3 镁合匆缺黔阵让的应用前景
镁合金不仅具有铸造成型和机加工性能好、导热、导电性能高的特点,而且还具有一般金属所没有的降噪减震及重量轻,加上其无污染和可全回收的特点,使镁基材料被誉为21世纪最富于开发和应用潜力的“绿色材料”,被广泛应用于航空航天、军事、交通及3C产品等领域中。镁本身的硬度很低,可是与其它金属形成合金并经过热处理后,其强度可以和铝合金媲美。镁的密度比铝的密度小,它可在使用铝后质量减小的基础上再减小10%~12%。自2000年以来,镁在摩托车上的应用一直处于快速发展阶段。目前,镁合金在国产摩托车上的用量平均每辆不足3 kg,但是摩托车使用镁合金的量正以年均增长1%~2%的速度发展,镁合金的开发与应用已成为摩托车材料技术发展的一个重要方向。现阶段,镁合金主要用于制造摩托车发动机箱体、箱盖、消声器、车轮及一些覆盖件等,与传统金属材料相比,镁合金节能效果好、强度高、噪声小。
摩托车发动机零部件的工作环境非常严酷,这类零件有汽缸、汽缸盖、汽缸底座、外罩之类等多是铸造或锻造的,而活塞、凸轮轴、离合器等则有约52%以上是用自由度较高的压铸、重力压铸、低压铸造工艺生产的。架体部分中的手把、制动块、制动板等无论哪种摩托车都用铝合金制造。加重运动型赛车在功能方面不仅要求轻量化和操纵稳定性,而且对外观要求也高,要能吸弓!眼球。车轮与操纵性底部横梁、摇臂支架梁、操纵踏板等已全部采用高强度变形铝合金制造。车体部分既要有一定的强度又要有高的刚度,应主要用变形铝合金,近期也有用铸造铝合金的。车架本体又称车身主梁,简称主梁。在上世纪80年代以前,两轮摩托车主梁一直是用碳素钢管焊接的,跟摇臂式支架梁一样,同样面临着轻量化、高刚性、高强度、高雅外观的挑战。日本从1979年开始生产与销售混合型主梁,1983年铝合金主梁250 mL两冲程加重赛车率先上市。当时主梁的结构与钢管焊接结构相同,采用双摇臂式支架梁,为铝合金挤压型材与锻件焊接结构。
镁合金由于其减振性能极佳,在驱动部件和传动部件采用镁合金对提高摩托车的舒适性至关重要。摩托车采用镁合金的部件包括:轮毂、单侧摇臂、双侧摇臂、前叉夹、前灯总成、发动机盖、离合器边盖、凸轮箱盖、摇杆箱、引擎后盖、调速观察板盖、内气缸盖、阀门盖、镜架、气帽等。摩托车采用镁合金使车重大大减轻、仅轮毂就减小了3kg。整台车可以减小6kg以上,因此,批量生产摩托车镁合金发动机箱盖、箱体、轮毂等配件在摩托车上实现了大规模应用。随着能源及环保问题的制约,镁合金在摩托车中的应用越来越多。采用密度较小的镁合金代替铝合金来制造摩托车轮毂,不仅可以减轻车重,而且由于其弹性模量小,还能使轮毂应力分布均匀。目前,摩托车行业常用的镁合金材料以铸造镁合金为主,如AM、AZ、AS系列铸造镁合金,其中以AZ91 D用量最大。镁合金是一种性能优异的材料,镁合金研发制造技术在重庆日趋成熟,且以镁合金为代表的新型材料业已被列入重庆战略性新兴产业。目前重庆地区生产的已有200余万辆摩托车使用镁合金材质零部件,居全国前列。据悉,以新型镁合金材料制造的摩托车,行驶20万km仅节省的油费就可以再买一辆摩托车。
日本两轮摩托车主梁基本上为铝合金挤压材与铝合金铸件焊接结构,安全可靠,外观亮丽流畅,而欧洲的小型两轮摩托车的车架主梁采用与ADC3合金相当的压铸件,以螺钉连接。管材用高强度可焊接性优良的7003、A7N01合金挤压,还有一部分管材是用A5083合金挤压的,它同样有良好的可焊接性与高的力学性能。焊接主梁的管材合金为AI-Zn-Mg系合金,有高的力学性能,优秀的可焊性,焊缝与过渡区的强度与母材的相差不大,同时有良好的可挤压性能,可生产断面复杂的空心型材与管材,5083合金也是这样的一种优秀变形铝合金。连接主梁与摇臂式支架梁的回转中心铸件必须有高的强度与外表观赏性。制造主梁零件的铝合金应具备如下的性能:高的力学性能,特别是强度与韧性;不仅有相当强的抗普通腐蚀的性能,而且应力腐蚀开裂敏感性应低;可阳极氧化处理性能好,氧化膜色调应均匀一致,有相当强的金属质感;优越的可铸造性能;良好的可焊性。铸造主梁铸件的铝合金有AI-Mg系的AC7A合金,也有AI-Mg-Zn系的,AI-Zn-Mg系的,AI-Si-Mg系的,各企业用的不尽相同。AC4CH合金是一种改良型的AI-Si-Mg系合金,有优越的可铸造性能,扩大了主梁设计自由度,合金的刚性也高,可以铸造大的铸件。合金的开发成功对铝合金主梁的生产与推广起了相当大的作用。