车辆结构构件中镁合金的实践

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车辆结构构件中镁合金的实践

钟全能 (四川工业科技学院 四川省德阳市 618500)

摘 要： 随着我过社会经济的发展，汽车已经在我国有了非常高的普及度。而汽车结构中采用镁合金构件能够实现汽车的轻量化，汽车排污量的降低以及驾乘动力性能的提升都要依靠汽车的轻量化，并且还能够很大程度的提升汽车在驾驶过程中的灵活性、稳定性以及安全性。因此，本文就车辆结构构件这种镁合金的实践应用做出探究，并提出若干意见，以望参考。

关键词：车辆结构；镁合金；实践

1 前言

我国人民的生活质量随着社会主义现代化建设的不断深入而明显提升，汽车在我国已经成为人们出行的主要交通方式，汽车的人均拥有量也大幅度增长，在汽车为人类出行带来便利的同时也给环境带来了巨大的影响。现代汽车工业发展中一个无可逃避的部分就是节能减排，而站在汽车车辆的角度上来说，节能减排的实现方法多种多样，而镁合金材料在车辆结构中的使用就能有效的满足节能减排，绿色环保的要求。

2 镁合金的优势

车辆结构构件中采用镁合金能够给汽车带来显著的优势[1]：

第一，镁合金在车辆结构构件中的应用能够实现汽车的轻量化，汽车燃油消耗量也会明显减少。

第二，镁合金材料有与铝合金铸件相比拟的伸长率、屈服强度以及抗拉伸度。

第三，镁合金具备良好的耐腐蚀性，防辐射性以及电磁屏蔽性，能够用于一些高精度的构件加工中，同时由于镁合金材料具备的良好热传导性，如果用于汽车轮毂的压铸上，能够在制动摩擦时散发热量，将制动的稳定性进一步提升。

第四，镁合金材料有很强的尺寸稳定性以及压铸成型性，能够达到最小的0.15mm的压铸件壁厚，在各类汽车压铸件中都能够适用。

第五，镁合金材料的阻尼系数良好，相较于铝合金以及铸铁的消震性能更加优良，在车辆壳体中使用镁合金可以有效的将噪声降低，在汽车座椅或轮圈中使用可以降低震动，使汽车的舒适性以及安全性显著提升。

第六，镁合金材料便于回收，并且将回收过来的镁合金材料进行二次熔融能够再次浇铸，并且其自身的力学性能不会受到任何影响。

3 车辆结构构件中镁合金的应用现状

镁合金化合物在1755年在地壳中被人类发现，在1808年开始被人们逐渐加工，直到1909年镁合金构件才首次出现，在德国大众汽车公司1936年在甲壳虫汽车的曲轴箱以及传动箱壳体中已经全部采用镁合金。在20世纪80年代左右人们对于镁合金材料的开采量明显增加，镁合金材料的价格出现大幅度下降，并且压铸技术也越发完善，汽车领域对于镁合金压铸件的应用已经愈发成熟。镁合金材料在汽车上应用至今，已经有70多种零件可以采用镁合金进行生产，仪表盘框架、座椅支架、方向盘、变速器外壳以及离合器外壳等等都能够采用镁合金材料进行生产，并且随着科学技术的发展，现代汽车中镁合金材料主要用于车辆的底盘系统、车体系统、引擎系统以及传动系统上。

3.1 底盘系统

轮毂是底盘系统轻量化进程中的一个生力军，镁合金轮毂主要还是应用于赛车或者是概念车方面，镁合金轮毂有较好的降震以及减重功能，但是并没有批量化的生产[2]。在一些高档的民用车中也有镁合金轮毂的应用，并且大有将镁合金轮毂普及的趋势，以宝马公司为例，该公司生产的镁合金轮毂与以往的铝合金或钢制轮毂相比，在提升抗震性能的同时还能够将重量显著降低。

3.2 车体系统

车体系统中大量应用到镁合金材料的部位就是仪表面板，90年代中期就有大量的镁合金仪表面板在汽车结构中广泛的应用[3]。随着科学技术的发展，镁合金仪表门面板的重量以及壁厚都有很大程度的降低。其中更是有汽车公司研发的仪表盘托架设计方法能够将镁合金仪表板的重量降低50%并且能够达到2.3mm的壁厚，在这个基础上，镁合金仪表盘的自身的刚度以及防撞性能并没有受到影响。另外在车体系统中前置结构件中也有镁合金材料的应用，镁合金材料压铸的撞击传感器、护罩、前大灯以及散热器等20多个部件，替代了以往钢铸部件，将前轮承受的压力减少15公斤，在保持车辆耐用性以及扭转刚度的基础上实现了安装简易化，并且由于汽车前轮所受到的压力减小可操作性也能够显著提升。

3.3 引擎系统

在抗潜变性以及耐高温性上汽车引擎有着较高的要求，因此镁合金材料构件尚未得到普及，但是随着科学技术的进步，宝马公司在2004年已经研制出由镁合金材料制成的直列六缸轻量化发动机，是汽车引擎系统中镁合金材料应用的一个全新里程碑。

3.4 传动系统

缸前盖、四轮驱动分动箱以及手动变速箱是目前汽车传动系统中镁合金在应用的主要部分，通常采用的镁合金是AZ91合金[4]。相较于以往的铝制箱体，镁合金箱体可以将箱体自重减少30%左右，并且镁合金手动变速箱的相关生产技术已经相当的成熟，在许多民用汽车品牌中都有良好的应用。镁合金分动箱的应用历史在北美已经接近二十年，北美分动箱中镁合金制造的分动箱已经高达50%以上，镁合金分动箱也有明显的减重效果，同时还可以保持良好的减噪性能。

