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        發布時間2021-08-04,由cyanbat發布 | 關鍵詞:鎂合金

        鎂合金在交通運輸中的應用

        鎂合金因其低密度而一直吸引著設計師,在航空航天工業中僅為鋁合金的三分之二,因此如果用于輕量化機身結構,它可以成為一項創新技術。這是廣泛使用鎂合金鑄件和鍛造產品的主要因素

        由于環境污染和減少燃料消耗的需要,新型輕質材料目前被插入到運輸車輛工業的世界戰略中。因此,該行業承擔了開發此類合金的部分風險,但實際上,其中一些已經在學術水平上進行了。這些合金的必要性和特性的某些方面是:低成本、絕緣(隔音和隔熱)、沖擊安全、變形強度、可回收性和保證(以老化為例)。所有這些方面都與新車型的增加有關,并反映在越來越復雜的生產計劃中(Raynor,1959;Roberts,1960;Eliezer 等,1998)。

        然而,要使用這種輕質材料,必須提高若干機械性能并改進技術性能。近年來的另一個要求是對優異的耐腐蝕性能,并且新的鎂合金已得到顯著改善。機械性能和耐腐蝕性的改進導致人們對用于航空航天和特殊應用的鎂合金產生更大的興趣。

        鎂合金還用于許多其他工程應用,其中重量輕是一個顯著優勢。鎂 - 鋯 - 鋁合金往往用于相對較小的應用,在這些應用中,它們通過砂或熔模鑄造進行加工,或者通過擠壓或鍛造進行鍛造。

        實際上,眾所周知,由于您的產品在市場上的補充應用,鎂的初級生產有所增長。2010 年全球原鎂總產量約為 809,000 噸。主要生產國為中國65.4萬噸、美國4.5萬噸、俄羅斯4萬噸、以色列3萬噸、哈薩克斯坦2萬噸、巴西1.6萬噸(中國鎂協;美國地質調查局)。

        汽車自發明以來已有一百多年的歷史,輕合金自 1915 年開始使用。在 30 年代,鋁幾乎完全取代了鑄鐵作為活塞的主要部件。在同一十年,在德國,鎂合金被用于生產凸輪軸和齒輪箱,這導致當時汽車總重量至少減少了 7%。

        傳統上,鎂合金的發展受到航空航天工業對輕質材料在日益苛刻的條件下運行的要求的推動。在過去十年中,一些重型鎂部件已組裝在乘用車中,例如齒輪箱外殼和曲軸箱(Aghion,2003 年)。

        在鎂加工、合金開發、連接、表面處理、耐腐蝕性和機械性能改進方面仍需要大量研究。通過六價鉻浴為鎂壓鑄生產的表面涂層已被用于提供獨立保護和作為涂漆的預處理。已為鎂合金開發了鐵氟龍樹脂涂層;最初的涂層是通過鋁氣相沉積和特氟龍樹脂涂層完成處理獲得的。Teflon 樹脂涂層是一種低成本、無鉻的鎂合金耐腐蝕涂層。該涂層不僅具有耐腐蝕性能,而且具有良好的潤滑性、高摩擦阻力和非潤濕性(Kulekci,2008)。

        這些新項目涉及對現有鎂鍛造產品(板材和擠壓件)的改進和開發,為輕量化機身應用提供顯著改善的靜態和疲勞強度性能(材料模型的開發和用于預測成形的失效標準)過程、部件的塑性變形和失效行為;材料適應設計和結構行為評估,以關閉航空部件的過程和開發鏈)。

        這些創新材料的比強度性能要求對于結構應用(二級結構)高于 AA2024,對于非結構應用要求高于 AA5083。在項目開始時,將開發新合金并測試實驗合金。適當的制造(軋制、擠壓)、成型和連接技術需要對創新材料和應用進行開發、模擬和驗證(Hombergsmeier,2011 年))。技術目標是將機身結構、系統和內部組件的重量減輕多達 30%。戰略目標是將運營能力提高 10%,將直接運營成本降低 10%,最終將燃料消耗降低 10%,從而減少排放和噪音對環境的影響(Hombergsmeier, 2009 年)。

