鋁鎂合金在汽車和航空航天的應(yīng)用ppt課件

,一汽鑄造有限公司佟國棟二0一一年八月,鋁鎂材料在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,一、概述二、鋁在汽車上的應(yīng)用三、鎂在汽車上的應(yīng)用四、我國壓鑄現(xiàn)狀五、汽車有色鑄造砂芯六、壓鑄新技術(shù)結(jié)束語,汽車工業(yè)節(jié)能、安全、環(huán)保成為發(fā)展的三大主題，對(duì)汽車工業(yè)提出了減輕汽車質(zhì)量、降低燃油消耗，提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，改善NVH（噪聲、振動(dòng)、沖擊）的迫切要求。汽車的輕量化已成為世界范圍內(nèi)汽車工業(yè)發(fā)展趨勢，要求汽車生產(chǎn)者積極開發(fā)和應(yīng)用新型汽車材料生產(chǎn)重量輕、耗油少、符合環(huán)保要求的新一代汽車。采用鋁、鎂材料是降低汽車排放、提高燃油經(jīng)濟(jì)性的最有效的措施之一。,汽車材料發(fā)展趨勢：轎車車身的自身質(zhì)量及材料消耗量逐年降低，但鋼鐵、有色金屬等材料仍然是轎車的主要材料。轎車用金屬材料中鋼鐵材料在減少，而有色金屬材料在增加，尤其是鋁和鎂。,北美每輛轎車材料構(gòu)成比,鋁代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼鐵制造汽車，可使整車重量減輕30%40%，制造發(fā)動(dòng)機(jī)可減重30%，鋁質(zhì)散熱器比相同的銅制品輕20%40%，轎車鋁車身比原鋼材制品輕40%以上。用鋁材代替鑄鐵和鋼材制造汽車零部件有顯著的減重效果，汽車上每使用1kg鋁，可降低自重2.25kg，減重效果高達(dá)125%，同時(shí)，在汽車整個(gè)使用壽命期內(nèi)，可減少廢氣排放20kg。即用鋁的減重和排放效果比1:2.25:20。,德國汽車用鋁比例,鋁在汽車上的應(yīng)用,一輛轎車鋁及其合金用量,北美轎車與輕卡用鋁（kg/輛）,歐洲轎車用鋁（kg/輛）,鑄造鋁合金在汽車上的應(yīng)用鋁合金鑄造工藝壓鑄（缸體及各類殼體、支架）金屬型重力鑄造（缸蓋、進(jìn)氣管、活塞）低壓鑄造（缸蓋、缸體）砂型鑄造（進(jìn)氣管、缸體、橫梁）擠壓鑄造（活塞、轉(zhuǎn)向節(jié)）半固態(tài)壓鑄（性能要求高的零件：轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向臂）鑄鍛聯(lián)合工藝（轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向橫拉桿）,汽車主要系統(tǒng)中的鋁鑄件,半固態(tài)鑄件的應(yīng)用控制臂CONTROLARMS車體連接件SPACEFRAMENODES輪轂轉(zhuǎn)向架KNUCKLES支架MOUNTINGBRACKETS車閘主缸體MASTERBRAKECYLINDERS油料管架FUELRAILS防滑制動(dòng)閘閥體ABSHOUSINGS機(jī)殼類件A/CHOUSINGS,擠壓鑄造件的應(yīng)用,國內(nèi)發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀鋁鑄件近幾年，我國汽車鋁鑄件應(yīng)用取得了較大進(jìn)展，轎車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋、進(jìn)氣岐管、變速箱殼、離合器殼等幾乎都采用了鋁鑄件，相當(dāng)比例的轎車裝用了鋁車輪。鋁壓鑄缸體也已經(jīng)開始生產(chǎn)應(yīng)用。國內(nèi)汽車的鋁鑄件的生產(chǎn)應(yīng)用已達(dá)到一定水平。但是與歐美日比較還有很大差距，高性能鋁鑄件還需要進(jìn)口，有些復(fù)雜件工藝的自主開發(fā)能力較差。采用真空壓鑄工藝很少；半固態(tài)壓鑄、鑄造-鍛造工藝處于試驗(yàn)室階段，生產(chǎn)上還沒有采用；缺少大型擠壓鑄造設(shè)備，由于日本等國家對(duì)800噸以上擠壓鑄造設(shè)備限制向中國出口，橫梁等大型擠壓鑄造零件無法國產(chǎn)化。