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                中国有色金属工业协会镁业分会
                镁的性能

                  镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一,镁的比重是1.74g/cm3,只有铝的2/3、钛的2/5、钢的1/4;镁合金比铝合金轻36%、比锌合金轻73%、比钢轻77%。

                  镁具有比强度、比刚度高,导热导电性能好,并具有很好的电磁屏蔽、阻尼性、减振性、切削加工性以及加工成本低、加工能量仅为铝合金的70%和易于回收等优点。

                  镁合金的比强度高于铝合金和钢,略低于比强度最高的纤维增强塑料;比刚度与铝合金和钢相当,远高于纤维增强塑料;耐磨性能比低碳钢好得多,已超过压铸铝合金A380;减振性能、磁屏蔽性能远优于铝合金。

                · 镁物理性能
                   除了比重低,镁还有很多其它的良好的物理特性,使之在汽车结构材料应用中,有时比铝和塑料更有应用价值。镁物理性能的主要优点是: 比铝高30倍的减振性能; 比塑料高200倍的导热性能; 其热膨胀性能只有塑料的1/2。

                表1 镁物理性能的优点

                物理性能

                单位

                AZ91

                AM60

                A380 DC

                A356 T6

                尼龙

                ABS

                Sp比重

                g/cm3

                1.81

                1.79

                2.74

                2.69

                1.4

                1.05

                7.8

                传热系数

                W/m0k

                51

                61

                96

                159

                0.33

                0.28

                14

                膨胀系数

                μm/m0k

                26

                25.6

                22

                21.5

                34.5

                76.5

                12

                减振性能

                %@35MPa

                29

                52

                 

                1.2

                     

                比热

                J/L0k

                1900

                 

                2640

                2590

                   

                1200

                熔化潜热

                kJ/L

                673

                 

                1066

                       

                凝固范围

                0C

                470-595

                540-615

                540-595

                555-615

                     

                腐蚀失重
                3天5% NaCL

                Mg/cm/d

                0.02

                0.05

                0.1

                     

                0.5

                 
                 
                 
                · 镁物理性能
                   除了比重低,镁还有很多其它的良好的物理特性,使之在汽车结构材料应用中,有时比铝和塑料更有应用价值。镁物理性能的主要优点是: 比铝高30倍的减振性能; 比塑料高200倍的导热性能; 其热膨胀性能只有塑料的1/2。
                表1 镁物理性能的优点

                物理性能

                单位

                AZ91

                AM60

                A380 DC

                A356 T6

                尼龙

                ABS

                Sp比重

                g/cm3

                1.81

                1.79

                2.74

                2.69

                1.4

                1.05

                7.8

                传热系数

                W/m0k

                51

                61

                96

                159

                0.33

                0.28

                14

                膨胀系数

                μm/m0k

                26

                25.6

                22

                21.5

                34.5

                76.5

                12

                减振性能

                %@35MPa

                29

                52

                 

                1.2

                     

                比热

                J/L0k

                1900

                 

                2640

                2590

                   

                1200

                熔化潜热

                kJ/L

                673

                 

                1066

                       

                凝固范围

                0C

                470-595

                540-615

                540-595

                555-615

                     

                腐蚀失重
                3天5% NaCL

                Mg/cm/d

                0.02

                0.05

                0.1

                     

                0.5

                 
                 
                 
                · 镁机械性能的优、缺点
                  和压铸铝合金相比,镁除了上述物理性能等优点,还具有较高的机械性能。镁的强度和刚度要明显好于塑料,延伸率和冲击抗力则明显好于压铸铝合金。见下表2。

                  镁的强度和硬度比钢低很多。它的拉断强度和疲劳强度也比铝低,见下表3。但是,它的性能重量比(性能/比重)要明显好于所比较的其它材料。从绝对值讲,钢的性能是所有汽车材料中最好的。但镁的屈服强度比是钢的二倍,模量比几乎相同。更有利的是,镁部件在设计和铸造时,可通过变化截面,布置加强筋和改善表面特性,来减轻材料性能低的不利因素,以保证镁部件的质量和耐用性。
                表2 镁机械性能的优点

                机械性能

                单位

                条件

                AZ 91D

                AM 60

                AI A380压铸合金

                AI A356T6

                尼龙

                ABS

                拉断强度

                MPa

                Ambient

                230

                220

                320

                262

                195

                45

                ~330

                屈服强度(拉伸)

                MPa

                Ambient

                150

                 

                160

                185

                170

                40

                ~200

                屈服强度(收缩)

                MPa

                 

                165

                   

                186

                     

                剪切强度

                MPa

                 

                140

                 

                214

                205

                     

