鎂合金在汽車上的應用概況和工藝分析
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根據研究表明，約75%的油耗與汽車整車質量有關， 減輕汽車整車質量可以有效降低油耗及排放。減輕整車質量，還可以明顯減小動力傳動負荷，可在較低的牽引負荷下達到更好的操控性能。
在保證汽年零部件強度和剛度要求下儘可能選用質量較輕的材料，是汽車輕量化的重要途徑之一。鎂合金是當前常用金屬結構材料中最輕的，而且儲量豐富，因而成為汽車減重以提高其燃油經濟性和可操控性的首選材料。
鎂合金用於汽車工業的優勢：質量輕，其密度只有鋁合金的2/3；比強度高於鋁合金和鑄鐵，略低於比強度最 高的纖維增強塑料，有一定的承載能力；比剛度與其他幾種材料基本相同，可以取代鋁合金和鋼部件；具有良好的鑄造性能和尺寸穩定性，易於加工，廢品率低；具有良好的阻尼係數，減振量大於鋁合金和鑄鐵，用於製造殼體可以降低雜訊，用於製造座椅、輪圈可以減小振動，從而提高汽車的安全性和舒適性；抗電磁干擾及屏蔽性好，減少雜訊，對環境污染小，可重複利用。
國內外鎂合金汽車零部件的應用概況
德國大眾汽車公司是最早在汽車上大規模應用鎂合金的汽車公司，早在20世紀30年代，大眾汽車就開始使用鎂合金，特別是90年代以來，德國在鎂合金領域一直處於世界領先地位;賓士汽車公司最早將鎂合金壓力鑄造件應用於汽車座支架，奧迪汽車公司第一個推出鎂合金壓力鑄造儀錶板。近年來，帕薩特、奧迪A4和奧迪A6等汽車的齒輪箱殼體使用AZ91D鎂合金，與鋁合金部件相比減重25%。
美國在1948~1962年間，採用壓力鑄造生產了數百萬件鎂合金鑄件供汽車使用。美國的福特、通用和克萊斯勒等汽車公司在過去的十幾年裡一直致力於鎂合金汽車鑄件如轉向柱架、離合 器殼體、進氣管、離合器片、汽缸蓋、座架、濾油器殼體等的開發和應用，替代效果明顯，大大促進了鎂合金的發展。
日本開發出鎂合金低壓力鑄造造裝置，由此， 經過研究相繼開發了一系列鎂合金壓力鑄造產 品，如豐田汽車公司首先製造出鎂合金汽車輪轂、轉向軸系統、凸輪罩等零部件，目前，日本的各家汽車公司都生產和應用了大量鎂合金殼體類壓力鑄造件。
在我國採用鑄造鎂合金已有30多年的歷史， 但最初主要用於航空航天工業的殼體、機輪和機座等，在汽車行業起步較晚，目前僅近百家企業從事鎂合金壓力鑄造件的生產和研究。上汽、一 汽、東風汽車公司及長安汽車在研究和開發鎂合 金在汽車領域應用方面發揮了重要作用。 20世紀90年代初，上汽在國內最早將鎂合金 應用在汽車上，首次在桑塔納轎車上採用鎂合金變 速器殼蓋、殼體和離合器外殼。目前，其鎂合金 汽車變速器外殼生產和應用技術已經十分成熟，鎂合金電機殼體鑄件正在電動汽車上進行裝車試驗。 一汽開發了高性能鎂合金，可用於製造高溫負載條件下的汽車動力系統部件，還成功開發出腳踏板、氣缸罩蓋、增壓器殼體、轉向盤、傳動箱罩蓋等鎂合金壓力鑄造件，並已應用於生產。東風汽車公司結合我國汽車零部件壓力鑄造生產企業設備現狀，開發了鎂合金冷室壓力鑄造工藝生產汽車零部件的全套技術。 長安汽車在國家科技支撐計劃的支持下，完成了以鎂合金變速器殼體、油底殼和氣缸蓋罩為代表的大型複雜鎂合金壓力鑄造件的設計、分析、模具開發製造和樣件生產，成功開發出國內第一個鎂合金座椅並裝車通過法規試驗驗證，並聯合重慶大學開發了擠壓力鑄造造鎂合金汽車輪轂。
典型零件
目前，鎂合金在汽車上應用的零部件有100多 種，可分為兩類：
殼體類
如離合器殼體、閥蓋、閥板、變速器 殼體、儀錶板、曲軸箱、發動機前蓋、氣缸箱、儀錶板、過濾器殼體等，這類件不僅可以減輕整車質量，而且由於鎂合金的阻尼衰減能力強，可以降低汽車運行時的雜訊;
支架類
如轉向支架、轉向盤、燈托架、制動器、離合器踏板托架、制動支架、座椅框架、車鏡支架、分配支架和輪轂等，這類件有很好的抗衝擊韌性，大大提高了汽車行駛過程中的平穩性和安全性。
