巴彦淖尔锻造镁合金锻造镁合金轮毂

我们采用两步MDF工艺和人工时效，开发了尺寸为100 × 100 × 140 mm3的大型AZ80合金样品。设计的工艺与报道的MDF和老化工艺不同。T5处理后的试样具有均匀的力学性能，极限抗拉强度为430 MPa(工程应力)，断裂延伸率为11.4%，达到了变形Mg-RE合金的水平。MDF在高温下提高了样品的可塑性，从而在180℃具有良好的可伪造性。MDF工艺引入的高密度缺陷包括晶界、位错和层错(SFs)，这些缺陷加速了后续的老化响应。这种良好的强度-塑性协同作用是由细晶粒和粗晶粒组成的整体双峰组织、纳米级β-Mg17Al12析出相以及高密度的位错和层错同时作用的结果。由于镁合金的力学性能不依赖于添加特定元素而产生的强化机制，所设计的工艺可以使镁合金的整体性能受益。本工作为开发用于承重部件的大尺寸镁合金坯料提供了一条有效途径。

镁主要被铝和钢铁生产商用作生产汽车部件和其他产品的关键合金元素。总之，合金化占镁需求的50%以上。

除了合金之外，镁的下一个主要市场是近净形铸件的生产。例如，镁是用于生产结构性方向盘框架的常用材料之一，主要是因为它易于高压压铸(HPDC)[2]。转向柱的圆形形状固有刚性，弥补了镁的低刚度（模量）。镁合金在能量吸收方面也表现良好，这是在车辆碰撞中为乘客提供保护的主要要求。此外，镁具有良好的减振特性，这对客户的舒适度至关重要，而这也是客户如何看待汽车质量的一个主要因素。

在镁铸件的生产中，AZ91由于其强度高、延伸率适中，常用于结构件和盖板。对于那些提供耐撞性的挤压区部件，AM50和AM60更为常见，因为它们的伸长率为10-15%，这是能量吸收的关键属性。所有这些合金都很容易获得。它们以原生镁的形式生产（主要通过低成本的Pidgeon工艺）或通过回收供应。

镁压铸件的前景非常好。根据Ducker在2021年8月的报告，汽车中镁铸件的平均使用量将从2016年的每辆汽车3.6千克增加到2030年的每辆汽车11.5公斤。这里提到的压铸件以及车门内件将构成这一增长的大部分[3]。

目前镁锻件在汽车中的使用受到严重限制。镁锻件的主要用途是生产车轮。镁似乎是车轮生产的天然材料，因为更轻的车轮有很多好处。重量轻的车轮确保小的滚动阻力、大的加速和制动效率以及佳的燃油经济性。目前，锻造镁合金轮毂可用于赛车，甚至被强制用于方程式赛车。然而，镁合金车轮并不常用于任何街道车辆，尤其是那些在雪季撒盐时需要在街道上行驶的车辆。
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。
镁合金可以通过压铸、挤压、锻造等多种成型方法，实现复杂形状零部件的大规模生产。镁合金在高温下依然具有良好的塑性和抗变形性，有利于热加工和成形。

科学家和工程师通过添加合金元素或进行表面处理等方式，有效改善了镁合金的腐蚀性能，使其适用于更广泛的应用场景。


镁合金是一种环保材料，它可以与环境中的氧气和水进行反应，生成氧化镁和氢气，不会产生对环境有害的废弃物。镁合金具有很好的可回收性，对于节约资源和保护环境具有积极意义。

它作为轻量高强的未来材料之选，具有诸多优势，包括高强度与轻量化优势、良好的加工性能和成型性，以及其耐腐蚀性与环保特点。

这些优势使得镁合金在航空航天、汽车工业和医疗设备等领域拥有广泛的应用前景，同时也为材料科学领域的研究者带来了新的挑战和机遇。