镁合金应该是工程应用中轻的结构金属材料,但目前它们在重要领域的实际利用并不令人满意。镁合金在室温下强度低,塑性差,直接限制了其大规模工业利用。实现商用镁合金的强度-延展性协同作用对于制造镁合金承重部件具有重要意义。近年来,可以使用严重的塑性变形(SPD)工艺来获得超细或细晶粒结构,从而提高金属的强度。Koch提到通过高压扭转(HPT)工艺和等通道角压(ECAP)工艺生产的超细晶粒尺寸金属实现了高强度。研究显示,在Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金经过6次多向锻造(MDF)后,平均晶粒尺寸从200 μm减小到5.1 μm,屈服强度(YS)、极限抗拉强度(UTS)和失效伸长率(EF)显著增强。在SPD方法中,MDF工艺可以开发大尺寸钢坯,同时具有成本低,操作简单的优点。
镁合金锻造的主要特点在于其变形温度范围较为狭窄,通常为70℃左右。通常情况下,在进行锻造时需要使用更高的温度,一般要将空白材料尽可能加热到高温度,以扩大锻造温度的范围,这一过程一般在150℃以下完成。为了防止过热,加热均匀,需要在有强制空气循环的电炉中加热,以加速热量传递,使炉内温度分布均匀,从而控制模锻空白的加热温度。在±5℃范围内。另外,镁合金在低速情况下表现出非常高的热塑性。为了避免裂纹,好用液压机锻造,也可以用机械压力机和螺旋压力机锻造,但不建议用锤模锻造。
镁金属是密度低的金属,并不稀有,因为它是地壳中第八丰富的元素和溶解海水中第三丰富的元素。镁已有几个世纪的历史,可以加工成多种形式,包括铸件、挤压件、板材和锻件。然而,尽管它是一种可能在汽车中很有价值的低密度材料,但它并不经常被纳入轻量化讨论中。本文将探讨镁金属在汽车中的当前用途及其在生产锻造汽车部件中的潜在价值。
镁的弹性模量(刚度)均为45 吉帕(GPa)。相比之下,铝为69 GPa,钢为190-210GPa。许多部件的刚度有限,这是镁需要克服的一个重大障碍。低刚度材料需要更大的横截面才能达到相同的性能。这通常会导致成本增加和部件尺寸变大,从而使部件难以安装在车辆内的允许空间(称为封装空间)中。组件成功案例是刚度来自组件固有几何形状的设计,例如车轮或汽车中控台下方的U 形内部结构。
锻造材料比铸件更,因为它们具有更好的性能,从而带来更好的性能。这使得锻造更适合于面对更高机械载荷的部件。一般来说,锻造零件也往往比铸件更厚,尺寸更小。
镁锻件是由锻坯制成的,锻坯基本上是一根棒或杆,被放入锻压机中,然后被压缩成所需的形状。由于所有坯料都将成为终锻件的一部分,因此每一英寸锻造坯料都需要具有正确的化学成分,甚至是表面。有两种类型的锻坯——铸态锻坯或挤压锻坯。铸态锻造原料不太理想,因为铸造原料往往具有孔隙率,这会导致薄弱点。铸坯也进一步加工,以获得正确的性能。“铸态镁锻件需要在锻造前进行全面机加工、均质化和超声波检测,”美国镁公司的Rick DeLorme解释说]。“注意降低应变和应变率,同时注意在初始镦锻期间保持温度以呈现锻造结构。”
航空航天器的发动机和动力系统工作在高温环境下,因此材料需要具有良好的高温稳定性和抗氧化性。航空航天工业要求材料具有的耐磨性和疲劳寿命,以确保航空器和航天器的长期可靠运行。
镁合金常用于飞机的机身结构,如机身壁板、梁和框架等。由于镁合金的轻质化优势,它可以减轻飞机的整体重量,提高燃料效率和飞行性能。
它也被广泛用于飞机的起落架系统。镁合金具有的强度和耐腐蚀性,在起落架中可以承受高压和冲击载荷,同时也能应对复杂的环境条件。