镁合金在汽车轻量化上的应用前景解析

镁合金在汽车轻量化上的应用前景解析一直以来，高强度钢、铝合金、工程塑料等轻量化材料广泛应用于汽车及汽车零部件制造的各个方面，而镁合金鉴于种种原因没有得到大力推广和使用，镁合金目前主要应用在发动机罩盖、方向盘、座椅支架、车内门板、变速器外壳等方面。

数据显示，目前北美每辆汽车使用镁合金3.5kg，欧洲PASSAT 和Audi A4上每辆车使用镁合金达到14kg，而国产汽车每辆用量平均仅1.5kg。专家预测，到2020年，欧美日汽车用镁合金的市场需求是77万吨，国内需求为5万～10万吨。“镁合金重量轻、吸震性能强、铸造性能好，自动化生产能力和模具寿命高、尺寸稳定，作为最轻的工程材料，镁合金不仅是最适合铸造汽车零部件的材料，也是最有效的汽车轻量化材料。”近日，重庆元和利泰镁合金制造有限公司总经理刘真在接受记者采访时表示。

■耐腐蚀性差、成本和废品率高是镁合金普及“拦路虎”

专家表示，汽车上可采用镁压铸件的领域大致可分为两大类：一类是以镁取代原来采用其他材料做压铸件的领域；另一类是直至目前还在采用焊接钢结构或铝板材料的场合。对于前者，最常见的是以镁压铸件替换铝压铸件，虽然两种材料有同等的铸造特性，但若全面衡量重量与成本因素，选用镁当然更加合理。

我国是镁资源丰富的国家，资料显示，中国的镁资源总储量占全球的85%，位列世界第一位。不过，我国在镁资源利用方面却远远不够，专家表示，在汽车、国防、体育等镁合金产品的生产应用方面落后国外几十年。“实际上，镁合金在汽车领域已经有了很多应用，比如现在全球62%的汽车方向盘都是用镁合金做的，它不仅质量轻，减振效果好，在发生意外撞击时对人的伤害更小。”刘真表示，在车轮、汽车防碰撞横梁等部位使用镁合金零部件来替代塑料件，在保证汽车安全性的情况下，对减轻汽车自身质量、降低汽车能耗的效果特别显著。

但是，我们也看到镁合金制造汽车零部件确实存在压铸成本高、废品率高、存在安全生产隐患等问题。“镁是一种很活泼的元素，耐腐蚀性很差，我国在镁合金零部件抗腐蚀性方面的技术能力要差一些。”中国汽车工业协会顾问杜芳慈告诉记者，“另外镁在加工过程中，容易发生燃烧和爆炸，存在安全生产问题。这两个问题解决不了，镁合金在汽车上的应用会大受影响。”

此外，刘真还告诉记者，目前国内很多汽车厂不敢使用镁合金是存在思想认识问题和迫于制造成本的压力，如果没有政策性的鼓励和严格的整车重量要求，短期内这种情况是无法改变的。

■工艺改进克弱点规模普及待扶持

任何一种材料在应用推广过程中都会遇到问题，但随着技术的进步这些问题都会得到解决。镁合金也不例外。杜芳慈和刘真对未来镁合金在汽车上的大规模应用充满信心。近年来，国内对镁合金深加工产业化的研究与应用已经有所发展，主要集中在汽车方向

盘、中控支架及一些较小的零件，这些产品不暴露在外，因此就规避了镁合金表面处理的难题。

重庆元和利泰是专注于镁合金汽车零部件的生产企业，与国内5所大专院校科研单位共同历时6年对镁合金深加工产业化进行了系统研究并掌握了多种方式的加工生产技术，2016年底将具备年产130万件镁合金汽车零部件及200万只镁合金轿车轮毂的生产能力。记者在参观重庆元和利泰时也发现，他们通过改进工艺、完善生产设备，已经解决了镁合金生产过程中易燃易爆和产品废品率高等问题，刘真告诉记者，现在重庆元和利泰可针对镁合金废料基本实现100%回收利用，这对降低镁合金零部件成本有很大作用。

刘真还表示，其实只要通过一些生产工艺的改进就可以使镁合金零部件的生产成本降低。“镁合金从熔化至产品成型的过程中需要使用气体保护而铝合金不需要，熔化设备投入也略高于铝合金，而且镁合金铸造时温度低不易成型且零部件后期表面防腐处理费用也高于铝合金。”刘真表示，“但如果企业根据用量自行配置气体发生器将会很大程度降低用气费用。镁合金的铸造温度比铝合金低，冷却速度相应要快，而且在后序机加工环节镁合金易加工，切削速度快，镁合金防腐处理上可根据零件不同的使用条件要求以不同的方式处理。综上所述，镁合金生产综合成本仅高于铝合金5%左右。”

英大证券的一份研究报告称，当镁铝价比小于1.3时，作为铝合金替代品的镁合金材料将会得到大量使用。此前，记者也通过采

访了解到，目前国内镁合金在汽车上的应用以压铸件为主，压铸件工艺已较成熟，成本下降至应用临界点，但镁合金板带材市场不成熟，应用技术仍有待完善。

刘真认为，当前欧美、日本等国对镁合金的推广和应用都有相应的支持，希望我国政府也能出台一些政策来支持和鼓励汽车企业在确保质量的前提下适度应用镁合金零部件，真正走上轻量化道路。“就像国家对新能源汽车大力扶持使得大批电动汽车企业研发蜂拥而上，如果国家对镁合金有对新能源汽车一半的扶持力度，镁合金汽车零部件的应用僵局也将会打破。”刘真感叹道。

■汽车内部构造

虽然镁合金耐腐蚀性差，但是对于汽车内部构造来说，防腐不是主要考虑的问题，因此镁合金在汽车内部构造得到了比较广泛的应用，尤其是在仪表盘和转向结构中。据悉，第一只镁合金仪表盘支柱是由通用公司在1961年压铸生产，比使用锌合金压铸生产的同样部件节省了4kg材料。过去十多年间，采用镁合金压铸的仪表盘支柱取得了极大进展。

镁合金在座椅上应用始于1990年代的德国，主要是奔驰公司在SL Roadster中使用了镁压铸生产的带有三点安全带的座椅结构。与镁合金在仪表盘上的应用情况相似，近几年，采用镁合金设计、制造的座椅也经历了一个明显提高的过程。现在采用镁合金的座椅结构最薄可以达到2mm，大大减轻了重量。虽然其他材料如高强度

钢、铝、复合材料等也得到使用，但是专家预测镁合金未来将会成为汽车座椅部件轻量化和具有成本效益的一个主要材料。

■车身

虽然镁合金在车身应用中受限但是也得到了整车厂的应用。通用汽车在1997年引进C-5 Corvette 时，使用了整片镁合金压铸的车顶框架，此外，镁合金也被应用在凯迪拉克XLR 敞篷车的可伸缩硬顶敞篷车顶和顶部框架，福特F-150卡车和SUV也使用了有涂层镁铸件作为散热器的支架。在欧洲，大众汽车公司和奔驰已率先实现了薄壁镁合金铸件在车身面板中的应用。

