Производство автомобилей. Магниевые сплавы

06/06/2017 3:56pm

Автор: редакционная статья

Категории: применение металлопродукции

 

МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ В АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИИ

Особенности, преимущества и недостатки применения магниевых сплавов при производстве автомобильного транспорта. 


    Комбинация легкого веса, высокой удельной прочности и хорошей отливки делает магниевые сплавы перспективным материалом для машиностроения и аэрокосмической промышленности. Сплавы на основе Mg-Al, особенно серии AZ и AM, сочетают в себе прочную прочность и пластичность при комнатной температуре с удовлетворительной коррозионной стойкостью к солевому распылению и отличной литейной способностью.
Снижение веса автомобиля является одним из основных средств, доступных для повышения эффективности использования автомобилей. Высокопрочные стали, алюминий (Al) и полимеры уже используются для значительного снижения веса, но существенное дополнительное сокращение может быть достигнуто за счет более широкого использования магния малой плотности (Mg) и его сплавов. В настоящее время магниевые сплавы используются в относительно небольших количествах для автозапчастей, обычно ограниченных литьем, например, корпусами.
Для легковых автомобилей общее правило заключается в том, что около 86% их общего срока использования энергии с момента производства до момента изъятия или скребков потребляется за счет собственного веса и людей.
     Магний является привлекательным материалом для автомобильной промышленности, прежде всего из-за его легкого веса - на 36% легче на единицу объема, чем алюминий, и на 78% легче железа. При легировании магний имеет самое высокое отношение прочности к весу всех структурных металлов.
Со времени первого нефтяного кризиса в 1970-х годах произошел экономический и законодательный прогресс, позволивший сделать автомобили легче по весу, повысить топливную экономичность и сократить выбросы. Автомобили стали легче по весу благодаря сочетанию размеров, новых конструкций (например, переднего и заднего передних колес), а также переходу к более легким материалам. Наиболее яркие сдвиги материалов были от железа до высокопрочной стали (HSS), от железа и стали до алюминия и пластмасс. Но магний предлагает еще больший потенциал для снижения веса путем вытеснения стали и дополнительной экономии за счет смещения алюминия и пластмасс из применений, уже перешедших из железа и стали.
Магний в изобилии. Это восьмой наиболее распространенный элемент; Морская вода, основной источник питания, содержит 0,13% Mg, что представляет собой практически неограниченный запас. Магний также можно перерабатывать, и внедрение системы переработки будет расширять поставки, и экономить энергию. Значительное увеличение использования автомобилей в конечном итоге потребует расширения производственных мощностей в США.
При разработке традиционных сплавов проводятся экспериментальные исследования со многими различными композициями сплавов. Критерии отбора многокомпонентных легирующих элементов и их составов становятся размытыми в традиционном подходе. Вычислительная термохимия, основанная на методе Кальпада, может дать четкое руководство для таких выборов и может помочь избежать крупномасштабных экспериментов с менее перспективными сплавами.        
Таким образом, это мощный инструмент для сокращения затрат и времени при разработке магниевых сплавов.

Магниевые диски

Рис.1 Магниевые автомобильные диски

Кузовные детали из магниевых сплавов
Рис.2 Кузовные детали на основе магниевых сплавов

