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找你镁!汽车中哪些部件能用到金属镁?

发布时间:2014-11-04 17:10:20 来源:陕镁电商 查看次数:

  镁在汽车中的应用历史悠久。第一辆应用镁的汽车是1921年美国的“Indy 500”,应用部件为赛车发动机活塞。 资料显示镁在世界性的汽车内部应用方面取得了显著的进步,替代了仪表盘、方向盘和转向柱组件中大部分的钢铁冲压制品。在动力传动系统的领域里,北美在大型货车生产中镁制四轮驱动变速箱外壳取得领先优势,而欧洲在将最新研发的防裂缝镁合金应用到生产发动机壳体和变速箱壳体方面积极的扩大了镁的使用。只有有限数量的壳体和底盘部件目前是镁合金生产的,而这展示出镁合金在扩展到轻量化汽车构建方面的应用将有巨大的机会。本部分主要讨论的是目前和潜在的镁应用在汽车子系统中。

 


 

镁在汽车中的全球应用情况


系统

部件

北美

欧洲

亚洲

内部

仪表盘

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是

是

膝垫固定器

是


 

 

座椅框架

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是

座椅调节器

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椅盘

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螺型托座

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气囊外壳

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中心控制台罩

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方向盘

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钥匙锁外壳

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转向柱零件

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收音机外壳

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手套箱门

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车窗电机外壳

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车身

车身内部控制板


 

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门内板

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车顶支架

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车窗控制板

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镜托架

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加油口盖

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门把手


 

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备用车胎支架

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机壳

轮毂(跑车)

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ABS安装支架

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制动踏板支架

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是

刹车/油门支架

是


 

 

刹车/离合器支架

是


 

 

刹车踏板杠杆

是


 

 

动力总成

发动机组


 

是


 

阀盖/凸轮盖

是

是

是

四驱变速箱

是


 

 

变速箱体


 

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离合器壳体及火花塞

是


 

 

吸入歧管

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是


 

发动机油盘


 

是

是

交流发电机/交流支架

是


 

 

传输线

是


 

 

油滤适配器

是


 

是

电动机壳体

是


 

 

  内部构造

  既然防腐不是内部构造所要考虑的主要问题,可以看到这个区域得到了镁的绝大多数应用,尤其是仪表盘和转向结构中的镁的应用增长最快。第一镁合金仪表盘支柱由通用公司在1961年压铸生产,比使用锌合金压铸生产的同样部件节省4公斤材料。在过去的10年里设计和压铸的镁合金仪表盘支柱去的了极大的进展。例如,目前的仪表盘通常厚度为2-2.5毫米(与此相比,早期的仪表盘支柱应用厚度约为4-5毫米)并且采用了更多的部件固定和节能,例如在目前的通用别克LaCrosse的生产中所采用的镁合金仪表盘支柱(6.9公斤)。尽管如此,镁合金压铸仪表盘支柱的使用目前还是遇到了强有力的竞争。挤压铝制的仪表盘支柱得以在欧洲产的奔驰上应用。仪表盘设计中使用弯曲钢管(包括或不包括液压成型)和镁合金压铸件相比会稍微重一点,但是其突出的优点是比较便宜。要维持并增进在仪表盘生产中的使用,镁合金设计及薄壁铸造技术必须持续提高以进一步降低重量和成本。使用镁挤压机板状组件的管状设计也应给于探索。使用镁的座椅结构始于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带有三点安全带的座椅结构。在座椅方案的材料选择中,和塑料、铁板已经铝重力铸造设计相比镁被优先选择。由高韧性AM50和AM20镁合金制造的压铸件提供了高强度,极端刚性,低重量和成本的最好结合。和镁在仪表盘中的应用情况相似,在近几年中镁的座椅的设计和制造也经历了显著的提高的过程。现在使用的镁合金座椅结构最薄可以达到2毫米,提供了更大的重量节省。在北美,克莱斯勒为其微型厢式货车最新引进的“Stow-n-Go” 座椅及储存系统中折叠的机械性能要求材料更为轻巧以便于操作,因此第二排座椅使用的是铝合金而第三排座椅的背部框架使用的是镁合金。虽然其他材料,如先进的高强度钢(AHSS)和铝也在这些应用中得以使用,预计镁会在大量进军座椅部件中作为一个轻量级的和具有成本效益的解决方案。


 

  车身

  镁在车身应用中的使用虽有所受限但是最近也在扩张。在1997年引进C-5 Corvette 的时候,通用汽车使用了整片的镁合金压铸件的车顶框架。镁也被用于凯迪拉克XLR敞篷车的可伸缩的硬顶敞篷车顶和屋顶顶部框架。福特F-150卡车和SUV使用了有涂层镁铸件作为散热器的支架[6],道奇蝰蛇有一整块镁合金压铸的前仪表板。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。奔驰S级Coupe的一体式门内件是只有4.56公斤的压铸件。2010年林肯MKT镁掀背式内板是第一次使用的镁合金压铸镁密封系统,并比以往任何时候都能满足55 MPH的后部的碰撞要求。制造这些薄壁铸件(约2毫米)的关键在于达到铸造时所要求的的平滑的模具设计,采用适当的半径和如何使部件坚硬。这些超薄壁压铸件,如封闭的内置件,通过部件的整合往往可以抵消镁超过钢板金属结构所带来的材料成本。