目前，提高镁合金在汽车车身结构上应用的一个项目就是由加拿大、中国、美国三国政府及USAMP（美国汽车材料联盟，克莱斯勒，福特和通用汽车公司组成的财团）资助的“镁前端研究与发展”项目。该项目汇集了来自美国、中国和加拿大国际范围的独特团队，并已开发出汽车用镁应用的一些关键技术和知识库。在这个项目中开发的技术和知识库，不仅有利于作为测试的前端结构的汽车用镁的应用，同时也促进原镁生产、零部件制造、基础研究以及先进计算工具的开发。

■底盘

当前，铸造或锻造镁合金车轮已被用于许多高价位的赛车或高性能跑车。然而，相对较高的成本和镁合金车轮潜在的腐蚀问题阻止其在大批量生产车辆上的应用。

未来，轻量化、低成本的镁合金底盘部件，如轮毂、发动机悬架以及控制臂等零部件的生产将依赖镁合金铸造工艺的大力提高，已经在铝合金轮毂和底盘部件上开发的各种铸造工艺经过改造后可以成功适用于镁合金。此外，低成本、耐腐蚀图层和新的具有抗疲劳和高冲击强度的镁合金开发也都将加速镁合金在底盘上的应用。■动力总成

动力总成的大部分铸造件如发动机缸体、汽缸盖、传动箱、油底壳等是由铝合金制成。目前，北美生产的皮卡和SUV已经镁合金变速器，大众和奥迪的镁合金手动变速器也在欧洲和中国大批量生产。

当前，通过对镁强化的发动机原型进行的测功仪试验已经取得了有效的进展，这就意味着未来在动力系统中会有更多镁合金得到应用。美国汽车材料联盟镁动力系统铸件项目(MPCC)的目标是使镁合金能够完全替代V block en-gine发动机中的主要铝合金部件。该项目中气缸缸体成功实现了减重25%（全部铝铸件的29%被替换为镁铸件）。

镁合金在汽车制造业的应用

镁合金在汽车制造业的应用 点击上方「材料科学与工程」快速关注材料类综合、全面、专业的微信平台 为了提高汽车的燃油效率和降低其废气排放，减轻汽车的重量至关重要。为了达到这一目的，用镁合金来制造合适的汽车零部件似乎是一种显而易见的明智之举。作为一种最轻的结构金属，镁比钢轻75％，比铝轻33％左右。 美国汽车研究理事会的一个社团组织“美国汽车材料合作伙伴”在其研究报告“2020年镁的应用前景展望：北美汽车业对镁的战略构想”中指出，与铝相比，镁具有更高的比强度、延展性和抗冲击性；与钢相比，镁可以提供更好的缓冲阻尼和耐冲击性；与塑料相比，镁具有更高的强度和刚度，以及更好的热稳定性和导热性。 此外，该报告指出，为了提高燃油经济性和减少废气排放，镁的材料特性还可以提供许多好处，其中包括： （1）通过使汽车重心后移，减轻前部重量，可以提高汽车的加速/减速、操控/转向响应性能。 （2）由于镁合金可以铸造出完整的大尺寸部件，而不必像钢件那样需由众多单个零件组合而成（这些零件容易相互摩擦，并引起振动），从而可将汽车噪声减至最小。 （3）由于镁铸件可能比同样的钢制零件更廉价（尤其当年

产量小于20万件时），因此可以降低制造成本。镁铸件的加工成本要低于由多部分构成的钢制冲压件，因为加工冲压件的每个部分都需要相应的模具。例如，加工一件由30个部 分构成的钢制仪表盘横梁需要30套工装，而铸镁件横梁只 需要6套工装。 然而，在美国汽车制造商生产的汽车中，镁合金零部件的重量平均只有大约12磅，仅占一辆汽车全部材料的0.3%左右。实际上，镁在汽车上的应用并不很普遍，因为它的成本比一些竞争性材料更高。由于企业的竞争本质，它们会更多地使用价格比较低廉的材料。镁合金零部件使用率的下降，部分也是因为北美市场的模铸企业因关闭和合并而不断减少，几年前发生的金融危机和汽车行业遭遇的困境产生了很大的影响。 咨询企业Ducker Worldwide公司发表的一份预测平均 每辆轻型车所用材料净重量变化（见表1）的报告时估计，镁合金零部件将从2008年的每车8磅左右增加到2025年 的22磅。这种用量的增加将全部集中在传动零部件上（主 要是进气歧管）。镁合金传动件和传动箱可能最终将会取代 铝合金传动件和传动箱，但不会用于制造结构件。 表1 平均每辆轻型车所用材料净重量的变化趋势（单位：磅）到2025年，汽车材料的这种变化，加上制造足迹减少2％，将使汽车的平均惯性重量和平均整备质量（净重）比

镁合金在现代汽车应用(奥迪为例)解剖

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 镁合金在现代汽车应用（奥迪为例）解剖 奥迪是全球汽车行业内轻质结构的先驱。1994 年，采用奥迪空间框架结构（ASF）的首辆奥迪A8 从装配线上下线，从此以后，奥迪不断生产全铝车身 轻质汽车，一路走来定期推出亮点产品。轻质结构绝非一个单独的原理，而是一条哲学理念，是一个涵盖车辆所有方面的一体式方法。除了车身，传动系、底盘、乘客舱和电气系统均能对减重发挥重要作用。这种作用有时候仅有数十千克，有时候仅有几克。但是每一克都意义重大。近年来，奥迪使用铝螺钉连接发动机和变速箱，减重0.6 千克。使用镁打造整个变速箱壳体比铝节省4.5 千克重量。奥迪A8 4.2 TDI 上，一个由镁制成的通道横梁首次应用于变速箱轴承上。与具有相同部件稳定性和硬度的铝制部件相比，重量减轻了 0.76 千克在很多奥迪车型上，车辆部件完全或者主要由铝制成。例如，在紧凑型A3 中，副车架、控制臂和前悬架的枢轴承的总重量仅为14.4 千克。如果由钢制成，重量要多5.9 千克。所有奥迪车型均装配铸铝转向齿轮外壳。相比前代车型，A8 的制动助力器重量减轻了30%。TT 车型中的每个铝制制动器盖板仅重149 克，比相应的钢制盖板减重一半。奥迪顶级车型中提供的每个大型碳纤维陶瓷制动盘比钢制制动盘轻5 千克。减重部件对比在TT 轿跑车、A3 Cabriolet 和A5 Cabriolet 车型中，后排折叠座椅的后背由高级塑料制成。部件仅重2.5 千克，仅为钢制座椅靠背的一半。奥迪方向盘标配的带集成式减震器的镁制方向盘框架减重约0.4 千克。A5 Cabriolet 敞篷车顶部末端有一个高压铸造的镁盘，重量比同类铝部件轻1.5 千克。很多车型中使用一种新型声音塑料膜使得玻璃变得更薄，重量减轻了2.4 千克，具有增强的声音属性。轻质结构的其他目标区域为电气系统和电子装置。A8、A7 Sportback 和新款A6 中的蓄电池电缆并非由铜制成，而是由铝制成，减轻了很多重量。车载电气系统的很