隨著鎂合金汽車零部件的開發，鎂合金在汽車上的應用有如下特點，由體積小的零件過渡到體積大的零件;由結構簡單件過渡到複雜件;由簡單受力件過渡到適應特殊性能要求的件;由分件 組合向過渡到集成化設計。
鑄造工藝方式
壓力鑄造
從國內、外的研究應用情況看，鎂合金的鑄造成型方法較多，當前汽車零部件大多採用壓力鑄造工藝進行生產。採用壓力鑄造工藝生產的鑄件具有輪廓清晰、表面質量高、尺寸精確穩定、加工餘量小，組織細密、強度和硬度較高等特點。另外，利用壓力鑄造工藝可以生產形狀複雜的薄壁鑄件，生產效率高。
在鎂合金壓力鑄造中，鎂合金的比熱容小、填充鑄模型腔速度快，彌散狀態的金屬流與模型腔內的空氣高度混合，氣體來不及排出，最終在壓力鑄造件內形成氣孔、澆不足、冷隔等缺陷。鎂合金壓力鑄造件一般不能進行熱處理強化，為了消除這些缺陷，提高壓力鑄造件的質量，近年來美國、日本等相繼開發出了真空壓力鑄造、充氧壓力鑄造、擠壓力鑄造造、半固態觸變注射成形和鑄鍛雙控成形等新工藝。
真空壓力鑄造
鎂合金真空壓力鑄造是利用真空技術把模型腔中的空氣抽空，同時輔助降低模型腔中的氣壓，使得充填成型和合金熔液中的氣體排出，使合金熔液在壓力作用下充填模型腔，並在壓力下凝固而獲得緻密件。真空壓力鑄造件不僅可消除表面氣孔、疏鬆，提高表面質量，還能改善鑄件緻密度、解決塗料脫皮、電鍍起泡及盲孔缺料等工藝難題。近年來，隨著鎂合金真空壓力鑄造工藝日益精良，鑄件壁厚最低可達1.5mm，真空度≦80kPa，充填時間 大大減小，鑄件強度和韌性都得到相應提高。
充氧壓力鑄造
鎂合金的充氧壓力鑄造是充分利用熔化狀態的鎂合金易與氧氣或其他活性氣體發生反應的特點，在金屬液充填壓力鑄造模型腔前充入活性氣體置換模穴內的空氣，當鎂熔液壓入模型腔時，活性氣體與其反應生成金屬氧化物顆粒彌散分布在鑄件中，從而消除鑄件內的氣體。充氧壓力鑄造能夠減少甚至消除壓力鑄造件的氣孔，細化鑄件組織，從而提高鑄件緻密度和力學性能，並使其可進行熱處理強化。日本輕金屬株式會社用充氧壓力鑄造法成批生產了AM60鎂合金汽車輪轂，比鋁輪轂質量減輕15%。
擠壓力鑄造
利用高壓使鎂熔液低速擠入模型腔內，凝固和微小的塑性變形之後得到鑄件的方法就是擠壓力鑄造。利用該工藝所得到的鑄件具有很高的緻密度、優良的力學性能及較高的尺寸精度等，對鑄件的疏鬆、氣孔等缺陷有很好的改善作用。此外，得到的鑄件還可以直接進行熱處理工藝，以獲取更細小的組織晶粒。重慶大學蔣德平、龍思遠對鎂合金輪轂做了一系列研究，採用擠壓力鑄造的鎂合金輪轂具有良好的力學性能，工藝流程更短，生產效率也更高。由於擠壓力鑄造的壓力可以改變鎂合金的固溶度和熔點，科研人員開發了一些適合於擠壓力鑄造的鎂合金體系，如英國的HTMI鎂合金， 在180 ℃下具有優異的強度和抗蠕變性能。
半固態觸變注射成形
鎂合金的觸變注射成形是一種充分利用注塑成形原理讓金屬半固態觸變成形工藝。模具和成形材料與壓力鑄造工藝相似，工藝過程則接近於注塑成形工藝。該工藝不但可使鑄件組織緻密、 凝固收縮小、成形溫度低和尺寸精度高，還具有操作簡單、安全、效率高和環保等一系列優點，適合形狀複雜、緻密度高、薄壁和高性能零件的生產。觸變注射成形技術是目前唯一用於鎂合金工業生產的半固態成形技術，具有巨大的應用潛力。
鑄鍛雙控成形
鎂合金的鑄鍛雙控成形集合了液態壓力鑄造和鍛造的優點，在成形過程中，可同時實現鑄件形狀、尺寸和使用性能的精確控制。實質就是在壓力鑄造基礎上，待模型腔中的液態金屬還未完全凝固時，立即施加一個變形力，打碎已經凝固的枝晶組織，進行細晶強化，使製件的力學性能得到顯著提高，既解決了壓力鑄造件毛坯縮孔和疏鬆的缺陷，又解決了鍛造不能生產複雜高精度零件的缺點，主要用於生產形狀複雜和強度要求高的汽車零部件。
來源：金屬超市
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