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摩托车上三种合金材料的结构、特性及应用

2015-11-30  来源:中国摩托车网 阅读次数:0

目前,摩托车上用到的合金材料有铝合金、镁合金及钛合金等,这几种合金材料以其各自独特的优势,赢得了在摩托车上重要的一席之地,尤其是镁合金和铝合金,其广泛的应用形势被众多业内人士看好,那么,到底它们有什么卓然不同

的结构、特性呢?它们的应用情况又是如何呢?

铝合金

铝合金具有密度小、比强度和比刚度高、塑性好、易于成形、工艺简单、成本低廉等特点,在非民用的领域,广泛用于制作飞机构件(蒙皮、框架、翼梁等)。在飞机结构重量中,铝合金约占50%~80%,成为宇航、航空工业的主要材料。在民用工业中,铝合金应用的领域主要是:建筑和结构,容器和包装,交通运输以及电导体。在两轮摩托车上,近年来推出的车型不断向高马力重量比发展,国外已经有大量使用此原料的习惯。至于改装零件、赛车零件市场,铝合金制的产更是比比皆是,很多诸如升高脚踏、车把、发动机零件等,都是以一些高性能的铝合金作为原材料制作而成的。

在传统铝合金中,一般分为变形铝合金和铸造铝合金两大类,前者又有热处

理强化的铝合金(如硬铝与超硬铝合金)和热处理不能强化的铝合金(如防锈铝

合金)。80年代以来,又掀起了开发快速凝固新型铝合金以及Al-Li 系合金、

Al-Sc合金- - 新一代铝合金的新高潮,使铝合金在高科技领域中占据着极为重要的地位。

镁合金

镁合金是最轻的金属结构材料,其密度为1.75~1.90g/cmэ。镁合金的强度和弹性模量较低,但它有高的比强度和比刚度,在相同重量的构件中,选用镁合金可使构件获得更高的刚度。镁合金有很高的阻尼容量和良好的消震性能,它可承受较大的冲击震动负荷,适用于制造承受冲击载荷和振动的零部件。在摩托车工业中最常见的,就是镁合金轮框,例如NSR-250SP。镁合金具有优良的切削加工性和抛光性能,在热态下易于加工成型。

上述特性以及超轻Mg-Li合金系(密度为1.35g/cmэ)的问世,拓宽了镁合金的应用范围,并在航空、航天工业中继续保持一定的生命力。

但是镁合金的抗蚀性能较低,缺口敏感性较大,化学性能活泼,所以在熔炼

、浇注镁合金时必须采用熔剂和保护气体进行保护,防止合金的燃烧。镁合金熔

体不得与水接触,否则容易引起燃烧或爆炸。热处理时必须在保护气氛中进行。

镁合金按产品状态可分为变形镁合金和铸造镁合金两大类:

(一)变形镁合金

变形镁合金按其化学成分可分为三类:

(1)Mg-Mn系,如MB1、MB8,抗蚀性与焊接性良好,用于制造飞机蒙皮,壁板,模锻件等。

(2)Mg-Al-Zn系,如MB2、MB3、MB6、MB7,主要生产锻件,用于制造导弹蒙

皮、壁板等零件。

(3)Mg-Zn-Zr系,如MB15、MB22、MB25。

(二)铸造镁合金

(1)Mg-Al-Zn系,如ZM5、具有流动性好,热裂倾向小,一般用于制造隔框、轮毂、机匣等零件。

  (2)Mg-Zn-Zr系,如ZM1、ZM2、ZM8。用于制造要求强度高和抗击的零件,

如飞机轮毂、轮缘、隔框、支架、发动机机匣、电机壳体等。

  (3)Mg-RE-Zn-Zr系,如ZM3、ZM4、ZM6、ZM9。以ZM3合金为例,该合金中加入2.5%~4%RE ,0.2%~0.7% Zn,0.3%~1% Zr;它用于制造在高温下工作和要求气密性高的零件,如航空发动机增压机匣、压缩机匣及进气管道等。

钛合金

钛合金是一种新型结构材料,它具有优异的综合性能,如密度小,比强度和比断裂韧性高,疲劳强度和抗裂纹扩展能力好,低温韧性良好,抗蚀性能优异,某些钛合金的最高工作温度为550℃,预期可达700℃。因此它在航空、航天、化工、造船等工业部门获得日益广泛的应用,发展迅猛。

  

钛合金的比强度高于其他轻金属、钢和镍合金,并且这一优势可以保持到500℃左右,因此某些钛合金适于制造燃气轮机部件。钛产量中约80%用于航空和宇航工业。例如美国的B-1轰炸机的机体结构材料中,钛合金约占21%,主要用于制造机身、机翼、蒙皮和承力构件。F-15战斗机的机体结构材料,钛合金用量达

7000kg ,约占结构重量的34%。波音757客机的结构件,钛合金约占5%,用量达

3640kg。麦克唐纳·道格拉斯(Mc-Donnell-Dounlas)公司生产的DC10飞机,钛

合金用量达5500kg,占结构重量的10%以上。在化学和一般工程领域的钛用量:美国约占其产量的15%,欧洲约占40%。由于钛及其合金的优异抗蚀性能,良好的力学性能,以及合格的组织相容性,使它用于制作假体装置等生物材料。

由于航空发动机的推重比不断提高,压气机的出口温度已经上升到500~600℃,选用钛合金制造高压压气机盘件和叶片,不仅可减轻结构重量,还可显著降低因离心力作用而产生的拉应力。今天在一些先进的飞机发动机中,钛合金用量已占结构重量的20%~30%。例如美国的波音飞机(747、757、767)F14、F-15、F-18、B-1B,法国的幻影2000,欧洲的A320飞机,均装上钛合金构件。它们主要制作压气机和风扇的盘件及叶片,压气机机匣、起落架轴承壳体和支承梁,尾喷口调节器、内侧辅助缝翼滑轨、舱门铰链等。随着生产和加工技术的不断完善,钛合金在航天、航空工业将获得更为广泛的应用。

必须指出,钛合金对热盐应力腐蚀具有不同程度的敏感性,在300~430℃温区更为激烈。热盐应力腐蚀的程度取决于合金成分、应力、工作温度、时间和盐的浓度。此外,钛合金在高温下能溶解其氧化物。当钛合金被加热到接近熔点的高温时,在高速气流中会发生快速氧化。在航空发动机的实际工作条件下,由于压气机转子和定子的不同轴度,经常会发生叶尖与机匣内壁摩擦着火,严重时会烧毁压气机。因此在设计应采取有效措施,防止机件失效。


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