轻量化在汽车上的应用

轻量化在汽车上的应用 轻量化在汽车上的应用一、轻量化”是新能源汽车发展方向之一■ 轻量化是新能源汽车发展方向汽车轻量化设计，不仅带来油耗降低，更能促进综合性能的全面提升。科技部部长万钢强调了“轻量化”是中国电动汽车的发展方向之一。德国联邦经济与能源部委托德国工程师协会编制的2015年《德国轻量化现状盘点》研究报告中指出，轻量化对汽车制造业等许多行业意义深远，它决定了德国工业在未来的全球市场中是否能以创新、高能效和资源节约型的产品取得统治地位。研究表明，在市区的运行工况下，平均车重1600kg的电动车如果减重20%，能量消耗可以减少15%。如果采用增加电池来增加行驶里程，成本往往会非常高。有关专家认为，在电池技术短期内难有重大突破的情况下，电动汽车迫切需要

采用轻量化技术来降低重量，以减轻电池增重的压力。■ 新能源汽车轻量化设计有多种趋势新能源汽车企业正在做轻量化设计，北汽、长安走在前列，奇瑞、江淮、吉利等也都非常重视。目前正在探讨新能源汽车轻量化的路线，比如，整车包括车身轻量化、全新架构底盘轻量化、电池系统轻量化以及车身内外饰与电子电器等；材料方面包括复合材料及成形工艺、轻质铝合金及成形工艺、高强度钢及成形工艺、轻质镁合金及成形工艺等。未来新能源汽车轻量化将车身高强钢化和全铝车身两条路线并行，2020年先进高强钢比例达到国际先进水平和应用全铝车身。汽车车身轻量化的发展趋势是混合多材料设计。碳纤维混合材料车身不仅能够承重，而且更安全。至于目前存在的成本高问题，碳纤维成本居高不下，主要是工艺成本高，未来批量生产，成本有望下降。汽车对材料的成本要求很高，因此碳纤维在汽车轻量化中的应

镁合金在汽车上的应用简介

镁合金在汽车上的应用简介 199镁合金在汽车上的应用简介 镁合金与其他金属相比具有许多性能特点[3]: ①密度低，如AZ91镁合金密度为1.81g·cm-3，约为铝的2/3和铁的1/4，接近工程塑料的密度 ②抗拉强度、屈服强度和伸长率与铝合金铸件相当下表显示了几种常用镁合金的性能 ③具有良好的耐腐蚀性、电磁屏蔽性能和抗辐射性能，可高精度加工，具有良好的导热性。在压铸汽车轮毂上使用时，能有效消散制动摩擦热，提高制动稳定性。 ④具有良好的压铸成型性和尺寸稳定性，压铸件最小壁厚可达0.15 mm，适用于制造各种汽车压铸件。 ⑤具有良好的阻尼系数，其减震性能优于铝合金和铸铁。它可以降低外壳的噪音，减少座椅和轮辋的运动，提高汽车的安全性和舒适性。 ⑥易于回收回收的镁合金可以直接熔化，然后铸造而不降低其机械性能。表1常用镁合金的性能 AM60A AS21X1 AS41A，XB AZ91A \ \ B \ \ D A350抗拉强度MPa 抗拉屈服强度MPa抗拉屈服强度Mpa伸长率弹性模量GPa XXXX寿命大约只有70到50年中国的铁和铝资源更加贫乏，储量仅占世界总量的18.7%和2.3%，可采储量的保证期分别为30年和10年以下。从污染的角度来看，钢材质量密度高，消耗量大，其产品在使用过程中容易造成高能耗和污染排放。尽管铝是一种轻质材料，但仅一次

铝电解过程的能耗就占整个有色金属工业的90%，并间接导致高污染排放。被称为“21世纪绿色结构材料”的镁在这些方面相对更好。 据中国有色金属工业协会统计，XXXX 1-8月份全国原镁总量为44.89万吨，同比增长16.8%应该注意的是，由于受到各种国际金属材料的影响，刚才的价格上涨进一步降低了镁合金在成本方面的劣势，使得镁合金的综合优势更加明显。因此，对于镁合金资源丰富的中国来说，在中高档汽车零部件生产中使用镁合金更为有利。 3、汽车用镁合金 自1970年中东石油危机以来，为了降低汽车质量、减少油耗和污染、提高安全性能，镁合金材料已经越来越多地应用于汽车工业。目前，汽车工业中使用镁合金较多的地区和国家主要是北美、欧洲、日本和韩国。根据一些制造商的使用情况，镁合金材料目前主要用于制造以下汽车零件[6]: (1)内部部件:仪表板、座椅骨架、座椅升降器、控制台骨架、气囊盖、方向盘、锁紧装置盖、转向柱、转向柱支架、收音机外壳、小工具箱门、车窗电机盖、制动器和离合器踏板支架、气动支架踏板等。 (2)车身部件:门框、尾板、车顶框、车顶板、仪表板梁等。 (3)发动机和传动系统:气门室盖、凸轮盖、四轮驱动变速箱体、手动换档变速箱、离合器壳体活塞、进气管、油底壳、交流电机支架、变速箱壳体、机油滤清器接头、电机盖、气缸盖罩、分配板支架、机油泵壳体、油箱、机油滤清器支架、左曲轴箱半部分、右曲轴箱半部分、空罩、左吸气管、右吸气管等。(4)底盘:轮毂、发动机支架、前后吊

汽车轻量化论文

摘要：汽车轻量化对于降低汽车燃油消耗和减少排放污染起着举足轻重的作用，采用轻质材料是实现汽车轻量化的重要途径。文章详细分析了轻量化技术 在现在汽车种的应用，包括铝合金镁合金钛合金3种轻合金的特点。轻量化 设计技术以及金属成型方法和连接技术，说明了汽车轻量化的意义，对汽车的 轻量化技术发展有一定的指导作用。 关键词：汽车；轻量化；车身 1轻量化技术在汽车上的应用 目前，国内外应用于汽车的请炼化技术主要有：1）轻质材料技术的应用，如铝合金镁合金钛合金高强度钢塑料粉末冶金生态复合材料及陶瓷等的应用越来越多；2）结构优化及计算机辅助设计和分析技术的应用；3）汽车制造中新的成型方法和连接技术的不断应用。 1.1.1基于材料的轻量化技术的应用 1.11高强度钢在汽车上的应用 高强度刚已成为颇具竞争力的汽车轻量化材料，它在抗碰撞性能，加工工艺和成本方面与其他材料相比具有较大的优势。采用高强度钢板，首先能改善汽车的安全和碰撞性能，传统的碳素钢虽然可以吸收碰撞能量，但其缺点是质量大，影响燃油经济性；高强度钢板用于汽车车身，除了能减薄车身部件厚度降低自重之外还可以提高汽车表面件的抗凹陷性及抗破坏能力，在降低燃油消耗率的同时又可以提高汽车的安全性。 国外高强度钢在汽车上的应用以日本最为典型。在日本，车身零件实际应用高强度钢始于20世纪70年代，最早应用于车身外表件，然后应用到内部零件和结构件。目前，日本悬架结构和支撑件的强度已达到800-1000MPa。 抗拉强度410 MPa的高强度钢多用于内部件，即将采用590 MPa高强度钢用于内部件，有望进一步减薄零件厚度。

