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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

镁机械性能的优点
      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。

镁机械性能的缺点
      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 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

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。

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)

镁加工性能的缺点
      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
 

                    
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