长宁导热镁合金材料高导热镁合金型材

高导热镁合金型材是一种新型的轻质材料，具有的导热性和机械性能，被广泛应用于各个领域。GB/T38714-2020《高导热镁合金型材》为高导热镁合金型材的生产和应用提供了技术规范。

高导热镁合金型材的主要特点是导热系数高、密度低、机械强度高、成形性好等。这些特点使得高导热镁合金型材非常适合用于制造各种设备和工具。例如，在电子产品制造中，高导热镁合金型材可以用于散热器、散热片等部件，有效降低了电子产品的温度，延长了使用寿命。

此外，高导热镁合金型材还可以用于汽车制造中的发动机舱盖、底板等部位，可以提高汽车发动机的效率和安全性。在工业生产中，高导热镁合金型材还可以用于制造航空航天设备、化工设备、军事装备等重要领域。

GB/T38714-2020标准规定了高导热镁合金型材的化学成分、力学性能、表面质量等指标要求，为高导热镁合金型材的应用提供了技术保障。在生产过程中，需要严格控制合金的化学成分和加工工艺，以确保高导热镁合金型材具有的机械性能和导热性能。

总之，高导热镁合金型材GB/T38714-2020在工业生产中的应用非常广泛，具有的市场潜力。未来随着科技的不断进步，高导热镁合金型材的性能将会更加，应用范围也将进一步拓展。

同铝合金一样，镁合金铸锭也常常显现裂纹，不过镁合金的裂纹敏感性比铝合金的轻得多，型式也有较大差别，也可以分为热裂纹与冷裂纹，不过镁合金的冷裂纹相当少见，仅在MB5和MB7合金锭中偶尔出现，因此镁合金的热裂纹废品量占95%以上。
　　热裂纹
　　铸锭在有效结晶区间形成的裂纹称热裂纹。在结晶区间内收缩困难是产生热裂纹的主要原因。合金在给定条件下，凡是能缩小脆性区温度范围、减少脆性区内收缩困难的因素都可以减小热裂纹敏感性。
　　合金热裂纹敏感性高低可根据其脆性区内塑性A和线收缩ε的大小判断，即根据温度-塑性图可判断合金敏感性。还A大于0.5%的几乎不产生热裂纹。而当A=0时则称之为脆性区，这时产生热裂纹的几率可以说是了。合金脆性的上限≤固液区的上限，而其下限则≤固液区的下限。
　　对镁合金热裂纹敏感性有影响的主要因素：合金成分与工艺因素。
　　化学成分
　　实验证明，凡是能细化晶粒的因素都能降低合金脆性区的上限，也就是可以缩小脆性的温度范围。因为晶粒越细，则越有利于晶间变形，减少结晶时的收缩阻力，裂纹就不会产生了。例如向Mg+4.5%Zn合金添加0.8%Zr，其固相线由344℃提高到550℃，脆性区缩小了206℃，同时还降低了固液区内的线收缩和提高了固液区的塑性，这三者都有利于消除热裂纹。
　　另外，凡是增大共晶量的组元，都会提高合金的固液区内的塑性。因为增大共晶量，可增大晶界液膜厚度，从而有利于晶界变形，将大大改善补缩条件和裂纹“修复”条件，不但热裂数量减少，而且程度也显著减轻。
　　共晶量和裂纹敏感性并不是呈线性关系，当共晶量小于其一极限值时，裂纹倾向性小，当增加到某一值后，敏感性骤升，再继续加大共晶量，则敏感性又下降，一直到零。

镁及镁合金熔体易与氧、氮、水气等发生反应，镁与1g氧化合释放598J热，而铝释放的为531J，比镁释放的低11.2%。通常，氧化物生成热越大，分解压越低，则与氧的亲和力越强。由氧化物生成热和分解压数值可知，镁与氧的亲和力比铝与氧的大，镁与氧的氧化膜MgO疏松，致密度系数α=0.79，比Al2O3的1∶28小得多，没有保护作用。温度较低时，镁的氧化速率不大，500℃时显著加快，超过700℃则急剧上升，熔体一旦遇氧就会发生急剧氧化而燃烧，放出大量的热。反热生成的MgO绝热性能好，反应界面产生的热不能及时向外散发，从而提高界面温度，造成恶性循环加速镁的氧化，燃烧反应更加激烈。当界面反应温度镁的沸点1107℃时，熔体大量气化，发生爆炸。
　　无论是固态镁还是液态镁均能与水发生反应，生成MgO并放出H2，H2又与O2化合生成水，水又受热急剧汽化，会导致猛烈的爆炸。因此，熔炼镁合金的炉料、工具、熔剂等均应干燥。
　　镁可与N2反应生成Mg3N2，不过Mg-N2反应比Mg-O2反应缓慢得多。镁与氩、氦、氖等不发生化学反应，可防止镁熔体燃烧，但不能阻止镁的蒸发。因此，在熔炼镁合金时采取有效的措施防止其氧化、燃烧与爆炸，目前的措施有熔剂熔炼工艺与无熔剂熔炼工艺。然而熔剂形成的膜层隔绝空气的效果并不十分理想。