1.12铝合金在汽车上的应用 铝具有高的导电性和导热性，密度小，塑性好，易成型，易回收利用。 可通过铸锻冲压工艺制造各类汽车零件。自1991年使用高强度铝合金以来，北美汽车上铝的用量已增加2倍，运动多用途车皮卡和微型厢式车上的铝的用量呈3倍增长。 目前，铝合金已经广泛应用于汽车车身底盘零部件以及发动机的某些部件上。现代轿车发动机活塞几乎都采用铸铝合金，这是因为活塞作为主要的往复运动件要靠减重来减小惯性，减轻曲轴配重，提高效率，并需要材料有良好的导热性，较小的热膨胀系数，以及在350度左右有良好的力学性能，而铸铝合金符合这些要求。同时由于活塞连杆采用了铸铝合金件，减轻了质量，从而降低了发动机的振动，降低了噪声，使发动机的油耗下降，这也符合汽车的发展趋势。 近年来，一些新型铝合金材料也开始在汽车上应用，如快速凝固铝合金TiAi金属间化合物泡沫铝材铝复合材料铝基粉末冶金材料和铝拼焊冲压坯材料。 1.13 镁合金在汽车上的应用 镁合金的基本特性如下： 1）质量轻。镁合金比铝合金轻33%，比钢轻77%，为常用结构金属材料中最轻的材料。同时，镁能制造出与铝同样复杂的零件而质量则较后者轻 1/3.镁合金用于车辆，将显著地降低其起动惯性，降低燃油消耗，减少 环境污染。 2）比强度高，刚性强。同等形状下，镁合金制品的刚性为塑料的10倍以上。 如用镁合金代替ABS塑料，则制品的质量可以减少36%，厚度可以降低 64%。

镁合金的发展及应用

关于镁合金的发展及应用的研究现状的综述 摘要：镁合金在工业生产中已经得到了广泛的应用，这里综述了镁合金的特点及其研究新进展，重点介绍了镁合金在汽车工业、航空航天、现代兵器、核工业以及电子产品等领域的应用，最后展望了镁合金在尖端科技领域中的广阔的应用前景。 关键字：镁合金,应用,特点,新进展,应用前景 Review of the status quo about the development and application of magnesium alloy Abstract:Magnesium alloy has been widely used in industrial production, here reviewed the characteristics of magnesium alloy and its new progress, and focuses on the application of magnesium alloy in the fields of automotive, aerospace, modern weapons, the nuclear industry and electronic products. Finally, outlook the future potential applications of magnesium alloy in the field of cutting-edge technology. Key words:magnesium alloy, applications, features, new progress, the future potential applications 随着航空航天、交通运输、信息产业的发展，新型轻合金材料的研发逐渐受到各国的高度重视。在许多领域，传统钢铁材料已逐渐被各种综合性能更为优良的新型材料所替代。 镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金，是目前实际应用中最轻的金属结构材料，具有密度小、强度高、阻尼性、切削加工性和铸造性能好的优点。 1.镁合金的特点 与其他金属相比，镁合金具有以下特点： (1)镁合金的比重小，是目前最轻的结构材料，密度在1.75—1.85g／cm3之间，是钢密度的23％，铝密度的67％，塑料密度的170％[1]。镁合金比强度明显高于铝合金和钢，仅略低于比强度最高的纤维增强材料；比刚度与铝合金和钢相当但远高于纤维增强材料，具有很好的优越性。 (2)镁合金阻尼性能好，与铝合金、钢、铁相比具有较低的弹性模量，在同

镁合金在汽车轻量化上的应用前景解析

镁合金在汽车轻量化上的应用前景解析一直以来，高强度钢、铝合金、工程塑料等轻量化材料广泛应用于汽车及汽车零部件制造的各个方面，而镁合金鉴于种种原因没有得到大力推广和使用，镁合金目前主要应用在发动机罩盖、方向盘、座椅支架、车内门板、变速器外壳等方面。 数据显示，目前北美每辆汽车使用镁合金3.5kg，欧洲PASSAT 和Audi A4上每辆车使用镁合金达到14kg，而国产汽车每辆用量平均仅1.5kg。专家预测，到2020年，欧美日汽车用镁合金的市场需求是77万吨，国内需求为5万～10万吨。“镁合金重量轻、吸震性能强、铸造性能好，自动化生产能力和模具寿命高、尺寸稳定，作为最轻的工程材料，镁合金不仅是最适合铸造汽车零部件的材料，也是最有效的汽车轻量化材料。”近日，重庆元和利泰镁合金制造有限公司总经理刘真在接受记者采访时表示。 ■耐腐蚀性差、成本和废品率高是镁合金普及“拦路虎”

专家表示，汽车上可采用镁压铸件的领域大致可分为两大类：一类是以镁取代原来采用其他材料做压铸件的领域；另一类是直至目前还在采用焊接钢结构或铝板材料的场合。对于前者，最常见的是以镁压铸件替换铝压铸件，虽然两种材料有同等的铸造特性，但若全面衡量重量与成本因素，选用镁当然更加合理。 我国是镁资源丰富的国家，资料显示，中国的镁资源总储量占全球的85%，位列世界第一位。不过，我国在镁资源利用方面却远远不够，专家表示，在汽车、国防、体育等镁合金产品的生产应用方面落后国外几十年。“实际上，镁合金在汽车领域已经有了很多应用，比如现在全球62%的汽车方向盘都是用镁合金做的，它不仅质量轻，减振效果好，在发生意外撞击时对人的伤害更小。”刘真表示，在车轮、汽车防碰撞横梁等部位使用镁合金零部件来替代塑料件，在保证汽车安全性的情况下，对减轻汽车自身质量、降低汽车能耗的效果特别显著。 但是，我们也看到镁合金制造汽车零部件确实存在压铸成本高、废品率高、存在安全生产隐患等问题。“镁是一种很活泼的元素，耐腐蚀性很差，我国在镁合金零部件抗腐蚀性方面的技术能力要差一些。”中国汽车工业协会顾问杜芳慈告诉记者，“另外镁在加工过程中，容易发生燃烧和爆炸，存在安全生产问题。这两个问题解决不了，镁合金在汽车上的应用会大受影响。”

镁合金的优缺点与应用

镁合金的优缺点及应用 镁合金是以镁为原料的高性能轻型结构材料，比重与塑料相近，刚度、强度不亚于铝，具有较强的抗震、防电磁、导热、导电等优异性能，并且可以全回收无污染。镁合金质量轻，其密度只有1.7 kg/m3，是铝的2/3，钢的1/4，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，具有良好的铸造性和尺寸稳定性，容易加工，废品率低，具有良好的阻尼系数，减振量大于铝合金和铸铁，非常适合用于汽车的生产中，同时在航空航天、便携电脑、手机、电器、运动器材等领域有着广泛的应用空间。 、镁合金的优点 1、镁合金密度小但强度高、刚性好。在现有工程用金属中，镁的密度最小，是钢的1/5，锌的1/4，铝的2/3。普通铸造镁合金和铸造铝合金的刚度相同，因而其比强度明显高于铝合金。镁合金的刚度随厚度的增加而成立方比增加，故而镁合金制造刚性好的性能对整体构件的设计十分有利。 2、镁合金的韧性好、减震性强。镁合金在受外力作用时，易产生较大的变形。但当受冲击载荷时，吸收的能量是铝的1.5倍，因此, 很适合应于受冲击的零件一车轮；镁合金有很高的阻尼容量，是避免由于振动、噪音而引起工人疲劳等场合的理想材料。 3、镁合金的热容量低、凝固速度快、压铸性能好。镁合金是良好