        關于腐蝕也是一個需要根據航空航天要求和先進設計理念采用新的表面保護系統來解決的問題。鎂中添加化學元素和特殊表面處理,避免易燃(自燃溫度);具有共晶相、低熔點的鎂合金首先通過與鋁合金的比較研究而點燃(Hombergsmeier,2011 年)。

        為了這些目的,現在有一些生產這種輕合金的新技術,特別是:粉末冶金 (PM),它本質上是一種將小顆粒(尺寸從納米到幾十微米)轉化為形成均勻細粒結構材料的固結過程;依賴于生產過程的噴霧成型技術,該技術允許通過沉積半熔融狀態的噴涂顆粒來生產零件和組件,這些顆粒將在注塑模具中與基材和金屬泡沫結合在一起。此外,納米結構材料一直是材料開發中的佼佼者,主要是由于它們在晶粒或超細顆粒的微觀結構與機械性能之間的特殊關系,

        固態粉末冶金的發展使得將溶質值增加到常規冶金極限之上成為可能,為鎂和鋁合金開創了一個新時代。增加“三分之一”合金元素的數量賦予這些合金新的特性,例如室溫下的高變形率、微觀結構的細化(超細晶粒或納米結構材料)、冷加工和熱加工加工的新條件、焊接、耐磨性、增加以硬度為例。

        此外,鎂和鋁合金的可回收性是汽車行業選擇使用的一個不斷增長的因素,因為現在可以回收高達 99% 的鎂和鋁制成的零件和零件,這降低了運輸成本,這也很好為了環境。

        新聞生產技術尋求最大限度地減少其過程中使用的能源數量,可回收性表明,與產生“生態補償”的初級鎂和鋁相比,能源可節約 95%。

        材料和輕合金新技術研究的另一個影響是模型壽命的縮短。新材料和合金通常比商業材料更昂貴,因此直接需要投資以降低此類合金的生產和開發成本,以便在汽車生產過程中大規模使用。

        盡管輕合金和新技術輕合金的引入是不可改變的趨勢,但由于前面提到的高成本,今天有效的利用仍然更適用于競賽或運動型汽車和摩托車。然而,如果與汽車的存在相比,輕合金的使用從最早到最新的商業模型呈指數增長。與第一輛汽車中使用的幾公斤相比,1970 年代對此類技術發展的影響是顯著的。所有這些因素都有助于對此類材料進行新的研究和開發,用于汽車工業(運輸)的結構和機械應用。

        近年來,全球鎂材料開發的努力已經多樣化,目標是新的汽車、航空航天以及生物醫學應用。1990 年代,在不使用第二次手術移除修復植入物的情況下,組織進行了艱苦的再生努力。該領域的研究重點是開發具有低生物降解率的新型鎂合金。鎂的新興應用領域是全球鎂材料開發工作的投入。跨學科和國際合作將是開發鎂作為具有廣泛應用的環保結構材料的全部潛力的關鍵(Beals 等,2007)。

        一個有益于鎂利用的非常有趣的計劃是 MagForming,這是一個國際項目(12 個不同的合作伙伴),旨在使用航空航天原型推進一系列鎂合金擠壓、板和板形式的成型方法的最先進技術。這包括鍛造、超塑性成型、輥彎成型、墊塊成型、深沖和蠕變成型。該項目旨在通過生產航空航天原型部件為所有這些方法開發最佳實踐。數據導致生產用于測試的有用部件,可能導致在部件取自的系統和結構區域中使用鎂(戴維斯等人,2009 年)。

        如前所述,直到 1950 年代,鎂合金已廣泛用于飛機。由于一些主要缺點,例如高腐蝕敏感性以及在極端條件下的易燃性,金屬和塑料等其他材料越來越多地取代鎂。根據近期研究項目的結果,空中客車公司正在重新評估在飛機中引入鎂合金的情況,這些項目表明不同合金和產品形式的一些有前景的應用。此外,空中客車公司正在開發和研究實驗室規模的火災測試程序的方法,以確保符合 FAA 對飛機防火安全的規定(Knüwer 等人,2009 年)

         


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        文章來源:百度百科   作者:@青蝠科技


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