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镁合金应用

镁合金

镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一,镁的比重是1.74g/cm3,只有铝的2/3,钛的2/5,钢的1/4；镁合金比铝合金轻36%,比锌合金轻73%,比钢轻77%。

　　镁具有比强度,比刚度高,导热导电性能好,并具有很好的电磁屏蔽,阻尼性,减振性,切削加工性以及加工成本低,加工能量仅为铝合金的70%和易于回收等优点。

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　　镁合金的比强度高于铝合金和钢,略低于比强度最高的纤维增强塑料；比刚度与铝合金和钢相当,远高于纤维增强塑料；耐磨性能比低碳钢好得多,已超过压铸铝合金A380；减振性能,磁屏蔽性能远优于铝合金。

镁物理性能

　　除了比重低,镁还有很多其它的良好的物理特性,使之在汽车结构材料应用中,有时比铝和塑料更有应用价值。镁物理性能的主要优点是：比铝高30倍的减振性能；比塑料高200倍的导热性能；其热膨胀性能只有塑料的1/2。

镁物理性能的优点

物理性能	单位	AZ91	AM60	A380 DC	A356 T6	尼龙	ABS	钢
Sp比重	g/cm3	1.81	1.79	2.74	2.69	1.4	1.05	7.8
传热系数	W/m0k	51	61	96	159	0.33	0.28	14
膨胀系数	μm/m0k	26	25.6	22	21.5	34.5	76.5	12
减振性能	%@35MPA	29	52		1.2
比热	J/L0k	1900		2640	2590			1200
熔化潜热	kJ/L	673		1066
凝固范围	0C	470-595	540-615	540-595	555-615
腐蚀失重 3天5% NACL	Mg/cm/d	0.02	0.05	0.1				0.5

物理性能	单位	AZ91	AM60	A380 DC	A356 T6	尼龙	ABS	钢
Sp比重	g/cm3	1.81	1.79	2.74	2.69	1.4	1.05	7.8
传热系数	W/m0k	51	61	96	159	0.33	0.28	14
膨胀系数	μm/m0k	26	25.6	22	21.5	34.5	76.5	12
减振性能	%@35MPA	29	52		1.2
比热	J/L0k	1900		2640	2590			1200
熔化潜热	kJ/L	673		1066
凝固范围	0C	470-595	540-615	540-595	555-615
腐蚀失重 3天5% NACL	Mg/cm/d	0.02	0.05	0.1				0.5

镁机械性能的优点

　　和压铸铝合金相比,镁除了上述物理性能等优点,还具有较高的机械性能。镁的强度和刚度要明显好于塑料,延伸率和冲击抗力则明显好于压铸铝合金。见下表2。

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镁机械性能的缺点

　　镁的强度和硬度比钢低很多。它的拉断强度和疲劳强度也比铝低,见下表3。但是,它的性能重量比(性能/比重)要明显好于所比较的其它材料。从绝对值讲,钢的性能是所有汽车材料中最好的。但镁的屈服强度比是钢的二倍,模量比几乎相同。更有利的是,镁部件在设计和铸造时,可通过变化截面,布置加强筋和改善表面特性,来减轻材料性能低的不利因素,

镁机械性能的优点

机械性能	单位	条件	AZ 91D	AM 60	AI A380压铸合金	AI A356 T6	尼龙	ABS	钢
拉断强度	MPa	Ambient	230	220	320	262	195	45	~330
屈服强?拉伸)	MPa	Ambient	150		160	185	170	40	~200
屈服强度(收缩)	MPa		165			186
剪切强度	MPa		140		214	205
RB疲劳强度	MPa	5x108 cyc	82	60	145	90
0.1%蠕变强度	MPa	1250C	34	34	135
无缺口冲击强度	Joules		6	22	3.5	11
有缺口冲击强度	Joules		1.5	3.2
延伸率	$		3	8-15	4	5	8	17	30-50
弹性模量	GPa	Ambient	45	45	72	73	8.9	2.1	207
剪切模量	GPa	Ambient	14		27	28			83
布氏硬度			65	60	80	80			140
泊松比			0.35	0.35	0.33				0.30

