汽车重量。金属镁是实际生活中常用的最轻的金属，镁的比重只有铝的2/3、锌的1/4、钢的1/5，所以说把镁合金应用于汽车制造中能够显著的降低汽车的质量，减少汽车能耗的消耗量。表1中给出了几种常见金属的密度。

表1 几种常见金属的密度

从汽车设计的角度来说汽车制造所使用的金属密度越小则越合算，但若所使用的金属强度无法保证则仅仅追求汽车质量的降低则毫无意义，因此需同时考虑金属的密度以及强度才能确保汽车低能耗的同时保证汽车整体强度符合要求。根据一些学者的研究镁合金的强度要远高于铝合金以及钢质材料，这样就使得在确保汽车零部件符合设计要求的前提下减轻汽车整车质量。此外，动力消耗量也是选用汽车制造材料时所要考虑的重点指标，表2给出了各类合金机加工时的动力消耗量。从表2中可以看出镁合金相比其它合金具有较好的机械加工性能。

表2 各类合金机加工时的动力消耗量

二、镁合金在汽车工业的应用发展历程

把镁合金应用于汽车加工制造中具有较长的历史，镁合金应用于汽车始于职业赛场场上，在之后经过学者的大量实验研究镁合金开始大规模应用于汽车制造中。1936年大众汽车生产的Beetle性汽车的出现标志着在轿车中使用镁合金成为可能，该车在发动机以及传动系统上总共使用了大约18kg的镁合金。之后学者们通过实验发现在镁合金中添加特定量的Fe、Cu、Ni等元素可以有效的解决镁合金耐腐蚀性能差的问题，该发现进一步提升了镁合金在汽车制造中的使用。从20世纪80年代后期，各大汽车制造厂商如奔驰、奥迪、宝马等都开始讲镁合金大规模应用与汽车座椅框架、仪表盘、轮毂中，各个国家开始逐渐将镁合金应用于汽车制造中以减轻汽车整车重量。曾有学者提出全世界汽车制造厂商对镁合金的需求量在以每年20%的幅度增加。

三、镁合金制造技术与制造工艺优势

镁合金具有良好的压铸成型性能，因此使用镁合金制造生产出来汽车铸件具有较高的尺寸精度，使用镁合金可以生产出更加复杂的汽车零件。镁合金的压铸手段包含真空压铸和充氧压铸，真空压铸是借助消除压铸工程中金属内部所产生的空气来达到提升铸件的力学性能的方法，充氧压铸是借助活性气体消除金属充型时所产生的气体或气孔。在镁合金使用之前汽车制造多使用钢制的前车身，当使用镁合金后替代部分的零部件数量从89个大幅度降低为50个，这是因为车体所使用的多个零部件都可以通过一个压铸件来代替，从而及大地降低了车体内零部件的数量，减少了车辆制造所需的工序。镁合金应用于汽车制造业初期，因为镁合金在压铸过程中会产生大量的废料，且产生的废料需使用溶剂才能处理，这无形中增加了整车制造的成本，但现今因为无溶剂物理精炼方法的使用使得废料处理问题得到解决，使得镁合金用于汽车制造中的性价比得到提升。

四、镁合金车身在疲劳耐久性上的优势

通常进行车身疲劳耐久性实验时都采用得是车辆的扭矩工况，借助台架来开展车辆的虚拟耐久性实验，并进行车辆的扭转疲劳度实验。大量的学者进行了镁合金车身疲劳耐久性，经过实验对比发现，当使用镁合金后车辆出现疲劳损伤值最严重的区域不变，但疲劳损伤值会比使用钢材结构的车辆大0.008左右，所以说使用镁合金并不会对车辆其余部位的疲劳耐久性产生不良的影响。同样对车辆镁合金替代区域的疲劳损伤值对比后发现，车辆使用镁合金后替代区域的疲劳值大幅度降低。这就表明在汽车制造中使用镁合金在降低整车质量的同时还能够提升车辆的疲劳耐久性能，因此，镁合金在汽车轻量化方面具有较好的应用前景。

五、结语

文章在对镁合金的基础特性和其在汽车制造中的应用历程进行阐述的基础上重点探讨了镁合金在汽车制造中制造技术与制造工艺优势以及其在车身疲劳耐久性上的优势。通过研究发现镁合金的应用能够达到车辆轻量化的目标，降低汽车的生产成本。

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