    Комбинация легкого веса, высокой удельной прочности и хорошей отливки делает магниевые сплавы перспективным материалом для машиностроения и аэрокосмической промышленности. Сплавы на основе Mg и Al, особенно серии AZ и AM, сочетают в себе прочную прочность и пластичность при комнатной температуре с удовлетворительной коррозионной стойкостью к солевому распылению и отличной литейной способностью.
Эти новые сплавы обладают высокотемпературными свойствами, сравнимыми с обычными алюминиевыми сплавами. Сравнение характеристик масляного поддона, изготовленного из нового сплава магния MRI153M и из алюминиевого сплава A380, показало, что магниевый сплав выполнен аналогичным образом и обладает лучшими демпфирующими свойствами.
Для применения в автомобилестроении требуется также хорошая пластичность для многих компонентов, особенно поглощенная энергия в случае аварии является очень важной проблемой. Одним из направлений в сплаве и разработке процессов для кованых сплавов является оптимизация поглощения энергии материалом. Тем не менее, другие компоненты требуют более высокой прочности, чем пластичность. Таким образом, разработка сплавов соответствует различным требованиям, и некоторые группы сплавов могут быть идентифицированы для обеспечения определенных свойств.
Большинство автозапчастей и компонентов изготовляются из краткого списка обычных материалов. Самый простой подход - посмотреть на использование материалов в основной системе, а затем сопоставить материал с функцией и / или производственным процессом.
Магниевые сплавы имеют два основных недостатка для использования в автомобильном производстве - они демонстрируют низкую прочность при высокой температуре и относительно низкую коррозионную стойкость. Основным этапом улучшения коррозионной стойкости магниевых сплавов было введение высокочистых сплавов. Сплав может еще больше улучшить общее коррозионное поведение, но это не отменяет проблемы гальванической коррозии, если магний находится в контакте с другим металлом и электролитом. Проблема гальванической коррозии может быть решена только с помощью надлежащих систем покрытия.
Помимо проблем гальванической коррозии, связанных с магнием, низкая температура является еще одной серьезной проблемой, ограничивающей использование магния, особенно для силовых агрегатов. Для корпусов коробки передач и блоков двигателей требуется температурная стабильность до 175 ° C.
Кроме того, широкое использование магния и его сплавов в транспортной отрасли ограничено некоторыми свойствами. Низкое сопротивление ползучести, высокий коэффициент теплового расширения (CTE), низкий модуль Юнга, недостаточная пластичность и потребление энергии аварии в конструкциях кузова автомобиля, низкая усталостная стабильность, низкая коррозионная стойкость и износостойкость - это недостатки, которые приходится преодолевать дальнейшим сплавом и / или процессом разработки.
Гальванопокрытия из магния также используются в автомобильной промышленности для декоративного применения, особенно для деталей внутри автомобиля. Для более высокой коррозионной стойкости гальванопокрытие наносят в виде верхнего слоя на конверсионное покрытие / специальную систему слоев с электронным покрытием. Такая система обеспечивает верхний слой хрома коррозионную стойкость солевого аэрозоля 500 ч. Во многих случаях достаточно просто нанести покрытие на противоположную сторону и оставить непокрытый магний (если это не лицевая часть), так как дефект покрытия может привести к усиленной локализованной коррозионной атаке магниевого компонента. Никакая контактная коррозия магния не вызвана анодированным сплавом AlMg3.
Хорошая защита также может быть получена многослойными покрытиями на критической стороне, например, цинковое покрытие в сочетании с катодным  покрытием. Другая возможность - использование Sn / Zn-покрытий вместо цинкования.
     Важным вопросом использования магния в автомобильной промышленности является возможность вторичной переработки. В общем, металлы более пригодны для повторного использования, поскольку их можно расплавить и повторно использовать. В частности, магний имеет более низкую удельную теплоту и более низкую температуру плавления, чем другие металлы. Это дает преимущество использования меньшего количества энергии при переработке, с переработанным магнием, требующим всего около 4% энергии, необходимой для производства нового материала.
Однако в настоящее время процедуры переработки все еще не полностью разработаны и ведутся работы по технологиям, необходимым для переработки отходов с относительно чистых заводов. В будущем может потребоваться проанализировать поток материала, для обеспечения того, чтобы на переработанные материалы приходилось около десяти процентов от общего объема производства магниевых сплавов.

Фото: General Motors
Литература: totalmateria.com


Презентация

Контакты

 

 

Контакты

[email protected]

[email protected]

 г. Днепр

тел. +38 (056) 794-36-74

факс. +38 (056) 794-36-75

моб. +38 (050) 320 69 72

ISSN 20760507

Руководитель проекта - Гринев Владимир Анатольевич

Партнеры