在新能源汽车圈里,谁还没听说过“轻量化”?电池和电驱那一堆“铁疙瘩”加上去,一下子把车重整整干涨个两三百公斤,整天续航焦虑、操控也不灵光,厂商们的脑壳都快抓破了。所以,“减肥”任务就落在了电驱系统的壳体肩上。眼瞅着镁合金价格趋于稳定,很多厂家都在琢磨,要不要把原来用的铝合金,干脆换成更轻的镁合金?
有人可能会问:“不是早就有用铝合金压铸壳体的吗?为啥还整这些花里胡哨的新材料?”没错,最常见的ADC12铝合金,铸造工艺成熟,成本也不高,做电机壳、电驱壳用得贼顺手。但架不住追求极致轻量化啊!众所周知,镁合金的重量比铝合金还要低三分之一。虽说通用、福特那些国外大佬燃油车的变速箱早用上了,其实新能源这块儿国内也没把镁合金落下。只不过,过去受限于价格和工艺,这事还真不是说推就能推开的。
这回,有人做了个“实锤对比”,来考量镁合金壳体和老牌铝合金壳体到底有啥本事。测试专挑市面上一款流通的新能源汽车电驱壳体,下刀见肉地直接从铸件本体上取样,不搞那套试验室“标准小块”。铝的用常见高压铸造,镁的走半固态注射成型。两家伙同样的尺寸、同样的位置、同样厚度,称一称,铝合金壳体重11.345公斤,镁合金的只有7.975公斤,差不多一下子少了将近三成,减重效果妥妥的。
把壳体横切开,放到显微镜下“验明正身”。铝合金那一边,主打一个树枝晶+杂质相,内部偶尔能瞅见点微孔,不出意外是压铸里气体和凝固收缩惹的祸。说白了,晶粒里时不时还有点乱七八糟的片状硅、铁啥的,杵在那儿,一不留神就拖基体后腿。
镁合金这一边可是重头戏。半固态工艺特有的“球球”初生固相分布密实,剩下空隙属于熟练掌握。组织里密密麻麻的小固溶体,边界有一圈一圈网状的析出相,内部致密,阳光下都不带毛刺。半固态成型可不跟高压铸造一样乱七八糟地流淌,充型走层流,合金结构相互照顾,憋都憋不出空洞、热裂这种常规铸造病。没有什么比组织细致、缺陷少更能让工程师们安心了。
拉伸测试环节,一切讲究实事求是。无论铝合金还是镁合金,这时候大家成绩都比标准样品要逊色点——厚壁铸件冷却速度慢,晶粒粗,硬气不起来。压铸ADC12铝合金,屈服强度147兆帕,大家都挺熟悉;半固态AZ91D镁合金,屈服强度跟着铝屁股后面,差距很小。但要说拉伸强度,铝合金玩得溜,毕竟铸铝有加工硬化加成,抗拉数据略胜一筹。塑性方面,镁合金表现得更有看头。在厚壁壳体上,延伸率都有2.4%,这一身亲民肌肉,谁能说这不是镁合金的自豪?
很多人以为镁合金一碰水汽、盐雾就化身“腐蚀王”,但这只是老黄历。现实总爱打脸。材料圈老油条都知道:“耐腐蚀不只看元素表那两项,还得瞅组织。”铝合金里有Cu、Fe杂质多一点,真能让腐蚀性能跳水。盐雾试验环节,打磨好小样板,谁也别穿“外套”,上机器直接见真章。24小时一到,铝合金表面立马“花脸猫”,金属本色都没了。反观镁合金,照耀依旧,光泽犹存。哼哧哼哧挺到72小时,铝合金早就满脸都是腐蚀产物,镁合金只是稍微暗一点,说是旧貌换新颜都行。试验整整凑足七天,铝合金上厚厚的腐蚀层再也遮不住里边的“伤”。镁合金呢?就跟打不死的小强,表面才有点局部腐蚀,无关大雅。称重之后给出结论,铝合金的腐蚀速率0.546毫米每年,镁合金才0.325,妥妥的后者更能扛。
前头说了这么多数据,别忘了结构对公平性的影响。这个测试没用实验室洁净小试样,就是要“原汁原味”地还原壳体“本尊”真实表现。材料怎么成型,怎么冷却,组织长什么样,全部纳入考量。就算厚壁位置、复杂结构,都能做成这样,镁合金真不是“纸老虎”。
回头看,这俩“壳子”的较量整个过程干净利索:镁合金凭借自身天赋体重轻,半固态注射成型搞定工艺难题,既改善了以往易出缺陷的老毛病,又把内部组织扶持到位,真正做到了轻量与性能共存。力学性能方面,镁合金厚壁状态下屈服强度追平,拉伸延伸率反超,只在极限强度上小扣一分。而腐蚀性能,真不是“谁怕谁”,还赢了铝合金一头,这让人一时间有点怀疑自己高中化学是不是学得不够扎实。
还有,更别说减下来的那个小三成重量,意味深长。汽车整车轻量化,直接对续航、安全、电池寿命一点都不鸡肋。别小瞧每一公斤,新能源车里每一根螺丝都得挤挤“奶”,更别说几千克的壳体了。本来厂家挺纠结,担心镁合金怕腐蚀、力气小,现在实打实的数据打消了这些犹豫。又能减重,又能靠得住,该下决心的时候绝不能婆婆妈妈。
说穿了,其实谁都不傻,钱多的时候讲性能、紧巴点要看性价比。搞新材料不就是要效益、可持续、靠谱么?镁合金的半固态成型技术一突破,关键指标过关,价格还压得住——你说还有啥理由非得守着老铝壳不放?
谁说新材料就一定有副作用?谁说老工艺就稳如泰山?一切都得看实际表现,纸上谈兵那可是读书人的套路。新能源汽车电驱壳体这场较量,镁合金交出了漂亮答卷。某种程度上,它既是新工艺试水,也是材料升级的风向标。以后厂家干脆把镁合金列为优选项,少切点“剩肉”,多些技术自信,新能源车想不轻巧都难。
材料科学进步,就是要迎难而上,敢吃第一个“螃蟹”。谁抓住了轻量化的“牛鼻子”,谁就能在这么卷的汽车市场里拔得头筹。老话说得好:“工欲善其事,必先利其器。”壳体变“瘦身”,车企路也宽了。
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