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AZ31B鎂合金的概況
AZ31B鎂合金的分類
AZ31B鎂合金按制造工藝鎂合金可分為兩大類:變形鎂合金和鑄造鎂合金。鑄造鎂合金在室溫和高溫下具有良好的機械性能,AZ31B鑄造鎂合金主要用于汽車零件、機件殼罩和通信設(shè)備等。與鑄造鎂合金相比,AZ31B變形鎂合金具有更高的強度、更好的塑性,主要用于薄板、擠壓件和鍛件等。
化學(xué)成分
型號 |
Mg |
Al |
Si |
Ca |
Zn |
Mn |
Be |
Fe |
AZ31B |
余量 |
3.1 |
0.03 |
0.05 |
0.82 |
0.335 |
0.1 |
0.005 |
型號 |
抗拉強度 MPa |
晶粒度 μm |
伸長率 % |
導(dǎo)熱率 W/( m ·K) |
熔點 ℃ |
|
AZ31B |
290 |
8~ 15 |
3~10 |
155 |
650 |
|
鑄造鎂合金AZ31B,具有較高的抗振能力和吸熱性能,因而是制造飛機輪轂的理想材料。鎂合金AZ31B在汽油、煤油和潤滑油中很穩(wěn)定,適于制造發(fā)動機齒輪機匣、油泵和油管,又因在旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運動中產(chǎn)生的慣性力較小而被用來制造搖臂,艙門和舵面等活動零件。民用機和軍用飛機、尤其是轟炸機廣泛使用鎂合金制品。著名的美國B-52轟炸機的機身部分就使用了鎂合金板材635公斤,擠壓件90公斤,鑄件超過200公斤。鎂合金也用于導(dǎo)彈和衛(wèi)星上的一些部件,如中國“紅旗”地空導(dǎo)彈的儀表艙、尾艙和發(fā)動機支架等都使用了鎂合金。
目前,AZ31B鎂合金在汽車上的應(yīng)用也很廣泛。如離合器殼體、閥蓋、變速箱體氣缸蓋、空調(diào)機外殼等。方向盤、轉(zhuǎn)向支架、剎車支架等。為了在汽車受到撞擊后提高吸收沖擊力和輕量化,在方向盤和坐椅上使用鎂合金。根據(jù)有關(guān)研究,汽車所用燃料的60%是消耗于汽車自重,汽車自重每減輕10%,其燃油效率可提高5%以上;汽車自重每降低100 kg,每百公里油耗可減少0.7 L左右,每節(jié)約1 L燃料可減少CO2排放2.5 g,年排放量減少30%以上。所以減輕汽車重量對環(huán)境和能源的影響非常大,汽車的輕量化成必然趨勢。
鎂合金物質(zhì)性質(zhì);
鎂合金的特點:在實用金屬中是最輕的金屬,鎂的比重大約是鋁的2/3,是鐵的1/4。它是實用金屬中的最輕的金屬,高強度,高剛性。
應(yīng)用范圍:鎂合金廣泛用于攜帶式的器械和汽車行業(yè)中,達到輕量化的目的。
鎂合金的比重雖然比塑料重,但是,單位重量的強度和彈性率比塑料高,所以,在同樣的強度零部件的情況下,鎂合金的零部件能做得比塑料的薄而且輕。另外,由于鎂合金的比強度也比鋁合金和鐵高,因此,在不減少零部件的強度下,可減輕鋁或鐵的零部件的重量。
應(yīng)用范圍:手機電話,筆記本電腦上的液晶屏幕的尺寸年年增大,在它們的枝撐框架和背面的殼體上使用了鎂合金。
傳熱性:雖然鎂合金的導(dǎo)熱系數(shù)不及鋁合金,但是,比塑料高出數(shù)十倍,因此,鎂合金用于電器產(chǎn)品上,可有效地將內(nèi)部的熱散發(fā)到外面。
應(yīng)用范圍:在內(nèi)部產(chǎn)生高溫的電腦和投影儀等的外殼和散熱部件上使用鎂合金。電視機的外殼上使用鎂合金可做到無散熱孔。
電磁波屏蔽性:鎂合金的電磁波屏蔽性能比在塑料上電鍍屏蔽膜的效果好,因此,使用鎂合金可省去電磁波屏蔽膜的電鍍工序。
應(yīng)用范圍:在手機電話的殼體和屏蔽材料上使用了鎂合金。
機械加工性能:鎂合金比其他金屬的切削阻力小,在機械加工時,可以較快的速度加工。
耐凹陷性好:鎂合金與其他金屬相比抗變形力大,由沖撞而引起的凹陷小于其他金屬。
對振動沖擊的吸收性:由于鎂合金對振動能量的吸收性能好,使用在驅(qū)動和傳動的部件上可減少振動。
另外,沖擊能量吸收性能好,比鋁合金具有更好的延伸率的鎂合金,受到?jīng)_擊后,能吸收沖擊能量而不會產(chǎn)生斷裂。
