高等金屬結(jié)構(gòu)材料

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隨著高端金屬結(jié)構(gòu)材料鎂合金熔煉和制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，冶煉技術(shù)成熟，雜質(zhì)含量較低，耐腐蝕性提高，使其在汽車工業(yè)領(lǐng)域中獲得了較快的發(fā)展。鎂合金在汽車上的應(yīng)用，主要取代鑄鐵、鋁合金、塑料和鋼制沖壓焊裝組合件，多以壓鑄件為主。

隨著現(xiàn)代汽車節(jié)能降耗要求的不斷增強(qiáng)，安全和環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格，輕量化的需求也變得更為迫切。節(jié)能降耗成為汽車新產(chǎn)品開發(fā)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，輕質(zhì)材料的應(yīng)用成為減重節(jié)能的重要手段。高端金屬結(jié)構(gòu)材料鎂合金作為工業(yè)用材中輕的金屬材料，在汽車上的應(yīng)用也越來越廣泛。如何把握好鎂合金的特點(diǎn)，新產(chǎn)品的研究和應(yīng)用，是汽車輕量化設(shè)計和節(jié)能降耗的重要課題。

鋼鐵、鋁合金和塑料是汽車上使用多的三大類材料，按重量計算，三類材料占整車比例合計約為80%，其中鋼鐵約占62%，鋁合金和塑料大體相當(dāng)，均占8%-10%。鎂合金在汽車上的應(yīng)用比例為0.3%，平均重量約5kg，但近幾年的增幅卻較大。鎂的比重為1.74g/cm3,是鋁的2/3，鋼的2/9，和塑料相當(dāng)，是實(shí)用的減重輕金屬材料。高端金屬結(jié)構(gòu)材料鎂合金也具有比強(qiáng)度、比剛度高等優(yōu)良性能。正因?yàn)槿绱�，鎂合金有利于汽車輕量化、有利于節(jié)能和減排。

據(jù)資料介紹：轎車質(zhì)量每減輕100kg，油耗可降低5%。如果每輛汽車使用70kg鎂合金，CO2年排放量能減少30%以上。汽車減重可以提高其加速性能；頂部和車門減重，可以降低汽車重心，增強(qiáng)穩(wěn)定性；前部減重，可以使汽車重心后移，改善操縱性能。同時，鎂的減振系數(shù)遠(yuǎn)高于鋁和鋼鐵，具有優(yōu)良的抗沖擊性能，有利于減振降噪，選用鎂合金作為汽車結(jié)構(gòu)材料能有效降低汽車振動和噪聲，受沖擊時能吸收更多的能量。

高端金屬結(jié)構(gòu)材料鎂合金的散熱性好，抗電磁干擾性高，使汽車更為安全舒適。常用鎂合金類型及其性能由于交通工具輕量化的推動，世界各國都展開了對鎂合金的研究，而限制鎂合金發(fā)展的一個主要原因是鎂合金的高性能——抗蠕變能力和高溫疲勞性能較差，因此新材料的研發(fā)主要是針對這一問題進(jìn)行，概括的說主要包括兩個方面，一是對現(xiàn)有合金的優(yōu)化，主要是針對現(xiàn)有的商業(yè)鎂合金，特別是對AZ、ZK系合金進(jìn)行改性，通過添加合金元素以期改善合金的高溫性能；二是新合金系的開發(fā)，主要是指新型Mg-RE系的研發(fā)。

鎂合金可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金。鎂合金按合金組元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系（Az系列）、Mg-Al-Mn系（AM）和Mg-Al-Si-Mn系（AS）、Mg-Al-RE系（AE）、Mg-Zn-Zrn(ZK)、Mg-Zn-RE系（ZE）等合金。鎂合金在汽車上應(yīng)用狀況世界上鎂合金用于交通工具，雖然有80年的發(fā)展史，但因?yàn)槠洳牧系哪透�蝕性差，生產(chǎn)工藝和材料成本較高等因素，使得鎂合金在汽車上的應(yīng)用較慢。

