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镁合金在交通运输中的应用

镁合金因其低密度而一直吸引着设计师,在航空航天工业中仅为铝合金的三分之二,因此如果用于轻量化机身结构,它可以成为一项创新技术。这是广泛使用镁合金铸件和锻造产品的主要因素

发表于2021-08-04 17:09:03,通过 cyanbat发布 | 点击数:0


由于环境污染和减少燃料消耗的需要,新型轻质材料目前被插入到运输车辆工业的世界战略中。因此,该行业承担了开发此类合金的部分风险,但实际上,其中一些已经在学术水平上进行了。这些合金的必要性和特性的某些方面是:低成本、绝缘(隔音和隔热)、冲击安全、变形强度、可回收性和保证(以老化为例)。所有这些方面都与新车型的增加有关,并反映在越来越复杂的生产计划中(Raynor,1959;Roberts,1960;Eliezer 等,1998)。

然而,要使用这种轻质材料,必须提高若干机械性能并改进技术性能。近年来的另一个要求是对优异的耐腐蚀性能,并且新的镁合金已得到显着改善。机械性能和耐腐蚀性的改进导致人们对用于航空航天和特殊应用的镁合金产生更大的兴趣。

镁合金还用于许多其他工程应用,其中重量轻是一个显着优势。镁 - 锆 - 铝合金往往用于相对较小的应用,在这些应用中,它们通过砂或熔模铸造进行加工,或者通过挤压或锻造进行锻造。

实际上,众所周知,由于您的产品在市场上的补充应用,镁的初级生产有所增长。2010 年全球原镁总产量约为 809,000 吨。主要生产国为中国65.4万吨、美国4.5万吨、俄罗斯4万吨、以色列3万吨、哈萨克斯坦2万吨、巴西1.6万吨(中国镁协;美国地质调查局)。

汽车自发明以来已有一百多年的历史,轻合金自 1915 年开始使用。在 30 年代,铝几乎完全取代了铸铁作为活塞的主要部件。在同一十年,在德国,镁合金被用于生产凸轮轴和齿轮箱,这导致当时汽车总重量至少减少了 7%。

传统上,镁合金的发展受到航空航天工业对轻质材料在日益苛刻的条件下运行的要求的推动。在过去十年中,一些重型镁部件已组装在乘用车中,例如齿轮箱外壳和曲轴箱(Aghion,2003 年)。

在镁加工、合金开发、连接、表面处理、耐腐蚀性和机械性能改进方面仍需要大量研究。通过六价铬浴为镁压铸生产的表面涂层已被用于提供独立保护和作为涂漆的预处理。已为镁合金开发了铁氟龙树脂涂层;最初的涂层是通过铝气相沉积和特氟龙树脂涂层完成处理获得的。Teflon 树脂涂层是一种低成本、无铬的镁合金耐腐蚀涂层。该涂层不仅具有耐腐蚀性能,而且具有良好的润滑性、高摩擦阻力和非润湿性(Kulekci,2008)。

这些新项目涉及对现有镁锻造产品(板材和挤压件)的改进和开发,为轻量化机身应用提供显着改善的静态和疲劳强度性能(材料模型的开发和用于预测成形的失效标准)过程、部件的塑性变形和失效行为;材料适应设计和结构行为评估,以关闭航空部件的过程和开发链)。

这些创新材料的比强度性能要求对于结构应用(二级结构)高于 AA2024,对于非结构应用要求高于 AA5083。在项目开始时,将开发新合金并测试实验合金。适当的制造(轧制、挤压)、成型和连接技术需要对创新材料和应用进行开发、模拟和验证(Hombergsmeier,2011 年))。技术目标是将机身结构、系统和内部组件的重量减轻多达 30%。战略目标是将运营能力提高 10%,将直接运营成本降低 10%,最终将燃料消耗降低 10%,从而减少排放和噪音对环境的影响(Hombergsmeier, 2009 年)。