的压铸材料，它具有很好的流动性和快速凝固率，能生产表面精细、棱角清晰的零件，并能防止过量收缩以保证尺寸公差。由于镁合金热容量低，与生产同样的铝合金铸件相比，其生产效率高40% ~ 50% ,且铸件尺寸稳定，精度高，表面光洁度好。 4、镁合金具有优良的切削加工性。镁合金是所有常用金属中较容易加工的材料。加工时可采用较高的切削速度和廉价的切削刀具工具消耗低。而且不需要磨削和抛光，用切削液就可以得到十分光洁的表面。 5、资源丰富。中国是镁资源大国，菱镁矿、白云石矿和盐湖镁资源等优质炼镁原料在中国的储量十分丰富，为中国的原镁工业及 下游”产业的蓬勃发展和不断进步提供了物质保证。进入20世纪90 年代以来，随着改革开放和市场经济的不断深入发展，中国镁工业也有了突飞猛进的发展。2000年全国镁产量约为200 kt ,几乎占世界镁产量的40%,位居全球第一。2005年，原镁产量达到354 kt, 原镁产能接近600 kt ,比2004年净增100kt,同比增长32.1%,占全球镁产量的2/3 ,成为中国继铝、铜、铅、锌之后的第五大有色金属。 二、镁合金的缺点 1、易燃性。镁元素与氧元素具有极大的亲和力，其在高温下甚至还处于固态的情况下，就很容易与空气中的氧气发生反应，放出大量热，且生成的氧化镁导热性能不好，热量不能及时发散，继而促进了氧化反应的进一步进行，形成了恶性循环，而且氧化镁疏松多孔，不能有效阻隔空气中氧的侵入。

镁合金在汽车领域中的应用一镁合金在汽车领域的应用背景和发展现概要

万方数据

万方数据 一画‰黼 出的优点,由于比强度高,因此可以在相同质 量下获得较高的强度,而且阻尼性能良好并具 有很高的抗冲击韧性,尤其适用于制造经常承 受冲击的部件。如转向轴经常承受较大的扭 矩,座椅架和轮毂长时间承受冲击,采用阻尼 性良好的镁合金后,既减轻了汽车的自重,又 提高了汽车行驶过程中的平稳性和安全性。到 目前为止,已经开发和应用的镁合金汽车部件 如图2所示,在汽车上得到广泛运用,特别是 在高档轿车和“特殊用途的车辆”中。大排量 汽车中的用镁量也呈增长态势。在跑车、厢式 车、SUV等车型中,虽然镁制件的成本较高, 但由于其质量轻,能够抵消成本高的缺点。 图2已经开发和应用的镁合金汽车部件 目前镁合金在汽车工业上的应用状况是,每辆车在0.5~17kg之间变化,平均使用量是每 辆车3kg。德国大众汽车公司帕萨特车目前用镁

量为14kg,占车重的1%,不久将可能增至30~ 50kg。镁合金在大众公司的汽车上主要应用是在 驱动设备和内部结构件上。随着技术的发展,镁 合金结构件应用的数量将会增加。奥迪A6轿车 单车的镁合金压铸件总用量目前已达14.2kg, 其未来的目标是将单车的镁合金总用量增至50"-" 80kg。美国通用和福特汽车公司预计在今后的20 年内每辆汽车的镁合金用量将从目前的3kg提高 到100kg。2004年4月,大众汽车公司首次正式 推出了新研制成功的超级经济型轿车,属于迷你 型,其燃油效率达到了每百km耗油少于l L。该 车型也是大众公司“甲壳虫”车型的延伸产品。 它的原材料采用镁合金和碳纤维制成,该车的最 高时速可达120km;整车框架由金属镁制成,镁 框架外裹有用于加强的塑料表皮。 ● 36I2007.第4Wl 3.1汽车行业常用镁合金材料 压铸镁合金材料应用于汽车零部件,约占整个需求量的l/3~1/4。结构用镁合金根据不同的用途,有时添加Al、Zn等元素,大致上分为Mg-AI 系和Mg-Zn系两类。

高分子材料在汽车轻量化上的应用

高分子材料在汽车轻量化上的应用 张钰机械工程学院车辆131班 130565 摘要本文就汽车数量的日益增长所带来的问题进行分析，进而提出详细策略，便是汽车的轻量化，也是汽车行业目前一重要发展方向。要实现轻量化，高分子材料为实现途径提供了便捷。从而介绍了目前汽车上应用广泛的几种高分子材料，分析了它们在汽车不同位置使用时所产生的效果，能减轻汽车质量，减少油耗和减少污染排放。 关键字汽车；轻量化；高分子材料；应用；展望 0 引言 当今社会，汽车成为人们出行必不可少的工具，也成了人们日常活动不可或缺的商品之一。随着人均汽车占有量的增长，越来越多的汽车展现在了我们生活当中，它不仅能使我们的旅途更加便捷，也逐步地向舒适的方向发展，所以它不仅是一个交通工具，也渐渐成为一种可以依赖享受的物品。但是，随着汽车数量的不断增加，一些不能回避的问题也日益显露。交通拥堵、环境污染、能源消耗以及各种安全隐患让汽车行业不断地接受挑战，降低燃油消耗和减少污染排放已成为当今汽车工业发展和社会可持续发展亟待解决的关键问题。 1 汽车轻量化成为潮流 为解决汽车带来的问题，相继出台了一系列的政策来解决，汽车行业的领军人物也开始不断地探索出新的方式来满足汽车量的增长所带来的需求，因此能更节省燃料、控制排放的技术正在不断创新和发展。从国际发展趋势上看，主要采取以下措施：一是大力发展新型能源汽车；二是发展先进发动机技术；三是汽车轻量化。在过去10年间，主要是通过改进汽车动力系统来达到节油和环保的标准，发展至今，动力系统技术的改进已接近极限。而汽车轻量化是汽车零部件重要的发展方向之一，是实现汽车节能减排的最直接和最有效途径。 汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。 1.1 汽车轻量化更节能环保 汽车质量的减少，会减小动力与动力传动系统的负荷，可在较低牵引负荷下，表现出同