                RB疲劳强度

                MPa

                5x108 cyc

                82

                60

                145

                90

                     

                0.1%蠕变强度

                MPa

                1250C

                34

                34

                135

                       

                无缺口冲击强度

                Joules

                 

                6

                22

                3.5

                11

                     

                有缺口冲击强度

                Joules

                 

                1.5

                3.2

                         

                延伸率

                $

                 

                3

                8-15

                4

                5

                8

                17

                30-50

                弹性模量

                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 镁机械性能的缺点

                机械性能

                单位

                条件

                AZ 91D

                AM 60

                AI A380压铸合金

                AI A356 T6

                尼龙

                ABS

                拉断强度

                MPa

                Ambient

                230

                220

                320

                262

                195

                45

                ~330

                屈服强度(拉伸)

                MPa

                Ambient

                150

                130

                160

                185

                170

                40

                ~200

                屈服强度(收缩)

                MPa

                 

                165

                130

                 

                186

                 

                 

                 

                剪切强度

                MPa

                 

                140

                 

                214

                205

                 

                 

                 

                RB疲劳强度

                MPa

                5x108 cyc

                82

                60

                145

                90

                 

                 

                 

                0.1%蠕变强度

                MPa

                1250C

                34

                34

                135

                 

                 

                 

                 

                无缺口冲击强度

                Joules

                 

                6

                22

                3.5

                11

                 

                 

                 

                有缺口冲击强度

                Joules

                 

                1.5

                3.2

                 

                 

                 

                 

                 

                延伸率

                $

                 

                3

                8-15

                4

                5

                8

                17

                30-50

                弹性模量

                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

                 
                 
                 
                · 镁加工性能的优、缺点

                  镁有很好的加工性能,也就是说有很好的铸造性能。和其它材料比,它的制造成本很低,见表4,值得重视的是,尽管每公斤镁锭的价格要比铝和铁贵一些,但它单位体积的成品价格几乎是一样的。

                  镁的物理化学特性使其比铝更适合压铸大型部件。镁单位体积的熔化潜热只有铝的2/3,比热只有铝的3/4,并且有非常低的溶铁性。这些特性使镁压铸件达到和铝几乎相同的生产成本/每公斤。如果再应用生产效率很高的 HOT RUNNER 技术(例如 THIXOMAT的最新成果),镁压铸部件的生产成本比铝还要低很多。

                  当然和其它材料比,镁加工也具有一些增加成本的特性,论述如下,见表5

                表4 镁加工性能的优点

                序号

                优点

                1

                溶化成本只有铝的2/3

                2

                压铸生产效率比铝高25%,金属模铸造比铝高300—500K,消失模铸造比铝高200%

                3

                镁铸件的表面质量和外观明显比铝好(因为模具的热载荷减小,可降低检查频率)

                4

                模具寿命是铝的2倍(或更多,根据模腔形状)

                5

                镁脱棋斜角可很小(可取消随后的机加工),而且表面成形好(因为镁的粘度低)

                表5 镁加工性能的缺点

                序号

                优点

                1

                和铝金属模铸造相比,镁压铸生产有较高的残余废料率(和铝压铸废料产出率相比)

                2

                镁压铸或THIXOMOLD的生产设备投资很高。和铝重力/低压/硝模等工艺比,镁压铸机很贵(因为需要较高的锁模力和充型射料速度),当然它的生产率也是前者的4倍

                3

                镁压铸需要较高的试模成本和较长的试制时间,而钢制部件(制造采用简单的焊接技术按图加工)或塑料部件(可采用低成本原型工装)则简单得多

                4

                和铝低压或金属模铸造比,镁压铸需要较高的模具成本。因为压铸模大并复杂,还要承受高锁模力(当然高生产率也可降低单件产品的成本)

                5

                镁压铸和铝压铸相比,其烧损率要高50K,也就是4%比2%(因为镁的较高的表面活性)

                6

                镁压铸屑片的回收成本.比铝高,干燥的镁屑片不容易回收,潮湿的就更不容易了,必须非常小心,防止着火

                 
                 
                 
                · 镁合金与几种材料的性能比较

                性能参数

                比重g/cm3

                抗拉强度Mpa

                比强度

                屈服强度Mpa

                延伸率%

                弹性模量Gpa

                比刚度

                导热系数w/mk

                减震系数

                AZ91D

                1.81

                250

                138

                160

                7

                45

                25.86

                54

                50

                A380

                2.70

                315

                116

                160

                3

                71

                25.9

                100

                5

                碳钢

                7.86

                517

                80

                400

                22

                200

                24.3

                42

                15

                ABS

                1.03

                96

                93

                 

                60

                   

                0.9