具有十年英皇国际娱乐销售经验,专业销售英皇国际娱乐现货
英皇国际娱乐公司销售热线:34222222
产品展示
联系方式
销售经理:英皇国际娱乐
销售电话:34222222
公司传真:34222222
公司地址:北京市东城区东开发区辽河路东首A11号22楼
产品中心
您的位置:主页 > 产品中心 >

推荐] 镁合金结构及焊接(上)

  摘要:从战略高度阐明了研发镁合金结构材料的重要意义和它的应用领域,讨论了镁合金的可焊性,介绍了镁合金焊接的新成果。

  工业装备的主要部分是由结构材料制成的,结构材料的性能决定了工业装备的水平,以煤电工程为例,温度越高,其热效率越高。如果蒸汽参数由亚临界540/540oC,17.5MPa提高到超临界600/600 oC,25-30MPa,热效率可提高6%,发电煤耗从290g/kWh降为272g/kWh。以一台60万千瓦机组计算,每年可节约60万吨标煤。我国目前火力发电设备年产超过3000万千瓦,照此计算,新生产的火力发电设备每年可节约300万吨标煤,CO2的排放量也可大大降低。如果能将蒸汽温度提高到700 oC,则其热效率将更高。但是由于高温材料研发的困难,目前实际上是不可能实现的。

  据统计,钢产量的45%要用焊接才能制成工业装备,因此可焊性就是研发结构材料的关键。以大型铁路桥梁为例,我国已建成采用焊接结构的有九江大桥,芜湖大桥,前者所使用的钢材为15MnVNq,其力学性能为σb=560MPa, σs=420MPa, 后者为14MnNbq, 其力学性能为σb=490MPa, σs =340MPa。可见强度都不是很高,主要原因有二:一是铁道桥梁要求非常好的抗疲劳和抗断裂性能,二是要求很好的可焊性。很难找到满足这两项要求的合格钢材。目前我国正在建设天兴洲桥,如果能将钢材的强度σs提高到450MPa,则可由3片(3索面)减为2片(2索面),其制造工作量可减少1/3,节约钢材约1/3。但是研发这种钢材目前仍是困难的,因为为保证桥梁的抗疲劳和断裂性能,保证厚钢板(50mm)的可焊性,其屈强比必须≤0.75,焊接线J。而研发这种钢材,还需要花很多力气。如果再提高钢材强度,困难就更。

  镁合金最重要的特点是在金属中它的比重最小,钢铁为7.8、铝为2.7、而镁为1.8,因此它的强度和比刚度都高,此外,它尚具有导热、导电性能好,阻尼减震性、电磁屏蔽性好等特点,镁合金易于加工成型,更重要的是它很容易回收,很容易降解,因此它是非常可贵的绿色结构材料。

  地球上常用金属矿产资源趋于枯竭,铝和铁可开采100-300年,铜、铝、锌可开采几十年,而镁则是取之不尽,用之不竭,它在地壳中约占2.3%,海水中镁的储量为2.1×1015吨,盐湖中镁的储量巨大,三大结构材料可开采年限见图1。

  我国是镁金属生产大国,镁的蕴藏丰富,镁资源占全球总储量的22.5%。我国的菱镁矿资源总量31.45亿吨,符合炼镁要求的一、二级矿占78%。同时,储量巨大的白云矿和青海的盐湖,也含有十分丰富的镁资源。白云矿资源已探明储量在40亿吨以上,青海盐湖氯化镁32亿吨,硫酸镁16亿吨。较低的投资成本,丰富的煤炭资源,低成本的原料供应,以及充裕的劳动力优势,都使镁在中国的生产具有良好的经济性和竞争性。目前,我国的原镁产量占全球产量的40%,是世界上第一大镁生产国和出口国。2001年,全国原镁产量约20万吨,其中年生产能力在10000吨以上的有3家,3000吨以上的有22家,1000~3000吨的有50余家。

  我国已将“镁合金应用与开发”列为国家计委和科技部联合下发的“十五”国家科技发展规划中材料领域的重点任务,同时“镁合金应用开发与产业化”作为十五计划的第一批项目已在2001年8月正式启动。最终目标是充分发挥我国的镁资源优势,通过建立镁合金技术创新体系,加强镁合金应用开发,建立具有国际竞争力的镁合金高新技术产业群,将镁资源优势转化为经济优势。