镁合金在汽车材料上的应用及发展前景

镁合金在汽车材料上的应用及发展前景 摘要：介绍了镁及镁合金的类型和它们的基本性能，国内外在汽车材料方面对其的应用情况，镁合金在汽车轻量化方面的应用，展望了镁合金在未来的应用前景。 1、镁及镁合金的特性 镁是银白色的金属元素,常温下镁的密度为 g/cm ,约为钢的1/4,铝的2/3。在金属镁中添加其他元素可以形成各种镁合金。镁合金是现在大量使用的工程结构材料中最轻的,其比强度明显高于铝合金和钢,比刚度与铝合金和钢相当。同时,镁合金还具有良好的减振性,在相同载荷下,减振性是铝的100倍、钛合金的 300~500倍。镁合金还具有良好的切削加工性及尺寸稳定性,其耐凹陷性、铸造成型性及表面装饰性俱佳,加之具有易回收利用、导热优良性、抗电磁干扰及屏蔽性能等特点,镁及镁合金广泛应用于冶金、汽车、摩托车、航空航天、光学仪器、计算机、电子与通讯、电动及风动工具和医疗器械等领域。金属镁主要用于:铝基合金的重要添加元素,用量约占镁的总消耗量的43%左右;制造各种零部件的用量已达到镁消耗量的35%左右;炼钢脱硫约占13%;阴极保护材料、金属还原剂和化工行业等。 当今，钢铁、铝合金和塑料是汽车上使用最多的三大类材料，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%，平均重量约5kg，但近几年的增幅却较大。镁的比重为cm3,是铝的2/3，钢的2/9，和塑料相当，是最实用的减重轻金属材料。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。镁合金的散热性好，抗电磁干扰性高，使汽车更为安全舒适。 2、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）、

轻量化在汽车上的应用

轻量化在汽车上的应用 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

轻量化在汽车上的应用 一、轻量化”是新能源汽车发展方向之一 ■轻量化是新能源汽车发展方向 汽车轻量化设计，不仅带来油耗降低，更能促进综合性能的全面提升。科技部部长万钢强调了“轻量化”是中国电动汽车的发展方向之一。 德国联邦经济与能源部委托德国工程师协会（VDI）编制的2015年《德国轻量化现状盘点》研究报告中指出，轻量化对汽车制造业等许多行业意义深远，它决定了德国工业在未来的全球市场中是否能以创新、高能效和资源节约型的产品取得统治地位。 研究表明，在市区的运行工况下，平均车重1600kg的电动车如果减重20%，能量消耗可以减少15%。如果采用增加电池来增加行驶里程，成本往往会非常高。 有关专家认为，在电池技术短期内难有重大突破的情况下，电动汽车迫切需要采用轻量化技术来降低重量，以减轻电池增重的压力。 ■新能源汽车轻量化设计有多种趋势 新能源汽车企业正在做轻量化设计，北汽、长安走在前列，奇瑞、江淮、吉利等也都非常重视。目前正在探讨新能源汽车轻量化的路线，比如，整车包括车身轻量化、全新架构底盘轻量化、电池系统轻量化以及车身内外饰与电子电器等；材料方面包括复合材料及成形工艺、轻质铝合金及成形工艺、高强度钢及成形工艺、轻质镁合金及成形工艺等。 未来新能源汽车轻量化将车身高强钢化和全铝车身两条路线并行，2020年先进高强钢比例达到国际先进水平和应用全铝车身。 汽车车身轻量化的发展趋势是混合多材料设计。碳纤维混合材料车身不仅能够承重，而且更安全。至于目前存在的成本高问题，碳纤维成本居高不下，主要是工艺成本高，未来批量生产，成本有望下降。 汽车对材料的成本要求很高，因此碳纤维在汽车轻量化中的应用，首先要解决成本问题。

汽车轻量化的优缺点

汽车轻量化的优缺点 1 引言：为什么要推行轻量化 1.1 基于环保的考虑。 世界各国均在推行强制汽车制造商降低汽车油耗的政策。有研究数据显示，汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽车整车重量，每减少100kg，百公里油耗可降低0.3-0.6升，CO2排放量可减少约5g/km。由此可见，汽车轻量化可以提高燃油效率和降低油耗，进而环保节能。所以，汽车轻量化已成为汽车企业的共识。 1.2 倒闭汽车制造技术的升级换代 如果不能保证行驶安全，汽车再轻再省油，没有谁敢开。如果追求绝对的安全和耐撞，那就只能开重达数十吨的坦克，忍受每小时数百升的耗油量。因此轻量化是汽车制造的趋势，目前轻量化主要是减少汽车自重，但是，车身作为汽车的主要承载件，需要保证足够的刚度、强度和疲劳耐久性能，从而使整车具有良好的安全、振动噪音和耐久性能，而轻量化无疑对上述要素提出了更高的要求，这对倒闭汽车制造技术升级换代无疑是一大刺激。 2 实现汽车轻量化的基本原理： 2.1 保证足够的刚度 刚度指的是材料抵抗外力变形的能力，通常在车身开发中特指材料在屈服前的弹性特性，良好的刚度是整车NVH性能、车辆动力性能和疲劳耐久性能的基础，常见的评判指标有车身扭转刚度等。刚度与材料的弹性模量相关，基本上材料种类确定，弹性模量也就确定了，比如采用高强钢并不会提升车身的刚性，因为钢的弹性模量都一样。 2.2 保证足够的强度。 强度是指零件受到冲击载荷发生屈服后仍能维持功能的能力，常用于车身碰撞安全性、耐冲击等性能的评估。强度与材料的屈服强度和断裂强度相关，为了提升车子的安全性能，现代车身设计大量采用高强度钢材就是这个原因。 2.3 保持良好的疲劳耐久性能。 疲劳耐久性能是指零件受长期交变载荷后维持功能的能力，车子的可靠性、耐用性就是基于此进行评估的。疲劳耐久特性与材料的疲劳曲线相关，当然，在车子上更重要的是焊点或其他连接方式的疲劳性能。 3 实现汽车轻量化的途径有：

镁合金在汽车领域的应用及发展

本科生课程论文 论文题目：镁合金在汽车领域的应用及发展

镁合金在汽车领域的应用及发展 【摘要】：通过材料科学概论的学习和查阅许多学术论文，发现汽车工业对轻合金材料的有很大的需求，特别是镁合金。文章介绍镁合金在汽车领域的应用及发展和简述《材料科学概论》的学习心得。 【关键词】：汽车，镁合金，应用，发展 【正文】： 21世纪，自然资源和环境已经成为人类可持续发展的首要问题。镁作为一种轻质工程材料，潜力尚未充分挖掘出来；开发利用远不如钢铁、铜、铝等成熟。今天，许多传统金属矿产趋于枯竭，加速升级开发镁金属是社会可持续发展的重要措施之一。 当前，汽车工业正面临来自资源，能源和环境等方面的压力和制约，汽车领域的竞争也是越来越激烈，汽车轻量化以轻质材料逐渐代替钢铁材料用于制造高性能，结构复杂的部件已经是必然趋势。因此，以镁合金这种轻质，可再循环，铸造能力好的材料成为汽车材料的首选。 一、镁合金的特点： 镁在地壳中含量高达2.1%，在地球上存在的元素中居第八位，作为工业用金属，仅次于铝，地壳中铝占8.1%，铁占5%。但是镁的比重只有1.74 g/m3. 镁合金作为结构材料，日益引人注目，这与它具有下列基本特性密切相关： ①密度低，比强度高，比刚度高。这样就可以用来减轻发动机和其他机器零件的重量。镁的最突出特性是密度小，镁的最突出特性是比重轻，大约为1.74g/m3，是铝合金的2/3，铁的1/4，而在刚性相同条件下，镁的重量仅为钢的1/2。镁主要用来制造各种轻合金。例如，镁跟铝、铜、锡、锰、钛、铍等金属元素形成的多种合金(约含镁质量分数为80%)，密度只有 1.74g/cm3左右，但硬度和强度都较大。这些特性表明了镁在减轻重量方面的巨大潜力。 ②比铝合金有较大的承受冲击载荷能力，有可能利用镁合金来制造受猛烈碰撞的零件。镁合金还有绝佳的抗冲击性，是塑料的20倍。

