鎂合金具有密度低、比強(qiáng)度高、阻尼性好、可鑄性佳等優(yōu)良性能，可以有效減輕汽車(chē)自重、節(jié)約油耗、降低排放、提高汽車(chē)性能。重慶盛鎂鎂業(yè)有限公司總經(jīng)理曹建勇在本文中將鎂合金的諸多優(yōu)良性能和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并用案例來(lái)佐證了鎂合金作為汽車(chē)輕量化最佳用材的優(yōu)勢(shì)。

鎂的密度為1.74g/cm3，是目前商用的最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，被譽(yù)為21世紀(jì)的綠色工程材料。鎂是結(jié)構(gòu)金屬材料中密度最小，且具有較高強(qiáng)度和剛度的材料，其比強(qiáng)度遠(yuǎn)高于鋁合金，十分有利于整體構(gòu)件的設(shè)計(jì)；同時(shí)，鎂合金還具有優(yōu)異的切削加工特性和良好的減振性，易加工，切削速度快且加工成本低，容易達(dá)到穩(wěn)定的尺寸精度和較低的表面粗糙度，其高阻尼容量的特性也可以有效減小振動(dòng)和噪聲，在受到?jīng)_擊載荷時(shí)吸收的能量比鋁高50%，因而鎂合金是車(chē)輪等受沖擊零件的理想材料。
汽車(chē)行業(yè)普遍認(rèn)為，車(chē)重每減少100kg，每百公里耗油量會(huì)減少0.5L；車(chē)重每減少10%，轎車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性會(huì)提高6%，輕卡的燃油經(jīng)濟(jì)性會(huì)提高8%。鎂合金代替某些鋼鐵材料可以有效的減輕汽車(chē)的重量，如以剛度為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的材料。在等彎曲剛度條件下，采用鎂代替鋼可減重61%，在等彎曲強(qiáng)度條件下，鎂代替鋼可減重74%。減重的同時(shí)也可以有效降低汽車(chē)噪音，減少尾氣排放；改善車(chē)輛的設(shè)計(jì)，提高車(chē)的性能和舒適性。在汽車(chē)上，每使用1kg鎂，可使轎車(chē)壽命期減少30kg尾氣排放（和鋁的比對(duì)值），而且鎂還是綠色環(huán)保材料，可循環(huán)回收，因此鎂合金產(chǎn)品是極佳的汽車(chē)輕量化解決方案。

圖1  汽車(chē)質(zhì)量分布
目前鎂合金制品70%的應(yīng)用在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)上，因此，擴(kuò)大鎂合金在汽車(chē)上的應(yīng)用是推動(dòng)鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本動(dòng)力。世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)律表明，汽車(chē)工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)作用，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一般消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品。在國(guó)外，汽車(chē)工業(yè)被稱(chēng)為“bell sheep”，意為掛鈴鐺的領(lǐng)頭羊，形象地概括出它對(duì)整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)群的波及效益和導(dǎo)向作用。因此，鎂合金在汽車(chē)輕量化上的應(yīng)用具有著極其重要的社會(huì)意義。
汽車(chē)鎂合金產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)
汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中鎂合金用量較多的國(guó)家和地區(qū)主要是北美、歐洲、日本。德國(guó)大眾汽車(chē)公司是最早在汽車(chē)上大規(guī)模應(yīng)用鎂合金的汽車(chē)公司，早在20 世紀(jì)30 年代，大眾汽車(chē)就開(kāi)始使用鎂合金，特別是上世紀(jì)90年代以來(lái)，德國(guó)在鎂合金領(lǐng)域一直處于世界領(lǐng)先地位；奔馳汽車(chē)公司最早將鎂合金壓力鑄造件應(yīng)用于汽車(chē)座支架；奧迪汽車(chē)公司第一個(gè)推出鎂合金壓力鑄造儀表板。近年來(lái)，帕薩特、奧迪A4和奧迪A6等汽車(chē)的齒輪箱殼體使用AZ91D 鎂合金，與鋁合金部件相比減重25%。
美國(guó)在1948~1962年間，采用壓力鑄造生產(chǎn)了數(shù)百萬(wàn)件鎂合金鑄件供汽車(chē)使用。美國(guó)的福特、通用和克萊斯勒等汽車(chē)公司在過(guò)去的十幾年里一直致力于鎂合金汽車(chē)鑄件如轉(zhuǎn)向柱架、離合器殼體、進(jìn)氣管、離合器片、汽缸蓋、座架、濾油器殼體等的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，替代效果明顯，大大促進(jìn)了鎂合金的發(fā)展。
日本開(kāi)發(fā)出鎂合金低壓力鑄造造裝置，由此，經(jīng)過(guò)研究相繼開(kāi)發(fā)了一系列鎂合金壓力鑄造產(chǎn)品，如豐田汽車(chē)公司首先制造出鎂合金汽車(chē)輪轂、轉(zhuǎn)向軸系統(tǒng)、凸輪罩等零部件。目前，日本的各家汽車(chē)公司都生產(chǎn)和應(yīng)用了大量鎂合金殼體類(lèi)壓力鑄造件。