由于引進(jìn)車型或總成國別不同，采用的標(biāo)準(zhǔn)也不同，造成國內(nèi)鋁合金牌號(hào)眾多，給鋁合金廠生產(chǎn)造成困難，不利于鋁合金廠大批量專業(yè)化生產(chǎn)和降低成本。,自19世紀(jì)末葉到20世紀(jì)，金屬材料的消耗與日俱增，金屬礦產(chǎn)資源逐漸趨于枯竭。有資料表明，有些金屬（如銅、鉛、鋅）只能持續(xù)幾十年，有些（如鋁、鐵）也只是1至3百年的事。鎂是地球上儲(chǔ)量最豐富的元素之一，除在地殼表層金屬礦的資源含量為2.3%，位居常用金屬的第8位外，在鹽湖及海洋中的含量也十分可觀。因此，在很多金屬趨于枯竭的今天，加速開發(fā)鎂金屬材料是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一。,鎂合金材料在汽車上的應(yīng)用,鎂合金材料的特性,比重最小的金屬結(jié)構(gòu)材料高比強(qiáng)度和比剛度優(yōu)異的減振降噪效果良好的生產(chǎn)工藝性能可回收重復(fù)利用,鎂合金在汽車上應(yīng)用輕量化效果,2004年每輛轎車鎂合金用量,北美及歐洲的每輛汽車平均用鎂合金3.5，目前年增長率24%，10年后鎂在汽車上的應(yīng)用可達(dá)每車10，F(xiàn)ord公司單車最大用鎂量計(jì)劃可達(dá)到118kg。大眾公司年計(jì)劃達(dá)到178kg。,汽車鎂合金應(yīng)用增長預(yù)測,汽車鎂合金應(yīng)用趨勢,鎂合金鑄造成型壓鑄（冷室壓鑄、熱室壓鑄）半故態(tài)注射成型低壓鑄造（金屬型、砂型、陶瓷型等）金屬型重力鑄造砂型鑄造V法鑄造,汽車應(yīng)用的典型鎂合金件,典型汽車鎂合金零件,.,22,儀表盤骨架,.,23,轎車橫梁,MagnesiumGearboxHousings,大眾公司鎂合金變速箱,(Weight:appr.10,6kg;HPDC),大眾公司鎂合金缸體,Mg-SpaceframeofVolkswagen1-LITRECar,大眾1L汽車鎂合金應(yīng)用,國外最新研究情況,在美國，于2001年開始至2006年6月結(jié)束的美國與加拿大聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目“StructuralCastMgDevelopment”，采用4000t的臥室壓鑄機(jī)和AE44合金，為新款CorvetteZ06研制出了重10.8Kg的鎂合金發(fā)動(dòng)機(jī)托架（frontEngineCradle），與原來16.4Kg鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)框架相比，重量減輕了5.6kg(34%)。,DemonstrationofEngineCradle）”的研究經(jīng)費(fèi)：1.26千萬美元。,國外在經(jīng)歷了鎂合金大型、超大型鑄件等開發(fā)的階段后，進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。,針對(duì)北美地區(qū)大多數(shù)車輛前端重量較大，前端/后端質(zhì)量比超過55/45的現(xiàn)狀，由美國提出，并建議“中美加”參與的“鎂質(zhì)車體前端結(jié)構(gòu)件開發(fā)”項(xiàng)目，擬將采用全鎂的前端，使車輛的前/后質(zhì)量比接近50/50。這一研究打算跨過由鋼到鋁的發(fā)展階段。這標(biāo)志著，鎂在汽車上的應(yīng)用正在從單體提高到子系統(tǒng)水準(zhǔn)。,國外最新研究情況,我國的鎂資源,菱鎂礦儲(chǔ)量居世界首位，約27億噸，占全球儲(chǔ)量的22.5%青海柴達(dá)木盆地的33個(gè)鹽湖中，共含鎂鹽31.5億噸白云石礦儲(chǔ)量更為豐富，現(xiàn)探明的儲(chǔ)量以目前的開采速度，可以開采1000年以上中國的鎂產(chǎn)量占世界的70%,我國鎂合金壓鑄現(xiàn)狀,在國家“十五”科技攻關(guān)等項(xiàng)目的支持和引導(dǎo)下，我國的鎂深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)生了根本性的變化，以應(yīng)用為龍頭的鎂合金產(chǎn)業(yè)鏈正在形成。