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镁合金在国内外汽车业研究与应用发展
2010年8月4日
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1755年人类发现了镁的化合物,镁作为有使用价值的
材料
始于1808年。直到1886年在德国首先开始应用于工业领域,1909年在德国法兰克福国际航空展览会上,首先出现了用镁
合金
所铸的构件。1916年美国道屋DOW化学公司开始生产工业化电解镁,1927年世界上出现高强度镁
合金
。
汽车生产制造厂商试用镁
合金
压铸件
来减轻汽车重量的方法,至少已有70年的历史。最早如德国的Alder工厂在1927年 1930年,在其生产的每辆汽车上就用了平均73.8kg左右的镁
合金
。德国大众汽车(巴西)公司在1936年——1940年间,曾在其生产“甲壳虫”汽车上的曲轴箱、传动箱壳体等发动机传动系统部件累计用掉了4万吨镁
合金
。美国在1948年-1962年的l0余年间,采用热室
压铸机
生产了数百万件镁
压铸件
,供汽车工业使用。到了上个世纪70年代,因镁
合金
材料
价格上扬,成本增高,汽车工业应用受阻。上个世纪80年代起,汽车轻量化呼声强烈,镁
压铸件
应用加快供汽车工业使用。上个世纪90年代中期,镁
原料
产量大增,价格逐渐与铝
合金
相近,加上镁压铸生产工艺、技术、设备日益完善,镁
材料
应用进入全面成熟阶段,发展空前。1991年全球汽车试用镁
压铸件
2.5万吨,至1995年镁
压铸件
5.6万吨,2000年则达l4.5万吨。已占全球镁
压铸件
产品的80%。镁
合金
材料
在技术上、经济上已经获得了广泛的应用。
目前欧洲正在使用和研制中的镁基
合金
汽车零部件已超过60多种,北美正在使用和正在研制中的镁基
合金
汽车零部件已多达100多种。美国福特汽车公司单车采用30个镁
合金
压铸件
,通用公司采用45个镁
合金
压铸件
,克莱斯勒公司采用20个镁
合金
压铸件
,单车用镁
合金
量为20kg一40kg。福特公司已在2000年新概念车型上每车使用镁
合金
件达103kg。
根据资料显示:今后5年内在汽车工业
材料
应用增长最快的是镁
合金
压铸件
。镁
合金
压铸件
适应做:汽车仪表板;汽车座椅骨架;变速箱壳体;方向盘操纵系统部件;发动机零部件;车门框架;轮毂;支架;离合器壳体;车身支架等等。
工业发达国家采用镁
合金
压铸件
制造汽车零部件的趋势是越来越多。1996年至2001年,全球用于汽车零部件的镁
合金
压铸件
数量平均每年递增25%左右。其中在北美增加速度为30%,在欧洲则超过3O%。我国在镁
合金
的应用是在上世纪50年代末用来制造飞机上结构件。上世纪70年代初,开始应用于风动工具(凿岩机)上,上世纪80年代末上海桑塔纳轿车投产后,镁
合金
才开始应用于汽车工业上。“九五”期间,北京有色金属研究总院和东风汽车公司共同承担了国家“九五”科技攻关项目,对镁
合金
新
材料
及
铸造
技术在汽车上的应用进行了专题攻关研究,目前正在对镁
合金
零件的使用性能进行认证。
1、开发镁
合金
零部件
欧洲正在使用和研制的镁
合金
汽车零部件有60多种,单车用镁
合金
9.3kg-20.3kg。北美正在使用和研制的镁
合金
汽车零部件有100多种,是世界上汽车用镁
合金
量最大的地区。单车用镁
合金
5.8kg一26.3kg。镁
合金
变速杆几乎被日本所有生产自动变速汽车的企业采用。日本大多数生产手动变速汽车的企业也在想尽办法应用镁
合金
变速杆。日本采用镁
合金
座椅架的车种在不断增加。另外,镁
合金
变速箱体、仪表盘、车门内框和车扶手也将在日本生产的汽车上得到广泛应用。权威机构公布的最新统计结果显示:欧美的汽车用镁
合金
压铸件
正在以年均25%的速度增加;虽然当前全世界所有汽车的镁
合金
平均用量只有2.3kg。但是汽车用镁
合金
量正在以年均20%的速度上升。世界各大汽车公司都已经把采用镁
合金
零部件的多少作为衡量其汽车产品技术是否领先的标志。福特汽车公司计划在今后20年内将每辆汽车的镁
合金
用量提高到113kg。当前,发达国家的赛车及部分民用高档车正在使用镁
合金
轮毂,奔驰、宝马、丰田、本田和三菱等汽车公司不久将大幅度提高镁
合金
锻造轮毂的用量。越来越多地采用镁
合金
零部件,是世界汽车产业发展的必然趋势。
日本开发出阻燃性镁
合金
汽车
材料
使车重减轻25%,据报载,日本成功加工出了阻燃性镁
合金
材料
的汽车顶箱(长2000mm×宽670mm×高270mm,重约12.5kg)。与市售FRP(强化塑料)产品相比,重量大约可减轻25%。今后准备通过进一步发展该技术,利用具有良好特性的镁
合金
挤压
材料
和延压
材料
等,从事三维形状更为复杂的产品开发。这种阻燃性镁
合金
将引燃温度比普通情况下提高了200。C-300.C,通过增强其着火燃料性,提高了安全性。
2、研究与应用发展
据报载,通用汽车公司、大众公司、马自达公司、日产公司、三菱公司镁业等、美国三大汽车公司联合对新开发的耐热镁
合金
进行经济和技术评估。大众汽车公司对新开发的耐热镁
合金
进行工业化中试生产和应用,效果良好。国内采用低成本镁、稀土中间
合金
开发新型耐热镁
合金
取得进展。变形镁
合金
及其加工技术正在成为镁
合金
研究和应用领域的热点,包括镁
合金
等通道转角挤压技术。镁
合金
超塑性研究,重要研究方向是:高应变速率超塑性,对于节约能源、提高生产率、扩大应用都有很重要的意义;大晶粒工业态镁
合金
超塑性,研究晶粒较大的工业态镁
合金
在一定条件下的超塑性,因其不需要预加工可节约能源,故有更大的应用前景;镁
合金
低温超塑性。研究镁
合金
在较低的温度下进行超塑性变形的研究。
镁
合金
材料
的研究和应用前景是非常广阔的,相对于其它金属
材料
(如铝、钢等)的研究发展水平,我国与世界发达国家的差距较小,可以说几乎处在同一起跑线上。如果集中国内的优势力量。针对关键科学问题展开研究。就有可能取得重大突破,达到甚至赶超世界先进水平。我国近年在镁
合金
技术开发和应用领域取得了长足进步,作为世界第一“镁”大国要造好镁、用好镁,造福于中国和世界,并在镁的研究领域成为世界领头羊,推动镁
合金
走可持续发展之路,同时还要开展好镁
合金
的重大基础研究。
随着科学技术的飞速发展,现代汽车制造材料的构成,发生了较大的变化。高密度材料的比例下降,低密度材料有较大幅度的增加。金属的应用范围在不断扩大。可以说,从上世纪90年代开始,汽车材料向轻量化、节省资源、高性能和高功能方向发展。现代汽车越来越多地使用铝、镁、钛合金轻合金材料。铝、镁、钛合金在现代汽车的轻量化中将扮演极为重要的角色,被认为是2l世纪最富于开发和应用潜力的“绿色材料”。采用铝、镁、钛合金材料,可提高汽车的安全性,因此将是总的发展趋势。
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