而相较于我国而言，国产汽车技术的进步已经将镁合金汽车零部件开发工艺以及镁合金压铸装备国产化等问题解决之后，镁合金已经在国产汽车结构构建中得到了广泛的应用。我国一些汽车生产商在汽车应用镁合金领域的研发方面发挥了重要的带动作用。目前我国上汽集团的桑塔纳系列轿车中，平均每辆轿车都会使用10公斤的镁合金，镁合金在变速器外壳中使用量高达2200吨，除此之外已经进入批量生产镁合金踏板支架压铸件。一汽集团研发出了抗蠕变镁合金，可以良好的应用于汽车动力系统部件的制造中，除此之外，还有三类具有良好应用前景的镁合金材料已经在JM1大马力柴油发动机气门室罩盖中正式应用。同时一汽集团还研发了气缸盖罩盖、方向盘、脚踏板等镁合金压铸件，并也大量的投入生产。红旗系列轿车的镁合金车轮也已经通过了相关道路试验以及检测。二汽集团主要研制了镁合金相关的零件，其中包括发动机汽室罩、真空助力器隔板、自动阀壳体以及变速箱上盖等相关的系列产品。

4 对于镁合金在汽车车辆结构构件上的应用

介于当下汽车行业轻量化以及节能减排的发展大环境下，镁合金材料的相关研究以及其应用都具有较为广阔的空间，在今后的10年之内，每辆汽车中应该达到100公斤的镁合金材料使用量，而镁合金应用的主要部位就是汽车的车身系统、传动系统。因此我们应该从以下几个方面强化镁合金材料的开发与应用研究。

4.1 尽可能将重量减轻

镁合金材料制成的汽车结构构件未来的发展趋势依然是轻量化，有相关的科学研究表明，每当汽车车身自重减轻10%，就会相应降低8%左右的燃油消耗，并且提升6%的燃油使用效率，同时降低2%的噪音。因此，在未来我们应当将镁合金汽车结构构件的重量进一步减轻，以此来提升汽车的使用效率以及经济性。有专家指出，当每辆汽车中镁合金材料用量达到120公斤时，就会让这辆汽车有500公斤的减重，能够使汽车的燃油消耗、尾气排放以及所产生的噪音都有显著的降低。

4.2 将镁合金材料在汽车车辆结构构件中的应用范围扩大

随着科学技术的不但进步已经镁合金材料性能的不断提升，应当将汽车中镁合金材料的应用范围拓宽，利用镁合金技术制造更多的汽车结构构件，将汽车的性能进一步提升[5]。例如，虽然在汽车底盘系统结构中镁合金材料的应用属于起步阶段，但是北美一些汽车制造商就明确了在今后五年内，镁合金材料在底盘结构中的应用会增加到十倍以上。大众集团在42界大众股东年会上就展出了目前世界山最小的一款经济车型，该车自用1L排量，并且全部采用镁合金材料打造汽车款框架，比以往铝合金材料制成的车身框架轻了13公斤。除此之外，该车的座椅框架、变速器壳以及燃油泵壳也都是采用镁合金制成，这也是未来汽车行业发展的大势所趋。因此，我们应当将镁合金材料制成的汽车结构构件范围拓宽，以此顺应汽车领域的发展脚步，真正实现汽车轻量化。

4.3 使用新型镁合金

在对镁合金材料压铸的应用潜力进一步发掘的同时还应当对高韧性、高强度、抗蠕变以及耐高温的新型镁合金材料进行研发，这同样也是汽车镁合金材料的未来发展方向[6]。以色列研制出的新型镁合金材料的耐热性能明显高于AZ91D型镁合金材料，已经广泛的应用于汽车动力部件的制造中。日本研制出了阻燃镁合金材料，并且已经应用在汽车顶箱的制造中，不断提升了镁合金材料的阻燃性能还在原有的基础上将重量大幅度减轻。因此，我国汽车制造领域也应当加强对于新型镁合金材料的研发，将镁合金材料的性能进一步的提升。

5 结语

汽车向着轻量化的趋势发展，而镁合金材料的应用能够有效的提升汽车性能并将汽车自身重量尽最大程度的减轻，同时还能够起到节能减排的良好效果。因此，我们应当加大对于镁合金材料汽车结构构件的研发，同时注重镁合金材料自身性能的提升，以此来实现汽车行业轻量化的发展。

参考文献：

[1]清水和纪，金祥林（译），李琳琳(校).阻燃性镁合金挤压型材的制造技术[J].国外机车车辆工艺，2018，314（6）：35-37+41.

[2]蒋斌.新型高塑性镁合金与复杂构件制备加工[C]//2018中国铸造活动周论文集.2018.

[3]赵鑫.镁合金在车辆结构构件上的应用[J].科技与企业，2016（7）：210-211.

[4]莫日宏.汽车用压铸镁合金的开发与应用新进展[J].金属材料与冶金工程，2013，41（03）：59-63.

[5]康明.镁合金在东风汽车中的应用[C]//第八届21省(市、自治区)4市铸造学术年会论文集.2006.

[6]袁海波，褚东宁，康明，雷健，王泽忠.轻金属材料铝和镁在东风汽车上的应用[J].汽车科技，2011（04）：1-5.