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  • 中國有色金屬工業協會鎂業分會
    鎂的性能

      鎂是地球上儲量最豐富的輕金屬元素之一,鎂的比重是1.74g/cm3,只有鋁的2/3、鈦的2/5、鋼的1/4;鎂合金比鋁合金輕36%、比鋅合金輕73%、比鋼輕77%。

      鎂具有比強度、比剛度高,導熱導電性能好,并具有很好的電磁屏蔽、阻尼性、減振性、切削加工性以及加工成本低、加工能量僅為鋁合金的70%和易于回收等優點。

      鎂合金的比強度高于鋁合金和鋼,略低于比強度最高的纖維增強塑料;比剛度與鋁合金和鋼相當,遠高于纖維增強塑料;耐磨性能比低碳鋼好得多,已超過壓鑄鋁合金A380;減振性能、磁屏蔽性能遠優于鋁合金。

    · 鎂物理性能
       除了比重低,鎂還有很多其它的良好的物理特性,使之在汽車結構材料應用中,有時比鋁和塑料更有應用價值。鎂物理性能的主要優點是: 比鋁高30倍的減振性能; 比塑料高200倍的導熱性能; 其熱膨脹性能只有塑料的1/2。

    表1 鎂物理性能的優點

    物理性能

    單位

    AZ91

    AM60

    A380 DC

    A356 T6

    尼龍

    ABS

    Sp比重

    g/cm3

    1.81

    1.79

    2.74

    2.69

    1.4

    1.05

    7.8

    傳熱系數

    W/m0k

    51

    61

    96

    159

    0.33

    0.28

    14

    膨脹系數

    μm/m0k

    26

    25.6

    22

    21.5

    34.5

    76.5

    12

    減振性能

    %@35MPa

    29

    52

     

    1.2

         

    比熱

    J/L0k

    1900

     

    2640

    2590

       

    1200

    熔化潛熱

    kJ/L

    673

     

    1066

           

    凝固范圍

    0C

    470-595

    540-615

    540-595

    555-615

         

    腐蝕失重
    3天5% NaCL

    Mg/cm/d

    0.02

    0.05

    0.1

         

    0.5

     
     
     
    · 鎂物理性能
       除了比重低,鎂還有很多其它的良好的物理特性,使之在汽車結構材料應用中,有時比鋁和塑料更有應用價值。鎂物理性能的主要優點是: 比鋁高30倍的減振性能; 比塑料高200倍的導熱性能; 其熱膨脹性能只有塑料的1/2。
    表1 鎂物理性能的優點

    物理性能

    單位

    AZ91

    AM60

    A380 DC

    A356 T6

    尼龍

    ABS

    Sp比重

    g/cm3

    1.81

    1.79

    2.74

    2.69

    1.4

    1.05

    7.8

    傳熱系數

    W/m0k

    51

    61

    96

    159

    0.33

    0.28

    14

    膨脹系數

    μm/m0k

    26

    25.6

    22

    21.5

    34.5

    76.5

    12

    減振性能

    %@35MPa

    29

    52

     

    1.2

         

    比熱

    J/L0k

    1900

     

    2640

    2590

       

    1200

    熔化潛熱

    kJ/L

    673

     

    1066

           

    凝固范圍

    0C

    470-595

    540-615

    540-595

    555-615

         

    腐蝕失重
    3天5% NaCL

    Mg/cm/d

    0.02

    0.05

    0.1

         

    0.5

     
     
     
    · 鎂機械性能的優、缺點
      和壓鑄鋁合金相比,鎂除了上述物理性能等優點,還具有較高的機械性能。鎂的強度和剛度要明顯好于塑料,延伸率和沖擊抗力則明顯好于壓鑄鋁合金。見下表2。

      鎂的強度和硬度比鋼低很多。它的拉斷強度和疲勞強度也比鋁低,見下表3。但是,它的性能重量比(性能/比重)要明顯好于所比較的其它材料。從絕對值講,鋼的性能是所有汽車材料中最好的。但鎂的屈服強度比是鋼的二倍,模量比幾乎相同。更有利的是,鎂部件在設計和鑄造時,可通過變化截面,布置加強筋和改善表面特性,來減輕材料性能低的不利因素,以保證鎂部件的質量和耐用性。
    表2 鎂機械性能的優點

    機械性能

    單位

    條件

    AZ 91D

    AM 60

    AI A380壓鑄合金

    AI A356T6

    尼龍

    ABS

    拉斷強度

    MPa

    Ambient

    230

    220

    320

    262

    195

    45

    ~330

    屈服強度(拉伸)

    MPa

    Ambient

    150

     

    160

    185

    170

    40

    ~200

    屈服強度(收縮)

    MPa

     

    165

       

    186

         

    剪切強度

    MPa

     

    140

     

    214

    205

         

    RB疲勞強度

    MPa

    5x108 cyc

    82

    60

    145

    90

         

    0.1%蠕變強度

    MPa

    1250C

    34

    34

    135

           

    無缺口沖擊強度

    Joules

     

    6

    22

    3.5

    11

         

    有缺口沖擊強度

    Joules

     

    1.5

    3.2

             