镁加工性能的优点

　　镁有很好的加工性能,也就是说有很好的铸造性能。和其它材料比,它的制造成本很低,见表4,值得重视的是,尽管每公斤镁锭的价格要比铝和铁贵一些,但它单位体积的成品价格几乎是一样的。
　　镁的物理化学特性使其比铝更适合压铸大型部件。镁单位体积的熔化潜热只有铝的2/3,比热只有铝的3/4,并且有浅５偷娜芴浴Ｕ庑┨匦允姑狙怪锏胶吐良负跸嗤纳杀?每公斤。如果再应用生产效率很高的 HOT RUNNER 技术（例如 THIXOMAT的最新成果）,镁压铸部件的生产成本比铝还要低很多。

镁加工性艿挠诺?/strong>

序号	优点
1	溶化成本只有铝的2／3
2	压铸生产效率比铝高25％,金属模铸造比铝高300—500K,消失模铸造比铝高200％
3	镁铸件的表面质量和外观明显比铝好(因为模具的热载荷减小,可降低检查频率)
4	模具寿命是铝的2倍(或更多,根据模腔形状)
5	镁脱棋斜角可很小(可取消随后的机加工),而且表面成形好(因为镁的粘度低)

镁加工性能的缺点

　　当然和其它材料比,镁加工也具有一些增加成本的特性,论述如下,

镁加工性能的缺点

序号	优点
1	和铝金属模铸造相比,镁压铸生产有较高的残余废料率(和铝压铸废料产出率相比)
2	镁压铸或THIXOMOLD的生产设备投资很高。和铝重力／低压／硝模等工艺比,镁压铸机很贵(因为需要较高的锁模力和充型射料速度),当然它的生产率也是前者的4倍
3	镁压铸需要较高的试模成本和较长的试制时间,而钢制部件(制造采用简单的焊接技术按图加工)或塑料部件(可采用低成本原型工装)则简单得多
4	和铝低压或金属模铸造比,镁压铸需要较高的模具成本。因为压铸模大并复杂,还要承受高锁模力(当然高生产率也可降低单件产品的成本)
5	镁压铸和铝压铸相比,其烧损率要高50K,也就是4％比2％(因为镁的较高的表面活性)
6	镁压铸屑片的回收成本．比铝高,干燥的镁屑片不容易回收,潮湿的就更不容易了,必须非常小心,防止着火

镁合金与几种材料的性能比较

性能参数	比重g/cm3	抗拉强度Mpa	比强度	屈服强度Mpa	延伸率%	弹性模量Gpa	比刚度	导热系数w/mk	减震系数
AZ91D	1.81	250	138	160	7	45	25.86	54	50
A380	2.70	315	116	160	3	71	25.9	100	5
碳钢	7.86	517	80	400	22	200	24.3	42	15
ABS	1.03	96	93		60			0.9

镁的应用领域

　　无论是在国内还是在国外,镁的应用主要集中在铝合金生产,压铸生产,炼钢脱硫三大领域,还用在稀土合金,金属还原及其他领域。
　　由于镁的密度小,比强度高,并能与铝,铜,锌等金属构成高强度合金,因此,镁是重要的合金元素。世界上镁的最大消费领域是作铝合金添加元素。2002年世界主要地区原镁消费中,共用了14.56万吨镁生产铝合金,占原镁消费总量的40%；我国2003年共用2.1万吨镁作为铝合金添加元素,占消费总量的41%。一般来说,镁与原铝的消费比率约为0.4%。
　　2002年世界主要地区原镁消费中,压铸占35%。在镁压铸生产行业中,北美,拉美,西欧用量最多,因为汽车制造业促进了市场对镁需求量的增长。有关统计数字表明,在过去10年里,镁合金压铸件在汽车上的使用量上升了15%左右,而且这种发展趋势还会继续。
　　欧美,俄罗斯等地区和国家的不少钢厂都采用镁脱硫。2002年世界主要地区原镁消费中,5.73万吨用于炼钢脱硫,占总量的15.70%。我国2003年钢铁脱硫用镁8000吨,占总消费量的15.62%。使用镁粒的脱硫效果比碳化钙好,虽然镁的价格比碳化钙高,但其用量仅为碳化钙的1/6—1/7,镁脱硫总费用较碳化钙经济。一般来说,吨钢消耗镁粒0.4—0.5公斤,脱硫后含硫量0.001—0.005%。
　　使用镁牺牲阳极进行阴极保护,是一种有效的防止金属腐蚀的方?镁牺牲阳极具有以下特点：防腐性能好,不需外加直流电源,安装后自动运行,不需维护,占地面积少,工程费用低,与外界环境不发生任何干扰。镁牺牲阳极广泛用于石油管道,天燃气,煤气管道和储罐；港口,船舶,海底管线,钻井平台；机场,停车场,桥梁,发电厂,市政建设,水处理厂,石化工厂,冶炼厂,加油站的腐蚀防护以及热水器,换热器,蒸发器,锅炉等设备。