應(yīng)用范圍:在硬盤驅(qū)動器的讀出裝置等的振動源附近的零件上使用鎂合金。若在風(fēng)扇的風(fēng)葉上使用鎂合金,可減小振動達到低騷音。此外,為了在汽車受到撞擊后提高吸收沖擊力和輕量化,在方向盤和坐椅上使用鎂合金。
抗蠕變性能:鎂隨著時間和溫度的變化在尺寸上蠕變少。
再生:鎂合金與塑料不同,它可以簡單地再生使用且不降低其機械性能,而塑料很難在不降低其機械性能再生使用。
鎂合金與其他金屬相比,熔點低,比熱小,在再生熔解時所消耗的能源是新材料制造所消耗的能源的4%
得益于中國汽車工業(yè)和3C等行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級及其中國經(jīng)濟地位的顯著提升,鎂合金行業(yè)令市場看好。其中,汽車行業(yè)的輕量化,環(huán)?;枨?,尤其是新能源汽車的發(fā)展,以及鎂合金研發(fā)技術(shù)和回收利用技術(shù)的不斷進步,對促使鎂合金的廣泛應(yīng)用將是利好消息。
《中國鎂合金行業(yè)市場前瞻與投資預(yù)測分析報告前瞻》預(yù)計,2015年,國內(nèi)汽車用鎂合金將達到68kg/輛,而同期我國汽車銷量將突破2800萬輛,乘用車銷量將達到1960萬輛,自主品牌汽車企業(yè)通過產(chǎn)業(yè)兼并、技術(shù)研發(fā)和市場渠道開拓等因素作用,銷量將突破1000萬輛。
與此同時,鎂合金在醫(yī)藥化工和航空航天工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也將得到成長。由于下游終端汽車消費市場的穩(wěn)步增長,預(yù)計2015年,全球鎂合金市場為600萬噸,年均復(fù)合增長率(CAGR)為20%-25%(其中包含了交通工具、3C、航空航天和醫(yī)藥化工領(lǐng)域鎂合金的應(yīng)用)。
此外,作為有色金屬合金行業(yè)的子行業(yè),鎂合金行業(yè)在中國制造工業(yè)的的升級過程中得到實惠。作為資金、材料密集型行業(yè),原材料價格的穩(wěn)定和較低水平、鑄造件行業(yè)的整合集中、技術(shù)研發(fā)的進步等都將較為有利于鎂合金行業(yè)的發(fā)展,市場較為看好。
鎂合金活性很高,如果制件表面沒有處理完全,如鈍化效果較差時,不可以涂裝油漆。鎂合金與油漆中的氧很容易結(jié)合,形成疏松的輕質(zhì)氧化鎂;或油漆質(zhì)量不高,潮濕的空氣進入空隙后,直接與鎂合金反應(yīng),生成氫氧化鎂,這些產(chǎn)物類似建筑物的混凝土和磚表面析出的堿性白霜一樣,產(chǎn)物析出數(shù)量多時,體積膨脹,即可將漆膜頂破。在生產(chǎn)中遇到的這種問題非常多,南方天氣潮濕,問題更嚴(yán)重。所以復(fù)雜零件的處理,均以溶液浸泡方式為宜,如化學(xué)鈍化、電化學(xué)鈍化、電鍍和微弧氧化等,以微弧氧化處理的品質(zhì)最高,其他各種噴涂、離子濺射、氣相沉積等,具有一定的方向性,處理表面不完全。 鎂合金相對比強度(強度與質(zhì)量之比)最高。比剛度(剛度與質(zhì)量之比)接近鋁合金和鋼,遠(yuǎn)高于工程塑料。在彈性范圍內(nèi),鎂合金受到?jīng)_擊載荷時,吸收的能量比鋁合金件大一半,所以鎂合金具有良好的抗震減噪性能。鎂合金熔點比鋁合金熔點低,壓鑄成型性能好。鎂合金鑄件抗拉強度與鋁合金鑄件相當(dāng),一般可達250MPA,最高可達600多Mpa。屈服強度,延伸率與鋁合金也相差不大。
鎂合金還個有良好的耐腐蝕性能,電磁屏蔽性能,防輻射性能,可做到100%回收再利用。鎂合金件穩(wěn)定性較高壓鑄件的鑄造行加工尺寸精度高,可進行高精度機械加工。鎂合金具有良好的壓鑄成型性能,壓鑄件壁厚最小可達0.5mm。適應(yīng)制造汽車各類壓鑄件。鎂合金在汽車上最早的應(yīng)用是三十年代英國倫敦城市公交的曲軸連桿箱體鑄造件。在那個時期,生產(chǎn)出50多萬件拖拉機變速箱殼體,而且至今仍在生產(chǎn)。在汽車動力系中,鎂的應(yīng)用數(shù)量最大的公司是大眾汽車公司。這些部件的重為17公斤,比它所替代的鑄鐵件要輕50斤。
