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壓鑄小知識

一、鎂合金的特點

鎂合金是一種輕合金，熔點為650℃。金屬鎂及其合金是工程應用中最輕的金屬結構材料，純鎂的密度僅為1.738g·cm^-3，而常規鎂合金如AZ91密度也只是1.81g·cm^-3，約為鋁的2/3，鋼的1/4，接近工程塑料的密度^[2]，因此將鎂合金應用在汽車領域中可極大地減輕結構件的質量。。

鎂在元素周期表中屬ⅡA族堿土金屬，元素符號Mg，英文名稱Magnesium，原子序數12，原子量24.31，常見化合價+2，其電子殼層結構為1s²2s²2p⁶3s²，熔點648.8℃，沸點1090℃，原子半徑0.172nm，離子半0.072(+2)nm。鎂晶體為密排六方結構，配位數為12，25℃時晶格常數為a=0.3202nm，c=0.5199nm，晶胞的軸比c/a=1.6237，原子間d1=0.31906、d2=0.32030。滑移系數較小，冷變形較困難，當溫度升高到250℃以上時，鎂合金的變形較容易，同時具有較好的可塑性。高純鎂具有良好物理性能以及耐腐蝕性能，但是由于其力學性能差，生產純鎂的生產成本高，在工業生產和結構使用中純鎂受限，所以在純鎂中加入：鋁、鋅、鋯、錳及微量元素鎳等，它們在鎂合金中起到固溶強化、沉淀強化、細晶強化、提高耐熱性等作用，可以作為結構材料廣泛應用。

二、鎂合金在汽車板的應用優勢

與其它金屬相比鎂合金具有很多性能優勢：

（1）密度小，常用金屬中最輕的金屬 例如AZ91鎂合金的密度是1.81g·cm^-3，約為鋁的2/3，鋅的1/4，不到鋼或鑄鐵的1/4，接近工程塑料的密度。對于含30%玻璃纖維的聚碳酸酯復合材料來說，鎂的比重也不超過它的10%。因此鎂合金的使用可有效減輕汽車的質量。

（2）比強度高  抗拉強度、屈服強度、伸長率與鋁合金鑄件相當。從設計者的立場考慮，密度小的金屬若不具有高強度，將沒有意義。實驗顯示，鎂合金的比強度比鋁合金和鋼高。因此在不降低零部件強度條件下，鎂合金鑄件比鋁鑄件的重量減輕大約25%。

（3）熱傳導性好  具有良好的耐腐蝕性能、電磁屏蔽性能、防輻射性能，可進行高精度機械加工，且熱傳導性好，雖然鎂合金的導熱系數不及鋁合金，但是比鋼高近1倍，比塑料材料高10倍。因此鎂合金已廣泛用于壓鑄汽車輪轂上，可有效散發制動摩擦熱量，提高制動穩定性。

（4）良好的焊接和鑄造性能  鎂合金的熔點、比熱容和相變潛熱比鋁合金低，融化耗能較少，固化速度快，動力粘度低具有良好的壓鑄成形性能和尺寸穩定性，壓鑄件生產周期比鋁合金短，易形成薄壁結構件，壓鑄件壁厚最小可達0．15 mm，鎂與鐵的親和力小，固溶鐵的能力低，不易粘模，鑄模壽命比生產鋁合金高2，3倍，適合制造各類汽車壓鑄件。

（5）對振動、沖擊的吸收性能好  具有良好的阻尼系數，鎂合金對振動能量的吸收能力強，消震性能優于鋁合金和鑄鐵，用于驅動和傳動部件上可以降低噪聲，用于座椅、輪圈、方向盤可以減少振動，在汽車發出碰撞后很好地吸收沖擊能量，提高汽車的安全性和舒適性。

（6）抗凹陷性能好  鎂合金與其他金屬相比抗變形能力強，由沖擊而引起的凹陷小于其它金屬。

（7）易于機械加工  鎂合金非常易于機械加工，在無冷卻液、無潤滑劑的情況下能實現高負荷加工，得到光潔的加工面，衡量機械加工的指標之一是動力消耗量。

（8）易于回收再生。回收的鎂合金可直接熔化再進行澆鑄，且不降低其力學性能。鎂合金同其它金屬相比，熔點低，比熱小，在再生溶解時所消耗的能源是新材料制造所消耗能源的4%。此外，鎂合金的電磁波屏蔽性好，外表美觀。

更為重要的是，鎂是自然界中分布最廣的元素之一，約占地殼質量的2.35%，列第八位，僅次于O、 Si、Al、Fe、Ca、 Na、K，由于鎂本征化學性質活潑，在自然界中主要以化合物的形式存在，在陸地上的含量為1.930%，海水中的含量為0.42%，達2.1×10¹⁵t。我國是世界上鎂礦資源最富有的國家。主要含鎂資源包括菱鎂礦：資源總量31.45億t，居世界首位；白云石：資源總量約40億t；鹽湖鹵水：柴達木盆地鎂鹽保有儲量48.15億t^[4]。豐富的鎂礦資源為我國鎂產業的可持續發展提供了最可靠的資源保障。相反，鐵礦及鋁礦資源則相對貧乏一些。已探明世界儲量的鐵礦石與鋁土礦的可采儲量保障年限只有約70年和50年。我國的鐵、鋁資源更加貧乏，儲量僅占世界比例18.7%和2.3%，可采儲量保障年限分別在30年左右和10年以下。

從污染角度講，鋼鐵的質量密度大，消費量大，其制品在使用過程中易造成高能耗和污染排放；鋁雖為輕質材料，但僅鋁電解一個工藝環節的電耗就占到整個有色工業的90％，并也間接導致高污染排放。而被冠以“21世紀綠色結構材料” ^[5]美譽的金屬鎂在這些方面則相對好一些。

據中國有色金屬工業協會數據統計,2008年1?8月份全國共產原鎂44.89萬噸,同比增長16.8%。需要說明的是，由于受到國際各種金屬材料的影響，剛才價格的上升，使鎂合金成本方面的劣勢進一步減小，鎂合金的綜合優勢進一步明顯。因此，對于盛產鎂合金資源的中國來說，中高檔轎車采用鎂合金制作汽車零件也就更加彰顯優勢了。

 

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