    延伸率

    $

     

    3

    8-15

    4

    5

    8

    17

    30-50

    彈性模量

    GPa

    Ambient

    45

    45

    72

    73

    8.9

    2.1

    207

    剪切模量

    GPa

    Ambient

    14

     

    27

    28

       

    83

    布氏硬度

       

    65

    60

    80

    80

       

    140

    泊松比

       

    0.35

    0.35

    0.33

         

    0.30

    表3 鎂機械性能的缺點

    機械性能

    單位

    條件

    AZ 91D

    AM 60

    AI A380壓鑄合金

    AI A356 T6

    尼龍

    ABS

    拉斷強度

    MPa

    Ambient

    230

    220

    320

    262

    195

    45

    ~330

    屈服強度(拉伸)

    MPa

    Ambient

    150

    130

    160

    185

    170

    40

    ~200

    屈服強度(收縮)

    MPa

     

    165

    130

     

    186

     

     

     

    剪切強度

    MPa

     

    140

     

    214

    205

     

     

     

    RB疲勞強度

    MPa

    5x108 cyc

    82

    60

    145

    90

     

     

     

    0.1%蠕變強度

    MPa

    1250C

    34

    34

    135

     

     

     

     

    無缺口沖擊強度

    Joules

     

    6

    22

    3.5

    11

     

     

     

    有缺口沖擊強度

    Joules

     

    1.5

    3.2

     

     

     

     

     

    延伸率

    $

     

    3

    8-15

    4

    5

    8

    17

    30-50

    彈性模量

    GPa

    Ambient

    45

    45

    72

    73

    8.9

    2.1

    207

    剪切模量

    GPa

    Ambient

    14

     

    27

    28

     

     

    83

    布氏硬度

     

     

    65

    60

    80

    80

     

     

    140

    泊松比

     

     

    0.35

    0.35

    0.33

     

     

     

    0.30

     
     
     
    · 鎂加工性能的優、缺點

      鎂有很好的加工性能,也就是說有很好的鑄造性能。和其它材料比,它的制造成本很低,見表4,值得重視的是,盡管每公斤鎂錠的價格要比鋁和鐵貴一些,但它單位體積的成品價格幾乎是一樣的。

      鎂的物理化學特性使其比鋁更適合壓鑄大型部件。鎂單位體積的熔化潛熱只有鋁的2/3,比熱只有鋁的3/4,并且有非常低的溶鐵性。這些特性使鎂壓鑄件達到和鋁幾乎相同的生產成本/每公斤。如果再應用生產效率很高的 HOT RUNNER 技術(例如 THIXOMAT的最新成果),鎂壓鑄部件的生產成本比鋁還要低很多。

      當然和其它材料比,鎂加工也具有一些增加成本的特性,論述如下,見表5

    表4 鎂加工性能的優點

    序號

    優點

    1

    溶化成本只有鋁的2/3

    2

    壓鑄生產效率比鋁高25%,金屬模鑄造比鋁高300—500K,消失模鑄造比鋁高200%

    3

    鎂鑄件的表面質量和外觀明顯比鋁好(因為模具的熱載荷減小,可降低檢查頻率)

    4

    模具壽命是鋁的2倍(或更多,根據模腔形狀)

    5

    鎂脫棋斜角可很小(可取消隨后的機加工),而且表面成形好(因為鎂的粘度低)

    表5 鎂加工性能的缺點

    序號

    優點

    1

    和鋁金屬模鑄造相比,鎂壓鑄生產有較高的殘余廢料率(和鋁壓鑄廢料產出率相比)

    2

    鎂壓鑄或THIXOMOLD的生產設備投資很高。和鋁重力/低壓/硝模等工藝比,鎂壓鑄機很貴(因為需要較高的鎖模力和充型射料速度),當然它的生產率也是前者的4倍

    3

    鎂壓鑄需要較高的試模成本和較長的試制時間,而鋼制部件(制造采用簡單的焊接技術按圖加工)或塑料部件(可采用低成本原型工裝)則簡單得多

    4

    和鋁低壓或金屬模鑄造比,鎂壓鑄需要較高的模具成本。因為壓鑄模大并復雜,還要承受高鎖模力(當然高生產率也可降低單件產品的成本)

    5

    鎂壓鑄和鋁壓鑄相比,其燒損率要高50K,也就是4%比2%(因為鎂的較高的表面活性)

    6

    鎂壓鑄屑片的回收成本.比鋁高,干燥的鎂屑片不容易回收,潮濕的就更不容易了,必須非常小心,防止著火

     
     
     
    · 鎂合金與幾種材料的性能比較

    性能參數

    比重g/cm3

    抗拉強度Mpa

    比強度

    屈服強度Mpa

    延伸率%

    彈性模量Gpa

    比剛度

    導熱系數w/mk

    減震系數

    AZ91D

    1.81

    250

    138

    160

    7

    45

    25.86

    54

    50

    A380

    2.70

    315

    116

    160

    3

    71

    25.9

    100

    5

    碳鋼

    7.86

    517

    80

    400

    22

    200

    24.3

    42

    15

    ABS

    1.03

    96

    93

     

    60

       

    0.9

     

     

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