隨著市場對鎂產(chǎn)品需求應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬,從航空、航天、汽車零部件、鋼鐵脫硫、合金壓鑄件、3C產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用,到民用產(chǎn)品的不斷研發(fā),以及鎂合金技術(shù)的進一步研究,鎂產(chǎn)品的發(fā)展愈來愈顯現(xiàn)出它獨特的不可替代的優(yōu)點。同時由于鎂合金較好的加工性能、較強的機械性能、重量輕、韌性好屏蔽性好,特別是具有極強的回收性能,越來越受到人們的青睞。中國六大鎂合金基地建設(shè)已經(jīng)初具規(guī)模,形成了重慶—鎂合金汽車、摩托車制造,青島—信息和通信產(chǎn)品開發(fā),上海—汽車工業(yè)應(yīng)用,深圳—鎂合金壓鑄設(shè)備,遼寧—氧化鎂及鎂礦開發(fā),寧夏—鹽湖鎂資源開發(fā)布局。
優(yōu)點:①密度小,比鋁輕1/3,其比強度(抗拉強度與密度之比值)較鋁合金高;②疲勞極限高;③能比鋁合金承受較大的沖擊載荷;④導(dǎo)熱性好;⑤鑄造性能好;⑥尺寸穩(wěn)定性好;⑦易回收;⑧有良好的切削加工性;⑧有較好的減振性能;⑩在諸多方面比工程塑料優(yōu)越,可替代工程塑料;@在煤油、汽油、礦物油和堿類中的耐蝕性較高等。
鎂及其合金對氧具有很高的化學(xué)親和力,特別是在熔化和碎屑、粉塵狀態(tài)下,更增加了與氧接觸表面,當(dāng)加熱溫度達到400℃~430℃以上就有產(chǎn)生燃燒爆炸的危險。
所以:
(1) 鎂及鎂合金機械加工主要防火安全要求:加工時最好與黑色金屬加工分開,設(shè)在單獨的隔離內(nèi):為了避免摩擦發(fā)熱,避免碎硝粉塵,應(yīng)盡量選用大前、后角、大排屑槽的鋒利刀具,選用大走刀量和大切削深度,切削進給結(jié)束要立即退刀;不得使用含水份的冷卻液,切屑時應(yīng)及時清除并存放在指定地點,不得與其它切屑混在一起;切屑起火可用干砂撲滅,切不可用水。
(2) 鎂合金熔化防火安全要求:鎂合金熔化不僅容易引起燃燒,而且使用氟化物作熔劑腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重。因此鎂合金的熔化,澆鑄應(yīng)在一、二級耐火等級具有特殊抗腐蝕措施的單獨廠房,熔化和澆鑄地方不準(zhǔn)敷設(shè)蒸氣和水管,用水浸潤坩鍋應(yīng)在有防火隔墻的單獨房間;熔化鎂合金是在溶劑層下進行的。熔劑形成熔融狀隔膜,使熔融的鎂合金與空氣隔離,防止氧化燃燒;在砌爐襯或修爐時,不要使用水玻璃或其它硅酸鹽和硅磚,因為萬一發(fā)生坩鍋燒穿時,熔融的鎂合金與其作用可能發(fā)生爆炸,應(yīng)保證坩鍋制造質(zhì)量,定期檢查和清除氧化皮,如底部厚度減薄超過原有50%應(yīng)予報廢,發(fā)現(xiàn)坩鍋外壁有干枯熔劑,即表明已有滲漏,應(yīng)報廢;坩鍋開始有滲漏現(xiàn)象,即發(fā)現(xiàn)爐膛內(nèi)產(chǎn)生白煙,應(yīng)立即停止加溫查明原因,如煙霧急劇增加、應(yīng)立即將鎂合金熔液掏出或?qū)③徨伒跗?,注入干燥并?jīng)過予熱的槽子或鎂模內(nèi);在撲滅熔融或坩鍋燒穿流入爐膛內(nèi)的鎂合金必須用鎂合金專用滅火劑,如發(fā)生小型燃燒,也可用鎂合金型砂撲滅。注意切不可用砂子,因為砂中的二氧化硅與燃燒的鎂起反應(yīng),會放出大量的熱,反而促使鎂的燃燒。
(3) 鎂合金焊接、熱處理的防火安全要求:鎂合金焊接、熱處理在預(yù)熱和加熱前應(yīng)除去零件上的毛邊和鎂合金碎硝,零件不得和加熱爐的電阻絲直接接觸,在鹽爐內(nèi)進行熱處理時嚴(yán)格控制溫度,一般不應(yīng)超過430℃。
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