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　　在人体细胞内,镁是第二重要的阳离子,它能激活体内多种酶抑制神经异常兴奋性,维持核酸结构的稳定性,参与体内蛋白质的合成,肌肉收缩及体温调节。近代研究证实,动脉硬化,心脑血管病,高血压,糖尿病,白内障,妇女痛经,骨质疏松,抑郁症均?肴泵居泄亍Ｃ驹谝揭┝煊虻挠τ迷嚼丛绞苤厥印?/div>

镁合金的应用领域

　　镁合金作为目前密度最小的金属结构材料之一,广泛应用于航空航天工业,军工领域,交通领域òㄆ倒ひ?飞机工??摩托车工业,自行车工业等）,3C领域等。

　　镁合金的特点可满足于航空航天等高科技领域对轻质材料吸噪,减震,防辐射的要求,可大大改善飞行器的气体动力学性芎兔飨约跚峤峁怪亓俊４?0世纪40年代?镁合金首先在航空航天部门得到了优先应用。

　　在国外,B-36重型轰炸机每架用4086kg镁合金簿板；喷气式歼击机“洛克希德F-80”的机翼用镁板,使结构零件的数量从47758个减少到16050个；“德热来奈”飞船的起动火箭“大力神”曾使用了600kg的变形镁合金；“季斯卡维列尔”卫星中使用了675kg的变形镁合金；直径约1米的“维热尔”火箭壳体是用镁合金挤压管材制造的。

　　我国的歼击机,轰炸机,直升机,运输机,民用机,机载雷达,地空导弹,运载火箭,人造卫星,飞船上均选用了镁合金构件：一个型号的飞机最多选用了300-400项镁合金构件；一个零件的重量最重近300kg；一个构件的最大尺寸达2m多。

　　在军工方面需要镁合金板材以提高结构件强度,减轻装备重量,提高武器命中率。目前国内需要的板带材不得不从国外进口。

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镁合金在汽车工业的应用

　　近二十年来,世界汽车产量持续增长,年均增长率为2.5%。汽车工业发展程度是一个国家发达程度的重要标志之一,而金属材料是汽车工业发展的重要基础。出于节能与环保的要求,汽车设计专家们想方设法减轻汽车体重,以达到减少汽油消耗和废气排放量的双重效果。镁合金作为最轻的结构材料,能满足日益严格的节能的尾气排放的要求；可生产出重量轻,耗油少,环保型的新型汽车。镁合金汽车零件的好处可简单归纳为：　　·密度小,可减轻整车重量,间接减少燃油消耗量；　　·镁的比强度高于铝合金和钢,比刚度接近铝合金和钢,能够承受一定的负荷；　　·镁具有良好的铸造性和尺寸稳定性,容易加工,废品率低；　　·镁具有良好的阻尼系数,减振量大于铝合金和铸铁,用于壳体可降低噪声,用于座椅,轮圈可以减少振动,提高汽车的安全性和舒适性。

　　镁合金在汽车上用作零部件的历史约有70年。早在1930年就用于一辆赛车上的活塞和欧宝汽车上的油泵箱,之后用量和应用部位逐渐增加。六十年代在有的车种上用量达到23千克,主要用作阀门壳,空气清洁箱,制动器,离合器,踏板架等。八十年代初,由于采用新工艺,严格限制了铁,铜,镍等杂质元素的含量,镁合金的耐蚀性得到了解决,同时,成本下降又大大促进了镁合金在汽车上的应用。从九十年代开始,欧美,日本,韩国的汽车商都逐渐开始把镁合金用于许多汽车零件上。

　　镁合金压铸件在汽车上的应用已经显示出长期的增长态势。在过去十年里,其年增长速度超过15%。在欧洲,已经有300种不同的镁制部件用于组装汽车,每辆欧洲生产的汽车上平均使用2.5kg镁。乐观的估计认为,出于减重的需求,每辆汽车对镁的需求将提高至70—120kg。

　　目前,汽车仪表,座位架,方向操纵系统部件,引擎盖,变速箱,进气歧管,轮毂,发动机和安全部件上都有镁合金压铸产品的应用。

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