压铸镁合金时采用熔剂熔炼会带来操作上的诸多困难,特别是热室压铸尤为不便,同时熔剂夹杂更加,上世纪70年代开发的无熔剂熔炼工艺在镁合金熔炼发展史上有着里程碑意义。大量研究表明,CO2、SO2、SF6等气体对镁及镁合金熔体有良好的保护作用,特别是SF6的效果尤为。
镁是轻的结构材料,优点多,随着汽车对产品轻量化和节能减排等要求的提高,为镁的发展创造了大好机遇,成为世界一些国家开发与研究的热门课题,但是国际上对镁及镁合金产品生命周期的环境影响还缺乏全面系统的分析和评价,这也成为制约其大量使用的一个重要因素。目前,德国、澳大利亚和中国等的冶金科学家和材料界人士正致力于原镁提取工艺过程及其产品的LCA研究,取得了可喜的成果。2003年澳大利亚科学家的研究表明,电解法提取原镁的温室气体排放为20.4~26.4kgCO2当量/kg·Mg,而中国皮江法炼镁(含生产硅铁的电耗)的为37~47kgCO2当量/kg·Mg,后者的约为前者的2倍,这成了国际上对中国皮江法炼镁环境影响的负面评价。然而,北京工业大学材料环境协调性评价中心新的研究结果表明,2009年中国较的皮江炼镁法的温室气体排放强度为25.6kgCO2当量/kg·Mg,几乎与电解法的平均水平相当,而且还有进一步降低的空间。这得益于原镁提取过程中采取了综合的节能减排措施,例如全面改造炉窑,采用清洁能源、蓄热式高温空气燃烧技术及余热利用技术等。
与铝工业的LCA研究工作相比,对镁及其产品的LCA研究还处于初级阶段。铝、镁等轻质材料是减重的佳材料,对于以汽车为代表的交通运输工具轻量化、节能减排具有十分重要的意义。国际铝业协会在一份报告中称,汽车质量每减轻10%,油耗可降低6%~8%,有研究指出,汽车多用1kg铝在服役期间排放的CO2就可以下降约20kg;如果每辆汽车使用70kg镁合金,每年排放的的CO2可减少30%以上。
镁合金零件早期采用金属型重力铸造,经研究发现,由于镁合金的熔点低、密度低,大多数合金的流动性比较好,且比热容低,容易获得较高的冷速,因而在适中的压力下可以获得理想的铸件。根据相关报道,奥迪某款车型的镁合金仪表板横梁,在装有自动浇注机构的锁模力为24.5MN的冷室压铸机上成功实现压铸,因此本文介绍的镁合金仪表板横梁采用冷室压铸是完全可行的。
针对仪表板横梁的结构性能要求,结合AM60B的疲劳性能对内在缺陷非常敏感的特点,仪表板横梁的压铸工艺过程中要求压铸过程充型平稳,实现顺序凝固,避免各种铸造缺陷的发生。这样才能在得到缺陷少、品质高的铸件的同时,提高生产效率,也为实现新材料在仪表板横梁上应用奠定了工艺基础。
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