一汽鑄造公司、重慶隆鑫鎂業(yè)、東風(fēng)、長安建成了汽車鎂壓鑄件生產(chǎn)基地，目前以生產(chǎn)中小殼體件為主，缺少大件復(fù)雜件生產(chǎn)能力。由于資源優(yōu)勢，中國必將成為世界鎂零部件生產(chǎn)基地。,.,33,產(chǎn)量分布：華北地區(qū)53000噸占5.2%東北地區(qū)104000噸占10.2%華東地區(qū)374000噸占36.6%中南地區(qū)342000噸占33.2%西南地區(qū)127000噸占12.4%西北地區(qū)24000噸占2.4%,全國約有壓鑄廠、車間7000多家，各類壓鑄機(jī)約為30000臺(tái)，其中從國外進(jìn)口的壓鑄機(jī)約占總數(shù)的10，國內(nèi)最大壓鑄機(jī)的合模力是40000kN壓鑄件產(chǎn)品主要以汽車和摩托車零件為主，次之為家用電器、電訊、鎖具、建筑裝飾、玩具、車模、五金等壓鑄件。,壓鑄業(yè)現(xiàn)狀,.,34,從生產(chǎn)工藝水平、自動(dòng)化程度、國產(chǎn)壓鑄機(jī)性能和模具制造等還與世界先進(jìn)水平有一定的差距。日前國內(nèi)有國產(chǎn)壓鑄機(jī)企業(yè)約80家，其中有一定規(guī)模的己有20多家。所生產(chǎn)的壓鑄機(jī)總體而言，還不同程度的存在可靠性較差，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不太先進(jìn)，自動(dòng)化水平不高，有的滲透漏油現(xiàn)象較嚴(yán)重等，但也有一些企業(yè)因選用了高品質(zhì)的進(jìn)口液壓件，選用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，所生產(chǎn)的壓鑄機(jī)與國際先進(jìn)水平相比，質(zhì)量達(dá)到廿世紀(jì)九十年代初期的水平。近年國內(nèi)也有壓鑄機(jī)生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)出了當(dāng)代先進(jìn)水平的實(shí)時(shí)控制壓鑄機(jī)，但穩(wěn)定性還需進(jìn)一步的考驗(yàn)。,.,35,模具制造跟不上壓鑄生產(chǎn)的要求。我國日前約有幾百家壓鑄模具廠，壓鑄模的設(shè)計(jì)、制造能夠滿足摩托車、家電、輕工等行業(yè)，絕大部分汽車行業(yè)的需求。但是國內(nèi)不少模具廠家生產(chǎn)的模具在使用上還存在著故障率高、返修較多、穩(wěn)定性差，制約了生產(chǎn)率的提高，模具行業(yè)存在模具標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，熱模鋼品質(zhì)不高，多數(shù)模具加工手段相對(duì)落后。國內(nèi)壓鑄模的平均價(jià)格是國外平均價(jià)格的1/4左右，壽命只有國外的1/2左右。,.,36,汽車有色鑄件的砂芯,國內(nèi)目前大多采用以三乙胺硬化法的冷芯盒制芯工藝來生產(chǎn)。如鋁合金缸體是采用砂芯最多的鑄件，除了水套砂芯薄而復(fù)雜，依各廠條件不同，分別采用冷芯盒制芯，熱芯盒制芯或殼芯制芯外，其它的砂芯，包括曲軸箱砂芯、缸筒與頂端砂芯、前、后端面砂芯等大多采用冷芯盒制芯，以保證尺寸精度和節(jié)能。冷芯盒制芯工藝與覆膜砂、熱芯盒相比具有制芯周期短、芯盒無受熱變形，損耗小，制得的砂芯尺寸精度高和節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，因而冷芯盒應(yīng)用越來越廣泛。,.,37,無機(jī)粘結(jié)劑的應(yīng)用,無機(jī)粘結(jié)劑采用熱空氣硬化，澆注過程不產(chǎn)生有害氣體，是一種環(huán)保型粘結(jié)劑。目前無機(jī)粘結(jié)劑在寶馬、大眾等汽車鋁合金鑄件上得到應(yīng)用，占制芯總量10%左右，未來幾年每年以5%速度遞增，伴隨環(huán)保日益嚴(yán)格的要求，無機(jī)樹脂將逐漸取代有機(jī)樹脂。一汽鑄造在新基地中也將采用無機(jī)粘結(jié)劑。