  新世纪对材料的要求有三方面,见图2。材料的发展,必须用三方面的指标作为衡量的法则,一是资源丰富,二是节约能源,三是环境保护。例如在环保方面,欧洲的新标准如图3所示。在大气中汽车的CO2排放量占60-70%,如果汽车重量能降纸100kg,则其耗油量可减少0.7L/百公里。按欧洲标准,耗油量2005年要降到6L/百公里,2010年降到3L/百公里,这样2005年CO2由183/公里克减到120克/公里。为达到以上要求,研发镁合金结构是一个极为重要的方向。世界各国非常重视,都制定了发展Mg合金的规划,见图4。

  当前高分子材料在工业中作为结构材料非常普遍,高分子材料的比重也非常低,只有1.23,低于镁合金材料,然而镁合金具有极大的优越性,它的扭转弹性、拉伸强度、散热性能等都大大高于高分子材料,见图5。更主要的是镁合金是一种容易回收、容易降解的材料,而高分子材料是一种难以处理的污染材料。

  世界各国汽车工业非常重视镁合金的应用,其原因就是它可以大大降低车重,减少油耗,降低CO2排放量,在汽车上有很多部件可以采用镁合金代替钢材和高分子材料,见图6 ,很多汽车工业已用铝代替部分钢材,现在正努力以Mg代替Al材料,如我国长安公司计划到2004年实现单车使用镁合金10公斤,装车4万辆;隆鑫集团计划实现单车使用镁合金4公斤,装车20万辆。目前,集原料生产、铸造加工、应用开发、装备为一体的镁合金产业格局在重庆已基本形成。美国在2000年开始了一项扩大镁合金应用的4年计划。这个庞大的项目将由美国汽车协会执行,预计将研制出先进的抗蠕变镁合金以生产汽缸体、发动机盖、机油盘和变速箱等在高温下工作的汽车零件。据预测,Mg在汽车上的应用,到2010年将达到300000吨,见图7。

  据统计,结构重量降低1kg可节约美元:汽车6.6美元;民用航空660美元;军用飞机6600美元;人造卫星每减轻1kg,运载火箭可减轻500kg,约节省1000万美元;喷气发动机每减轻1kg,飞机可减轻4kg,升限可提高10米。因此在军用飞机、宇航运载工具、宇航机器人等领域已广泛利用镁合金,见图8和图9。

  电子产品中,目前大量使用高分子材料,如电视机、计算机、显示器、投影机等外壳都是塑料制成,这些产品淘汰很快,造成大量废弃污染材料,它不能降解,又不好燃烧,所以势必以Mg合金代替,实际上现在已经有部分产品改用Mg合金,但是还只是处于开始阶段,见图10。

  民用产品用Mg合金也有十分广泛的应用前景,例如自行车,原以钢为结构,有部分改用Al为结构,如若改用Mg合金为结构,则其重量可以大大降低。我国已有厂家生产Mg合金(与Al混合结构)的自行车,其重量仅有7公斤,见图11,一人一只手即可提起行走。

  A.镁合金的结晶温度区大,易于产生热裂纹。图12所示为Mg-Al合金的相图,图13为Al-Cu合金的相图。可见其共晶点温度相差100 ℃左右。

  B.镁的沸点温度低,约为1100 ℃。温度进一步升高后,其蒸气压比在相同温度下的Al合金要高4~5倍。见表1。因而焊接时温度一旦过高,镁就会气化,产生爆炸形成飞溅。

  D.Mg在接近熔化温度时,能与空气中的氮强烈化合生成脆性的镁的氮化物,使接头力学性能显著下降。

  因此,Mg合金焊接是比较困难的,在焊接时容易产生裂纹、气孔、飞溅。图14所示为采用电子束焊接时,焊缝中的气孔情况。图15所示为镁在MIG 焊接时熔滴飞溅的情况。

Copyright © 2011-2018 英皇国际娱乐 版权所有 / 沪ICP备14010019号网站地图
销售电话:34222222 公司传真:34222222 地址:北京市东城区东开发区辽河路东首A11号22楼
十年专业英皇国际娱乐公司 http://www.uijiang.com 英皇国际娱乐 英皇国际娱乐