镁合金的应用

镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小（1.8g/cm3镁合金左右），强度高，弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。在实用金属中是最轻的金属，镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金属，高强度、高刚性。 镁合金的应用 1 镁合金材料在汽车工业中的应用和发展 环境污染与资源紧张的日益加剧要求汽车满足轻量化与环保的要求，因此使用密度较小的镁合金已成为汽车材料未来发展的主要方向之一。汽车用镁正以年均20% 的增长速度迅速发展，世界各大汽车公司都把已采用镁合金零件的数量作为自身产品技术领先的标志。 目前，汽车工业中镁合金用量较多的地区和国家主要是北美、欧洲、日本和韩国。综合部分厂家的使用情况，目前镁合金材料主要用来制造的汽车零部件，见表1 所示。 随着材料加工技术与材料性能的不断优化，镁合金在汽车上的应用范围也将逐渐扩大：比如，虽然镁制底盘系统结构件刚刚开始应用，

但北美汽车业界估计未来2 年内镁合金在底盘结构方面的应用将增加10 倍以上，而第42 届大众公司股东年会上，大众展出了世界上最经济的小车1L 车，车身空间框架均采用镁合金，比铝车身轻13kg，燃油泵壳、变速器壳、座椅框架等也是用镁合金制成，代表了未来汽车用镁合金的发展方向。 表1 镁合金在汽车零部件上的应用 部 件系 统 零部件名称 车内构件仪表盘、座椅架、座位升降器、操纵台架、气囊外罩、转向盘、 锁合装置罩、转向柱、转向柱支架、收音机壳、小工具箱门、车窗马达罩、刹车与离合器踏板托架、气动托架踏板等车 体构 件 门框、尾板、车顶框、车顶板、IP横梁等 发动机及传动系阀盖、凸轮盖、四轮驱动变速箱体、手动换挡变速器、离合器 外壳活塞、进气管、机油盘、交流电机支架、变速器壳体、齿轮箱壳体、油过滤器接头、马达罩盖、汽缸头盖、分配盘支架、油泵壳、油箱、滤油气支架、左侧半曲轴箱、右侧半曲轴箱、空机罩、

镁合金在汽车上的应用简介

镁合金在汽车上的应用简介 节能、环保、安全是当今世界汽车工业关注的主要话题，汽车轻量化技术是实现这一目标的重要途径。研究表明，车重每减轻10%，油耗可降低6%～8%[1]。车身质量占整车质量的40%，所以车身的轻量化对于整车的轻量化起着举足轻重的作用。汽车轻量化的实现主要有二种途径：一是优化汽车结构设计；二是使用轻量化材料。前者经过不断研究开发，日趋完善，空间已相对狭窄。后者随着科学技术的发展和新材料的不断涌现，为汽车轻量化开辟了广阔的空间。轻量化材料是指可用来减轻汽车自重的材料，可分为两大类：一类是高强度材料，如高强度钢板；另一类是低密度的轻质材料，如铝合金、镁合金、塑料和复合材料等。轻量化材料对汽车工业的可持续性发展具有重要意义，它不仅关系到车辆的节能、减排、安全、成本等诸多方面，而且汽车轻量化材料的应用对世界能源、自然资源和环境保护具有深刻的影响，它已成为汽车材料技术发展的主导方向。 国外近几年在汽车上的应用，以年平均25％的速度快速增长。据资料介绍，汽车上有60多种零部件可以采用镁合金生产，我国经过“十五”和“十一五”科技攻关，也有20余种汽车零部件可以采用镁合金生产。如仪表盘骨架、座椅骨架、进气歧管、赛车车轮、支架、转向盘骨架、缸体、壳体类零件等，目前镁合金件正向着大型集成化发展。 一、镁合金的特点 镁合金是一种轻合金，熔点为650℃。金属镁及其合金是工程应用中最轻的金属结构材料，纯镁的密度仅为1.738g·cm-3，而常规镁合金如AZ91密度也只是1.81g·cm-3，约为铝的2/3，钢的1/4，接近工程塑料的密度[2]，因此将镁合金应用在汽车领域中可极大地减轻结构件的质量。。 镁在元素周期表中属ⅡA族碱土金属，元素符号Mg，英文名称Magnesium，原子序数12，原子量24.31，常见化合价+2，其电子壳层结构为1s22s22p63s2，熔点648.8℃，沸点1090℃，原子半径0.172nm，离子半0.072(+2)nm。镁晶体为密排六方结构，配位数为12，25℃时晶格常数为a=0.3202nm，c=0.5199nm，晶胞的轴比c/a=1.6237，原子间d1=0.31906、d2=0.32030。滑移系数较小，冷变形较困难，当温度升高到250℃以上时，镁合金的变形较容易，同时具有较好的可塑性。高纯镁具有良好物理性能以及耐腐蚀性能，但是由于其力学性能差，生产纯镁的生产成本高，在工业生产和结构使用中纯镁受限，所以在纯镁中加入：铝、锌、锆、锰及微量元素镍等，它们