優(yōu)點(diǎn)：有利于人類健康和環(huán)境保護(hù)，無異味；符合未來的環(huán)境保護(hù)法規(guī)；可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何形狀砂芯的鑄造；在鑄造時(shí)具有高度的熱穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性；減少砂芯發(fā)氣引起的鑄造缺陷；由于清理費(fèi)用很低，降低生產(chǎn)成本；在鑄模上沉積的冷凝物清理容易，極大地減少模具維護(hù)費(fèi)用；,.,38,新技術(shù),近年來，人們?yōu)榱私鉀Q壓鑄件內(nèi)部存在的氣孔和縮孔問題，使之能生產(chǎn)出高強(qiáng)度、高致密性、可焊接、能進(jìn)行熱處理、可扭曲等各種性能的壓鑄件，在繼續(xù)完善善真空壓鑄以外又發(fā)展了擠壓鑄造和半固態(tài)壓鑄等新技術(shù)，并概括地稱之為“高密度壓鑄法”。高真空壓鑄技術(shù)充氧壓鑄技術(shù)半固態(tài)壓鑄技術(shù)擠壓壓鑄技術(shù),.,39,擠壓鑄造,采用擠壓鑄造工藝生產(chǎn)鋁合金零件代替鋼鐵零件。減重60%、質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、成本低。轉(zhuǎn)向節(jié)、發(fā)動(dòng)機(jī)支架、各類底盤支架等。,.,40,高真空壓鑄,可生產(chǎn)大面積薄壁鋁合金壓鑄價(jià)，高真空鋁合金壓鑄件可進(jìn)行熱處理進(jìn)一步提高強(qiáng)度車門等薄壁件和受力件,.,41,半固態(tài)加工,半固態(tài)加工可以進(jìn)一步提高鑄件的性能，可以代替鋼鐵零件，對(duì)汽車輕量化發(fā)揮重要作用。觸變成形基本具備了批量生產(chǎn)條件，流變成形還需要進(jìn)一步完善。轉(zhuǎn)向節(jié)、控制臂等承力件,推廣應(yīng)用新型高強(qiáng)度、高耐磨性的壓鑄合金，研究可著色的壓鑄合金以及用于生產(chǎn)有特殊安全性要求鑄件的新型壓鑄合金開發(fā)性能穩(wěn)定、成分易于控制的壓鑄合金簡化鋁合金成分，減少合金牌號(hào)，為實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)提供基礎(chǔ);加速開發(fā)壓鑄新工藝(真空壓鑄、充氧壓鑄、半固態(tài)壓鑄、擠壓鑄造等)提高對(duì)市場的快速反應(yīng)能力，推行并行工程(CE)和快速原型制造技術(shù)開展CAD/CAM/CAE系統(tǒng)的研究與開發(fā)開發(fā)和應(yīng)用更多的鋁、鎂合金汽車零部件推廣應(yīng)用環(huán)保型無機(jī)粘結(jié)劑,幾點(diǎn)發(fā)展建議,.,43,鋁鋰合金的應(yīng)用近年來，國內(nèi)外鋁鋰合金的研制和成形技術(shù)日漸成熟，因此在航天器的設(shè)計(jì)與制造中大量使用了鋁鋰合金，如“奮進(jìn)號(hào)”航天飛機(jī)的外貯箱9（圖1）、“天宮一號(hào)”的資源艙和太陽電池翼（圖2）,.,44,.,45,洛克希德馬丁公司利用8090鋁鋰合金制造了“大力神”號(hào)運(yùn)載火箭（圖3）的有效載荷艙，減重182kg。1994年，為解決“奮進(jìn)號(hào)”航天飛機(jī)外貯箱的超重問題，洛克希德馬丁公司聯(lián)合雷諾茲金屬公司研發(fā)出新型2195材料以取代之前的2219合金。該合金的密度比2219合金的輕5%，而其強(qiáng)度則比后者高30%。采用2195制造的整體焊接結(jié)構(gòu)貯箱，減輕重量3405kg，其中液氫箱減重1907kg，液氧箱減重736kg，直接經(jīng)濟(jì)效益近7500萬美元，因此被稱為超輕燃料貯箱(SuperLightWeightTank)10-11。俄羅斯在鋁鋰合金的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用方面也一直處于領(lǐng)先地位，為提高載荷能力，航天飛機(jī)的外燃料貯箱便采用鋁鋰合金制成，“能源號(hào)”運(yùn)載火箭（圖4）的低溫貯箱是采用1460鋁鋰合金制