  目前提高镁在汽车车身结构的应用的一个努力就是由加拿大 - 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的团队,并已开发出汽车用镁应用的一些关键使能技术和知识库。在这个项目中开发的技术和知识库,不仅有利于作为测试床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,以及先进的计算工具的开发,如综合计算材料工程(ICME)。这种技术已经通过一个设计好的“演示”结构得以演示并且由USAMP的团队进行创建[55],这种技术采用了搅拌摩擦线性搭接焊(FSLW)和激光辅助穿刺铆钉(LSPR),可以附着粘合或不附着粘合。


  底盘

  铸造或锻造镁车轮已被用于许多高价位的赛车或高性能跑车。然而,其相对较高的成本和镁车轮的潜在的腐蚀问题阻止其在大批量生产的车辆中的使用。第一个在工业中生产的单件镁合金吊架HPDC应用在雪佛兰Corvette Z06中,重量只有10.5公斤,在取代铝合金的吊架时节省了35%的重量。该吊架采用了全新的AE44(Mg-4AL的4RE)合金,它提供了在室温和高温下所要求的高强度和延展性。

  轻量化低成本的镁合金底盘部件例如轮毂、发动机悬架已经控制臂等零部件的生产将依赖于镁合金铸造工艺的大力提高。在生产铝轮毂和铝底盘部件中已经开发了用于各种铸造工艺。这些工艺包括永久模铸造,低压铸造,挤压铸造,半固态金属(SSM)铸造。这些工艺的成功改造使其适应于镁合金,镁铸件就比铝铸件在底盘领域更具有竞争力。例如,镁合金低压铸造和挤压铸造最新的技术发展使镁合金铸造轮毂,控制臂和转向节在和铝合金压铸件竞争是更具有成本领先优势。低成本,耐腐蚀的涂层和新的具有改进的抗疲劳和高冲击强度的镁合金的开发也将加速镁在底盘应用的进一步渗透。


  动力总成

  动力总成铸件的大部分(如发动机缸体,汽缸头,传动箱和油底壳)目前由铝合金制成,也代表了使用具有优良铸造性能的铸造镁合金以实现轻量化的最大的的机会。目前,在北美生产的数以百万计的皮卡和运动型多用途车(SUV)已经使用了镁变速箱。大众和奥迪的镁制手动变速箱在欧洲和中国有大批量的生产。镁阀盖在北美,欧洲和亚洲的许多车辆中使用。这些应用程序的操作温度低于120℃,AZ91合金是最佳选择,因其优异的机械性能,耐腐蚀性和可铸性的组合。

  高温应用,如自动变速器和发动机缸体需要抗蠕变镁合金。奔驰7速自动变速箱使用AS31合金比AZ91合金的抗蠕变性略好[47]。本田推出了新的ACM522(MG-5AL的2CA-2RE)合金来生产本田Insight(小批量混合气/电动车)的油盘,比同比列的铝合金设计节省了35%的重量。另一个重要的发展是宝马Mg/ Al复合材料发动机缸体[7]。这个复合材料缸体包括铝插入件(约占总重量的2/3),和环绕这个铝插件的镁合金AJ62制成的(Mg-6%Al-2%Sr)(占1/3的总重量)的上半部分中包围缸套和水冷却夹套插入过共晶铝合金避免额外的内胆技术的使用,并使高负荷的气缸盖和曲轴轴承的螺栓连接变得容易。插入物还包括水套,从而避免冷却液对镁的腐蚀的潜在的问题[7]。曲轴箱的下段也是由AJ62合金制成的镁压铸件。这个压铸件包括了镶铸的烧结的曲轴上的钢插入件。据报道,这个复合材料混合件要比同类的铝缸体轻10公斤,并且在2000年时应用宝马的的生产中。

  通过对镁强化的发动机原型进行的测功仪实验已经获取了有效的学习能力,而这意味着未来在动力系统中会有更多的镁应用。在美国,多数研发是由美国能源部和美国汽车材料联盟联合赞助,并且是由主机厂商共同完成(通用汽车、福特和克莱斯勒)。美国汽车材料联盟镁动力系统铸件项目(MPCC)其目标是展示镁合金已经能够完全的替代V block engine引擎中的主要铝合金部件。MPCC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)。由低压铸造缸体配套的原型发动机,Thixomolded后密封载体,以及压铸油底壳和前盖,包括从基线全铝发动机所有其他部分由镁来提代已完成。在对原型Mg强化发动机进行的测力实验中已经产生了显著的学习成果,而这预示着有更多的镁将应用在动力系统中。

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