金属材料在汽车轻量化中的应用与发展研究 张田保

金属材料在汽车轻量化中的应用与发展研究张田保 摘要：在汽车保有量的不断增加的社会背景下，如何减少污染、降低能耗，为 消费者提供低成本、低排放、高速、安全、舒适的驾车环境，是汽车制造业亟待 研究的课题。汽车轻量化成为汽车产业发展的主要方向。铝合金材料以其具有的 一系列优良特性，如密度小、比强度和比刚度高、弹性好、抗冲击性能良好、耐 腐蚀、耐磨、高导电、高导热、易表面着色、良好的加工成型性以及高的回收再 生性等，在汽车工业中逐渐得到广泛运用，成为实现汽车轻量化发展的主要途径。 关键词：金属材料；汽车轻量化；应用 1、金属材料在汽车轻量化中的应用 汽车轻量化虽然是设计、材料、工艺等多方面因素的优势集成，但主要是材 料的轻量化。归纳起来，用于汽车轻量化的材料主要有两类：一是低密度的轻质 材料，主要指铝、镁、钛合金材料，以及塑料和复合材料；二是高强度材料，如 高强度钢。从环保的角度看，在轻质材料中，聚合物类的塑料制品回收处理过程 中存在环境污染问题，因此，在使用上受到一定的限制。而铝、镁、钛合金材料 是目前所有现用金属材料中密度较低的轻金属材料（铝合金约2.7 g/cm3，镁合金约1.74 g/cm3，钛合金约4.51 g/cm3，钢的密度约7.8 g/cm3），这些金属材料形 成的多种合金材料，可以提高汽车主动安全性和被动安全性，满足苛刻的安全法 规要求，使汽车的安全设计得到进一步的完善。同时，选用轻金属材料也是减轻 自重、节能环保，提高汽车动力性、舒适性的重要保证。铝、镁、钛等轻金属代 替钢材是汽车轻量化的首选材料，也是未来汽车发展的重要方向。 2、铝及铝合金 铝是世界上使用较早且生产和处理工艺都比较成熟的轻量化材料。铝及铝合 金材料具有的一系列优良特性，如密度小、比强度和比刚度高、弹性好、抗冲击 性能好、耐腐蚀、耐磨、高导电、高导热、易表面着色、易加工成型性、回收再 生率高等特点，受到越来越多的汽车制造企业的青睐。 目前，汽车上用铝量最大的是车轮、动力系和悬架系零部件。据此推测，未 来汽车的铝化界限可达30%～50%。为了能增加铝及合金材料在汽车制造业中的 使用数量，各国都在努力探索新的铝合金材料的同时，也不断改进加工技术，如“铝合金半固态成形技术”就是目前国际广泛关注和应用的领先的加工技术，该技 术生产出来的铝合金汽车零件组织致密、性能优良，且属于近终态成形。铝及铝 合金材料也有不足之处，主要表现在铝的承载力、力学性能与钢相比仍有差距。 再加上生产技术的局限，工艺流程的复杂性，导致生产成本较高。这些都是制约 汽车材料铝化的重要障碍。 汽车轻量化主要是通过提高铝化程度来实现。伴随着铝化程度的不断提高， 使用铝的比例不断增加，所产生的最大问题就是生产成本的大幅度上升。因此， 降低铝化成本，提高生产效率是汽车制造业努力的方向，未来汽车铝化程度的提 升必须依靠对铝化的需求和生产成本的平衡来支配。我国的铝矿产资源丰富，原 铝产量位居世界第一，并形成了完整的铝工业体系。目前，国内汽车工业用率呈 现快速增长态势，生产技术基本上能满足汽车工业的需要。 3、镁及镁合金 镁及镁合金是21世纪最具开发前景的轻质结构材料。镁及镁合金的主要特点是：一是密度低、质量轻，使用镁合金能够比铝合金再减轻15%～20%，是最轻 的金属材料；二是比强度（强度与质量之比）高于铝合金和钢，比刚度（刚度与

镁合金在汽车领域中的应用一镁合金在汽车领域的应用背景和发展现状

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一画‰黼 出的优点，由于比强度高，因此可以在相同质 量下获得较高的强度，而且阻尼性能良好并具 有很高的抗冲击韧性，尤其适用于制造经常承 受冲击的部件。如转向轴经常承受较大的扭 矩，座椅架和轮毂长时间承受冲击，采用阻尼 性良好的镁合金后，既减轻了汽车的自重，又 提高了汽车行驶过程中的平稳性和安全性。到 目前为止，已经开发和应用的镁合金汽车部件 如图２所示，在汽车上得到广泛运用，特别是 在高档轿车和“特殊用途的车辆”中。大排量 汽车中的用镁量也呈增长态势。在跑车、厢式 车、ＳＵＶ等车型中，虽然镁制件的成本较高， 但由于其质量轻，能够抵消成本高的缺点。 图２已经开发和应用的镁合金汽车部件 目前镁合金在汽车工业上的应用状况是，每辆车在０．５～１７ｋｇ之间变化，平均使用量是每 辆车３ｋｇ。德国大众汽车公司帕萨特车目前用镁 量为１４ｋｇ，占车重的１％，不久将可能增至３０～ ５０ｋｇ。镁合金在大众公司的汽车上主要应用是在 驱动设备和内部结构件上。随着技术的发展，镁 合金结构件应用的数量将会增加。奥迪Ａ６轿车 单车的镁合金压铸件总用量目前已达１４．２ｋｇ， 其未来的目标是将单车的镁合金总用量增至５０＂－＂ ８０ｋｇ。美国通用和福特汽车公司预计在今后的２０ 年内每辆汽车的镁合金用量将从目前的３ｋｇ提高 到１００ｋｇ。２００４年４月，大众汽车公司首次正式 推出了新研制成功的超级经济型轿车，属于迷你 型，其燃油效率达到了每百ｋｍ耗油少于ｌＬ。该 车型也是大众公司“甲壳虫”车型的延伸产品。 它的原材料采用镁合金和碳纤维制成，该车的最 高时速可达１２０ｋｍ；整车框架由金属镁制成，镁 框架外裹有用于加强的塑料表皮。 ● ３６Ｉ２００７．第４Ｗｌ３．１汽车行业常用镁合金材料 压铸镁合金材料应用于汽车零部件，约占整个需求量的ｌ／３～１／４。结构用镁合金根据不同的用途，有时添加Ａｌ、Ｚｎ等元素，大致上分为Ｍｇ－ＡＩ系和Ｍｇ－Ｚｎ系两类。与铝合金相同，可采用铸造（砂型，模具，压铸），挤压，轧制，锻造等方法成形。按照ＡＳＴＭ标准，汽车行业使用最多的铸造镁合金是代号为ＡＺ９１的镁合金材料，它主要由Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎ三种元素组成，其中铝质量分数为９％，锌质量分数为ｌ％。ＡＺ９１是具有代表性的力学性能、耐腐蚀性和铸造性能均良好的镁合金。近年来开发出的ＡＺ９ｌＤ、ＡＺ９１Ｅ、ＡＺ９１ＨＰ等高纯耐腐蚀镁合金，利用注射成形工艺制造汽车结构用零部件，使其性价比有了很大的提高，且零件表面细腻，并形成呈环状的Ｍｇ－ＡＩ金属化合物，提高了耐腐蚀性。德国大众公司的Ｖｗｐａｓｓａｔ轿车的变速箱壳体就首次批量采用ＡＺ９１ＨＰ材料制造。此外，还有新开发的ＡＭ５０、ＡＭ６０等铝镁合金材料，具有优异的延展性，也多采用压铸工艺制造汽车车身结构零部件，如整个车门部件可采用ＡＭ６０真空压铸而成。ＡＭ５０、ＡＭ６０也可以用来制造气胎的转向轮芯等。目前汽车用镁合金的大致成分和一般性能见表ｌ所列。ＺＡ９１Ｄ（Ｍｇ－９ＡＩ－０．７Ｚｎ－０．２Ｍｎ）和ＡＭ６０Ｂ（Ｍｇ－６Ａ１－０．２Ｍｎ）是室温应用的压铸镁合金。ＡＺ９１Ｄ常用于离合器支架、转向盘轴凸轮盖支架等，ＡＭ６０Ｂ常用于座位支架和设备仪表板。ＡＳ４ＩＡ过去常用于空冷型汽车发动机的曲轴和风扇套及电机支架，最近ＧＭ公司用于叶片定子和离合器活塞。 表１汽车用镁合金的成分和性能 厶厶大致成分屈服强度抗拉强度伸长率冲击韧性。斑 （％）ＩｄＰａＭＰａ（％）Ｊ 汽车上使用的镁压铸件对减轻质量和提高性能的影响是十分显著的。大众汽车公司的变速器用镁合金铸件，质量减轻４．５ｋｇ；丰田汽车的方向盘加装安全气囊后质量增加，采用ＡＭ６０Ｂ镁合金 压铸件后，质量比过去的钢制品、铝制品分别减　万方数据