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。

中国在发展镁合金方面特别是对镁-稀土合金的研发居世界地位，受到全球刮目相看，除了前面谈的一些成就，主要成就还有：
　　低成本非稀土镁合金
　　目前发展的新型镁合金的85%以上都或多或少含有稀土，它们的价格昂贵，提高了合金的价格，使其身价倍增，但在性价比上却大打折扣，推广应用不易。因此，研发低成本非稀土型的镁合金显得非常必要，中国在发展这类合金方面也取得了非凡的成就，，如上海交通大学的ASZ511Sb合金、AT72合金、AX51合金。
　　ASZ511Sb（Mg-5Al-1Zn-1Si-0.6Sb）合金，它是一种金属型重力铸造合金，不含合金元素，其主要合金元素为铝、锌、硅，还含有少量的锑与微量的稀土，用于金型重力铸造，铸件的室温屈服强度95N/mm2，抗拉强度Rm=235N/mm2，伸长率A=12%。合金的显微组织为α-Mg+共晶体，其晶体中的Mg2Si呈汉字状，Sb的加入显著细化了Mg2Si，使它成为均匀分布的颗粒。该合金在200℃、50N/mm2条件下的抗蠕变强度与稀土耐热镁合金AE42（Mg-4Al-2RE-0.2Mn）合金的相当，因此可以在100~150℃的温度下长期工作。该合金在5%NaCl盐雾试验时的腐蚀速率比AZ91D合金的低10%。
　　AT72铸造镁合金也是上海交通大学研发的，用于金属型重力铸造，以铝、锡为主要合金元素，还含有锌、锰、稀土等微量元素，金属型重力铸件的室温屈服强度Rp0.2=90N/mm2，抗拉强度Rm=225N/mm2，伸长率A=7%。铸态合金的显微组织以α-Mg固溶体为基体，其中分布着离异共晶Mg17Al12和少量的Mg2Sn，固溶处理后，Mg17Al12溶入基体，但仍有少量的Mg2Sn相。该合金的铝含量不多，有较好的压铸成形性能，与AZ91D合金的相当，但因铝的含量少，仅7%，重力铸件的时效强化效果较弱。AT72-T5合金压、铸件的室温力学性能：屈服强度Rp0.2=125N/mm2，抗拉强度Rm=225N/mm2，伸长率A=4.5%。该合金的抗腐蚀性能与传统AZ91D合金的相当。
　　AX51合金是一种压铸合金，以Al、Sr为主要合金元素，Ti为次要合金元素，是上海交通大学研制的，重力铸件的典型组织为α-Mg+共晶体（α-Mg+Al4Sr），含钛的Mg-5Al-1Sr合金的显微组织发生了明显的变化，晶界上的共晶组织由粗大的层片状转变为球状与短棒状，因而力学性能有较大提高。AX51合金压铸件的典型力学性能：屈服强度Rp0.2=138N/mm2，抗拉强度Rm=270N/mm2，伸长率A=7%。Mg-5Al-1Sr-Ti合金在175℃/70N/mm2的稳态拉伸蠕变速率比不含Sr、Ti合金的小1个数量级。

用仪表板横梁通常采用钢管和钢板冲压件组合焊接制造，此类钢制仪表板横梁总成的组成零件数量多，需要焊接组装，不利于尺寸控制，且整体重量大，不符合轻量化理念。而根据文献报道，采用镁合金压铸的仪表板横梁可减重50%以上，轻量化效果非常明显。主要是因为镁合金是目前应用的金属结构材料中轻的，具有密度小，比强度和比刚度高，阻尼性、切削加工性和铸造性能好等优点，因此镁合金仪表板横梁在国外汽车产品中得到广泛的应用。
　　本文主要从设计选材、结构优化和性能验证等方面，简要介绍AM60B镁合金在奇瑞某车型的仪表板横梁上的应用情况。
　　镁合金仪表板横梁的特点
　　镁合金仪表板横梁与钢制仪表板横梁相比具有以下特点：
　　（1）轻量化 镁合金的密度为1.78g/cm3，仅为钢密度的1/4，减重在50%以上。
　　（2）零件集成化程度高，尺寸稳定 与钢制件相比，镁合金仪表板横梁采用整体压铸的生产工艺，可以把传统钢质CCB的20多个零件集成为一个件。
　　（3）安装尺寸精度高 由于采用整体压铸，尺寸精度很高，所有的尺寸公差都可以控制在0.5mm以内，解决目前钢骨架安装过程中的干涉和异响等问题。
　　（4）设计灵活 由于采用压铸工艺，产品工艺性好，零件形状的设计自由度大。
　　（5）绿色环保 镁合金材料可以回收利用。
　　镁合金的选择
　　目前镁合金的种类有很多，汽车工业采用较多的是AM系和AZ系合金，常用镁合号主要有AM60B和AZ91D。其中AM60B的铝含量较低，由于随着铝含量的降低，材料的韧性逐渐增高，故与AZ91D相比，AM60B的韧性和塑性较好。AM60B是高纯牌号，因此具有和AZ91D一样优良的耐蚀性能，且与A380铝合金相比，耐蚀性更加。
　　本文所介绍的仪表板横梁形状复杂、体积庞大而且壁厚不均，要求承载各种仪表仪器，因此需具有较高的韧性和强度。通过综合考虑AM60B和AZ91D的性能以及参考有关文献资料，终决定选用AM60B（性能见表1）作为制造仪表板横梁的材料。
　　表1 AM60B镁合金的化学成分和物理性能