圖2  采用鎂合金材料替換鋁和鋼后減重情況
1991年汽車(chē)工業(yè)中鎂合金的用量?jī)H為2.4萬(wàn)噸。上世紀(jì)90 年代后，隨著鎂合金價(jià)格下降，壓鑄工藝技術(shù)不斷發(fā)展，鎂合金在汽車(chē)上的應(yīng)用得到迅猛發(fā)展，汽車(chē)工業(yè)成為鎂合金應(yīng)用增長(zhǎng)最快的行業(yè)，汽車(chē)用鎂合金件以平均每年18%的速度增長(zhǎng)，直到2007年。因2008年二季度末原鎂噸價(jià)一度猛漲至約3.7萬(wàn)元，此前鎂價(jià)低時(shí)，許多用戶紛紛以鎂代鋁及代鋅，曾擴(kuò)大了鎂需求，此時(shí)鎂價(jià)暴漲，驅(qū)使用戶又棄鎂返鋁、鋅，這也是國(guó)內(nèi)鎂銷(xiāo)量下降和迫使鎂價(jià)暴跌和產(chǎn)量下降的重要原因。目前這些國(guó)家和地區(qū)汽車(chē)工業(yè)對(duì)鎂合金的需求穩(wěn)定達(dá)到每年20萬(wàn)噸以上。歐洲正在使用和研制的鎂合金汽車(chē)零部件已超過(guò)60種，單車(chē)鎂合金用量9.3公斤～20.3公斤；北美正在使用和研制的鎂合金汽車(chē)零部件已超過(guò)100種，單車(chē)鎂合金用量5.8公斤～26.3公斤。
我國(guó)采用鑄造鎂合金已有30多年的歷史，但最初主要用于航空航天工業(yè)的殼體、機(jī)輪和機(jī)座等，鎂合金在汽車(chē)行業(yè)應(yīng)用起步較晚。上世紀(jì)90年代初，上汽集團(tuán)在國(guó)內(nèi)最早將鎂合金應(yīng)用在汽車(chē)上，首次在桑塔納轎車(chē)上采用鎂合金變速器殼蓋、殼體和離合器外殼。目前有近百家從事鎂合金壓力鑄造件的生產(chǎn)和研究，上汽、一汽、東風(fēng)汽車(chē)公司及長(zhǎng)安汽車(chē)在研究和開(kāi)發(fā)鎂合金在汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用方面發(fā)揮了重要作用。目前我國(guó)汽車(chē)單車(chē)用鎂量約3kg，落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。
國(guó)外對(duì)鎂合金在汽車(chē)上的應(yīng)用十分重視。2004年6月，美國(guó)、加拿大的相關(guān)機(jī)構(gòu)和公司共同設(shè)立了一項(xiàng)汽車(chē)用鎂合金中長(zhǎng)期研究計(jì)劃。2006年12月，北美汽車(chē)研究聯(lián)盟（USCAR）發(fā)布的《2020年北美汽車(chē)用鎂合金及輕量化戰(zhàn)略展望》研究報(bào)告令人矚目。該研究項(xiàng)目和行動(dòng)計(jì)劃將汽車(chē)用鎂合金的議題分解為163個(gè)有待研發(fā)的項(xiàng)目，提出了研發(fā)的方向與目標(biāo)。10年來(lái)，該規(guī)劃為全球鎂合金產(chǎn)業(yè)和汽車(chē)產(chǎn)業(yè)提出了新的目標(biāo)和挑戰(zhàn)，也肯定了鎂合金在汽車(chē)輕量化中將要承擔(dān)的重要使命。按照該規(guī)劃，到2020年，北美乘用車(chē)用鎂量將會(huì)達(dá)到160kg/輛，屆時(shí)鎂將會(huì)成為第二大汽車(chē)材料，在乘用車(chē)中材料重量的比例將從目前的0.3%增加到12%。這將是鎂材料呈現(xiàn)給世界的一個(gè)巨大貢獻(xiàn)。
2015年，我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量均超過(guò)2450萬(wàn)輛，連續(xù)3年突破2000萬(wàn)輛，連續(xù)7年居世界第一位，連續(xù)3年突破2000萬(wàn)輛，已成為世界上最大的汽車(chē)生產(chǎn)和消費(fèi)市場(chǎng)，汽車(chē)行業(yè)已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。據(jù)有關(guān)方面預(yù)測(cè)，未來(lái)5年，中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量仍將會(huì)保持4%的年均增長(zhǎng)速度，屆時(shí)到2020年中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量將會(huì)超過(guò)3000萬(wàn)輛，我國(guó)單車(chē)用鎂量如果能達(dá)到國(guó)外上述規(guī)劃水平的一半，即單車(chē)用鎂量達(dá)到80kg/輛，國(guó)內(nèi)汽車(chē)業(yè)對(duì)鎂的年需求量將會(huì)超過(guò)240萬(wàn)噸，而我國(guó)2015年鎂總產(chǎn)量?jī)H為85萬(wàn)噸，鎂深加工制品用量不到鎂產(chǎn)量的一半，這無(wú)疑將會(huì)極大帶動(dòng)我國(guó)鎂行業(yè)的發(fā)展。
鎂合金零部件在汽車(chē)應(yīng)用范圍及實(shí)例
汽車(chē)主要零部件在全車(chē)中的質(zhì)量分布如圖1所示。用鎂材料替代鋁和鋼后的減重比例如圖2所示。從圖2可以看出，被鎂和鎂合金替代后的汽車(chē)部件減重比例達(dá)到20%~70%，可以在車(chē)身、動(dòng)力總成、底盤(pán)和內(nèi)飾等４個(gè)部分實(shí)現(xiàn)材料替換。（未完待續(xù)）