高等金属结构材料

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随着高端金属结构材料镁合金熔炼和制造技术的不断进步，冶炼技术成熟，杂质含量较低，耐腐蚀性提高，使其在汽车工业领域中获得了较快的发展。镁合金在汽车上的应用，主要取代铸铁、铝合金、塑料和钢制冲压焊装组合件，多以压铸件为主。

随着现代汽车节能降耗要求的不断增强，安全和环保法规日趋严格，轻量化的需求也变得更为迫切。节能降耗成为汽车新产品开发的难点和重点，轻质材料的应用成为减重节能的重要手段。高端金属结构材料镁合金作为工业用材中轻的金属材料，在汽车上的应用也越来越广泛。如何把握好镁合金的特点，新产品的研究和应用，是汽车轻量化设计和节能降耗的重要课题。

钢铁、铝合金和塑料是汽车上使用多的三大类材料，按重量计算，三类材料占整车比例合计约为80%，其中钢铁约占62%，铝合金和塑料大体相当，均占8%-10%。镁合金在汽车上的应用比例为0.3%，平均重量约5kg，但近几年的增幅却较大。镁的比重为1.74g/cm3,是铝的2/3，钢的2/9，和塑料相当，是实用的减重轻金属材料。高端金属结构材料镁合金也具有比强度、比刚度高等优良性能。正因为如此，镁合金有利于汽车轻量化、有利于节能和减排。

据资料介绍：轿车质量每减轻100kg，油耗可降低5%。如果每辆汽车使用70kg镁合金，CO2年排放量能减少30%以上。汽车减重可以提高其加速性能；顶部和车门减重，可以降低汽车重心，增强稳定性；前部减重，可以使汽车重心后移，改善操纵性能。同时，镁的减振系数远高于铝和钢铁，具有优良的抗冲击性能，有利于减振降噪，选用镁合金作为汽车结构材料能有效降低汽车振动和噪声，受冲击时能吸收更多的能量。

高端金属结构材料镁合金的散热性好，抗电磁干扰性高，使汽车更为安全舒适。常用镁合金类型及其性能由于交通工具轻量化的推动，世界各国都展开了对镁合金的研究，而限制镁合金发展的一个主要原因是镁合金的高性能——抗蠕变能力和高温疲劳性能较差，因此新材料的研发主要是针对这一问题进行，概括的说主要包括两个方面，一是对现有合金的优化，主要是针对现有的商业镁合金，特别是对AZ、ZK系合金进行改性，通过添加合金元素以期改善合金的高温性能；二是新合金系的开发，主要是指新型Mg-RE系的研发。

镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。镁合金按合金组元不同主要有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。镁合金在汽车上应用状况世界上镁合金用于交通工具，虽然有80年的发展史，但因为其材料的耐腐蚀性差，生产工艺和材料成本较高等因素，使得镁合金在汽车上的应用较慢。

近年来随着镁合金熔炼和制造技术的不断进步，冶炼技术成熟，杂质含量较低，耐腐蚀性提高，使其在汽车工业领域中获得了较快的发展。镁合金在汽车上的应用，主要取代铸铁、铝合金、塑料和钢制冲压焊装组合件，多以压铸件为主。在欧洲市场上，汽车上有60多种零部件可以采用镁合金。汽车用镁合金压铸件正在以年均25%的速度增加；虽然目前全世界所有汽车的镁合金平均用量只有2.3kg，但是汽车用镁合金量正在以年均20%的速度上升。北美正在使用和研制的镁合金汽车零部件有100多种，是世界上汽车用镁合金含量大的地区，单车用镁合金5.8kg-26.3kg。日本汽车业在越来越多的零部件上采用镁合金。日本大多数生产手动变速汽车的企业也在想尽办法应用镁合金变速杆，采用镁合金坐椅架的车种在不断增加。另外，镁合金变速箱壳体、仪表板骨架、车门内框、车扶手也将在日本生产的汽车上得到广泛应用。  

据中国有色金属工业协会镁业分统计，2006年，中国生产原镁52.6万吨、镁合金21.1万吨，中国已是目前世界上大的镁和镁合金生产国和出口国。2007年1-10月份中国的镁合金产量达53万吨。而中国载货车和轿车对镁合金的需求量：2005年达4.785万吨，2010年可望达6.13万吨，2015年预计可达6.9万吨，2020年将可达7.56万吨。
世界各大汽车公司都已经把采用镁合金零部件的多少作为衡量其汽车产品技术是否领先的标志。福特汽车公司计划在今后20年内将每辆汽车的镁合金用量提高到113kg。采用镁合金制作汽车零件均能达到减重的效果，同时很多部位也能充分利用镁合金的减振性能，提高整车的NVH性能。

为保证能进行完整的比较，钢制骨架和镁合金骨架的关键都保证了和车身连接和仪表板相同的设计硬点，都达到了相同NVH（噪声、振动与舒适性）性能。从成本来看，由于镁合金材料成本较贵，加工方法成本较高而使该方案成本较高（大约高15%），但后者的重量不到前者的一半，仅为3.2kg，而且镁合金方案还具有尺寸稳定和优良NVH性能等优点。需要说明的是，由于受到国际各种金属材料的影响，钢材价格的上升，使镁合金成本方面的劣势进一步减小，镁合金的综合优势进一步明显。因此，对于盛产高端金属结构材料镁合金资源的中国来说，中高档轿车采用镁合金制作汽车零件也就更加彰显其优势了。中国的汽车工业也应积极开展镁合金在汽车上的研究，组成以汽车集团为首的镁合金材料的应用实体，不断建立和完善镁合金材料的系列产品以及产品标准体系，反过来推动高端金属结构材料镁合金工业的发展，使我国的汽车用镁超过发达工业国家。

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