关于腐蚀也是一个需要根据航空航天要求和先进设计理念采用新的表面保护系统来解决的问题。镁中添加化学元素和特殊表面处理,避免易燃(自燃温度);具有共晶相、低熔点的镁合金首先通过与铝合金的比较研究而点燃(Hombergsmeier,2011 年)。

为了这些目的,现在有一些生产这种轻合金的新技术,特别是:粉末冶金 (PM),它本质上是一种将小颗粒(尺寸从纳米到几十微米)转化为形成均匀细粒结构材料的固结过程;依赖于生产过程的喷雾成型技术,该技术允许通过沉积半熔融状态的喷涂颗粒来生产零件和组件,这些颗粒将在注塑模具中与基材和金属泡沫结合在一起。此外,纳米结构材料一直是材料开发中的佼佼者,主要是由于它们在晶粒或超细颗粒的微观结构与机械性能之间的特殊关系,

固态粉末冶金的发展使得将溶质值增加到常规冶金极限之上成为可能,为镁和铝合金开创了一个新时代。增加“三分之一”合金元素的数量赋予这些合金新的特性,例如室温下的高变形率、微观结构的细化(超细晶粒或纳米结构材料)、冷加工和热加工加工的新条件、焊接、耐磨性、增加以硬度为例。

此外,镁和铝合金的可回收性是汽车行业选择使用的一个不断增长的因素,因为现在可以回收高达 99% 的镁和铝制成的零件和零件,这降低了运输成本,这也很好为了环境。

新闻生产技术寻求最大限度地减少其过程中使用的能源数量,可回收性表明,与产生“生态补偿”的初级镁和铝相比,能源可节约 95%。

材料和轻合金新技术研究的另一个影响是模型寿命的缩短。新材料和合金通常比商业材料更昂贵,因此直接需要投资以降低此类合金的生产和开发成本,以便在汽车生产过程中大规模使用。

尽管轻合金和新技术轻合金的引入是不可改变的趋势,但由于前面提到的高成本,今天有效的利用仍然更适用于竞赛或运动型汽车和摩托车。然而,如果与汽车的存在相比,轻合金的使用从最早到最新的商业模型呈指数增长。与第一辆汽车中使用的几公斤相比,1970 年代对此类技术发展的影响是显着的。所有这些因素都有助于对此类材料进行新的研究和开发,用于汽车工业(运输)的结构和机械应用。

近年来,全球镁材料开发的努力已经多样化,目标是新的汽车、航空航天以及生物医学应用。1990 年代,在不使用第二次手术移除修复植入物的情况下,组织进行了艰苦的再生努力。该领域的研究重点是开发具有低生物降解率的新型镁合金。镁的新兴应用领域是全球镁材料开发工作的投入。跨学科和国际合作将是开发镁作为具有广泛应用的环保结构材料的全部潜力的关键(Beals 等,2007)。

一个有益于镁利用的非常有趣的计划是 MagForming,这是一个国际项目(12 个不同的合作伙伴),旨在使用航空航天原型推进一系列镁合金挤压、板和板形式的成型方法的最先进技术。这包括锻造、超塑性成型、辊弯成型、垫块成型、深冲和蠕变成型。该项目旨在通过生产航空航天原型部件为所有这些方法开发最佳实践。数据导致生产用于测试的有用部件,可能导致在部件取自的系统和结构区域中使用镁(戴维斯等人,2009 年)。

如前所述,直到 1950 年代,镁合金已广泛用于飞机。由于一些主要缺点,例如高腐蚀敏感性以及在极端条件下的易燃性,金属和塑料等其他材料越来越多地取代镁。根据近期研究项目的结果,空中客车公司正在重新评估在飞机中引入镁合金的情况,这些项目表明不同合金和产品形式的一些有前景的应用。此外,空中客车公司正在开发和研究实验室规模的火灾测试程序的方法,以确保符合 FAA 对飞机防火安全的规定(Knüwer 等人,2009 年)

 


作者:@青蝠科技   信息来源:百度百科