近年來隨著鎂合金熔煉和制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，冶煉技術(shù)成熟，雜質(zhì)含量較低，耐腐蝕性提高，使其在汽車工業(yè)領(lǐng)域中獲得了較快的發(fā)展。鎂合金在汽車上的應(yīng)用，主要取代鑄鐵、鋁合金、塑料和鋼制沖壓焊裝組合件，多以壓鑄件為主。在歐洲市場上，汽車上有60多種零部件可以采用鎂合金。汽車用鎂合金壓鑄件正在以年均25%的速度增加；雖然目前全世界所有汽車的鎂合金平均用量只有2.3kg，但是汽車用鎂合金量正在以年均20%的速度上升。北美正在使用和研制的鎂合金汽車零部件有100多種，是世界上汽車用鎂合金含量大的地區(qū)，單車用鎂合金5.8kg-26.3kg。日本汽車業(yè)在越來越多的零部件上采用鎂合金。日本大多數(shù)生產(chǎn)手動變速汽車的企業(yè)也在想盡辦法應(yīng)用鎂合金變速桿，采用鎂合金坐椅架的車種在不斷增加。另外，鎂合金變速箱殼體、儀表板骨架、車門內(nèi)框、車扶手也將在日本生產(chǎn)的汽車上得到廣泛應(yīng)用。  

據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會鎂業(yè)分統(tǒng)計，2006年，中國生產(chǎn)原鎂52.6萬噸、鎂合金21.1萬噸，中國已是目前世界上大的鎂和鎂合金生產(chǎn)國和出口國。2007年1-10月份中國的鎂合金產(chǎn)量達(dá)53萬噸。而中國載貨車和轎車對鎂合金的需求量：2005年達(dá)4.785萬噸，2010年可望達(dá)6.13萬噸，2015年預(yù)計可達(dá)6.9萬噸，2020年將可達(dá)7.56萬噸。
世界各大汽車公司都已經(jīng)把采用鎂合金零部件的多少作為衡量其汽車產(chǎn)品技術(shù)是否領(lǐng)先的標(biāo)志。福特汽車公司計劃在今后20年內(nèi)將每輛汽車的鎂合金用量提高到113kg。采用鎂合金制作汽車零件均能達(dá)到減重的效果，同時很多部位也能充分利用鎂合金的減振性能，提高整車的NVH性能。

為保證能進(jìn)行完整的比較，鋼制骨架和鎂合金骨架的關(guān)鍵都保證了和車身連接和儀表板相同的設(shè)計硬點(diǎn)，都達(dá)到了相同NVH（噪聲、振動與舒適性）性能。從成本來看，由于鎂合金材料成本較貴，加工方法成本較高而使該方案成本較高（大約高15%），但后者的重量不到前者的一半，僅為3.2kg，而且鎂合金方案還具有尺寸穩(wěn)定和優(yōu)良NVH性能等優(yōu)點(diǎn)。需要說明的是，由于受到國際各種金屬材料的影響，鋼材價格的上升，使鎂合金成本方面的劣勢進(jìn)一步減小，鎂合金的綜合優(yōu)勢進(jìn)一步明顯。因此，對于盛產(chǎn)高端金屬結(jié)構(gòu)材料鎂合金資源的中國來說，中高檔轎車采用鎂合金制作汽車零件也就更加彰顯其優(yōu)勢了。中國的汽車工業(yè)也應(yīng)積極開展鎂合金在汽車上的研究，組成以汽車集團(tuán)為首的鎂合金材料的應(yīng)用實(shí)體，不斷建立和完善鎂合金材料的系列產(chǎn)品以及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系，反過來推動高端金屬結(jié)構(gòu)材料鎂合金工業(yè)的發(fā)展，使我國的汽車用鎂超過發(fā)達(dá)工業(yè)國家。

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