中国压铸杂志

中国镁合金压铸行业报告

作者:admin 来源:原创 发表时间:2017-07-18
材料篇之三:镁与铝的替代性分析
 
编者的话:
    在中国压铸行业中,镁及镁合金,以其独有的特性和作用,已经并继续影响和改变着人们的生活。为使人们对镁和镁合金及压铸有一个较为全面、系统的了解,本刊收集、整理相关资料,从绪论、材料篇、工艺篇、应用篇四个方面简编成《中国镁合金压铸行业分析报告》,以期能为业界各位同仁工作学习带来些许便利。由于自身认识水平、工作能力有限,加之资料收集的局限性、不完整性等客观条件的限制,难免有这样那样的不足,敬请海涵并指证,以利于改进完善。
 
 

 
一、镁、铝之间的共性与异性分析
从镁、铝两种金属的应用历史来看,两种金属有很多共性的地方:
一是性能相近。镁、铝都具有轻便性、导电性、导热性、可塑性、耐腐蚀性等优良特性。
二是用户群相同。铝因其具有轻便性、导电性、导热性、可塑性、耐腐蚀性等优良特性,被广泛应用于交通运输、食品包装、建筑、耐用消费品和机械制造等各个领域,是重要的基础工业原材料;镁也是因其轻便性、导电性、导热性等特性,而被应用于交通运输、3C 等产品。
三是发展的时间都不长。铝在1990 年每月产量只有区区十几万吨,而到了2008 年每月产量已经接近200 万吨。镁也是从1990 年以后才加速发展起来的,1990 年是每月产量仅2 万吨,而2008 年每月产量已经突破5 万吨。
四是成本影响因素相近。生产镁需要大量的煤炭,生产铝也需要大量的电能,归根结底还是对煤炭的大量需求。
虽然两者的发展历史比较接近,但两者也有根本的不同:
一是资源储量不同。中国的铝土矿储量只占世界的7%,而且品位不高,难以开采。而我国是镁大国,镁资源储量占世界的27%,菱美矿储量占世界储量的70%。从这个角度上来说,镁比铝更有发展潜力。因此,铝在原矿方面的风险较大,受到的影响因素较为复杂,而镁在原矿方面的成本可控性较强,受到的影响因素较为单纯。
二是成本可控性。正由于以上原因,镁行业在考虑成本变动因素时,如果已经在国内控制了原矿,则仅需考虑镁煤炭、硅铁等原料成本的变动。
 
二、镁、铝的优缺点对比
  优点:
  1)溶化成本只有铝的2/3;2)压铸生产效率比铝高25%,金属模铸造比铝高300-500K,消失模铸造比铝高200%;3)镁铸件的表面质量和外观明显比铝好(因为模具的热载荷减小,可降低检查频率);4)模具寿命是铝的2倍(或更多,根据模腔形状);5)镁脱棋斜角可很小(可取消随后的机加工),而且表面成形好(因为镁的粘度低)。
  缺点:
  1)和铝金属模铸造相比,镁压铸生产有较高的残余废料率(和铝压铸废料产出率相比);2)镁压铸的生产设备投资很高。和铝重力/低压/硝模等工艺比,镁压铸机很贵(因为需要较高的锁模力和充型射料速度),当然它的生产率也是前者的4倍;3)镁压铸需要较高的试模成本和较长的试制时间,而钢制部件(制造采用简单的焊接技术按图加工)或塑料部件(可采用低成本原型工装)则简单得多;4)和铝低压或金属模铸造比,镁压铸需要较高的模具成本。因为压铸模大并复杂,还要承受高锁模力(当然高生产率也可降低单件产品的成本);5)镁压铸和铝压铸相比,其烧损率要高50K,也就是4%比2%(因为镁的较高的表面活性);6)镁压铸屑片的回收成本比铝高,干燥的镁屑片不容易回收,潮湿的就更不容易了,必须非常小心,防止着火。
三、镁、铝价格之间的关系
镁的重量比铝轻1/3,凡是用铝的地方,基本上可以用镁来代替。近年来由于轻量化趋势,镁合金已经在摩托车、汽车上广泛应用,用于替代钢铁、铝合金及塑料等材料。因此,镁与铝的价格本应具有较大的关联性。但由于国内产业结构不合理,铝、镁行业的投资热情非常高涨,导致铝、镁行业的产能大于实际需求。各企业之间的竞争,往往依赖于简单的价格战,因此常常导致成本与售价的倒挂,镁、铝之间经常出现背离。
镁金属与铝金属在实际用途中,具有较强的相互替代性。镁价格过高,会使下游厂家转而寻求铝的消费。事实上,在镁价居高不下的情况下,许多厂商已开始转而寻求镁的替代金属,如在台湾,厂商近年来渐渐淡出镁合金自行车、零组件的制造;另外许多3C产品商变更设计,减少采用镁合金壳件转而采用塑料壳或铝合金壳,如美国苹果公司的iPhone手机等。
2009 年4 月,由于铝价持续维持低位,镁价较铝价高出50%,镁合金生产自行车轮毂的成本已远高于铝合金轮毂,这种价格趋势将阻碍镁合金应用于生产自行车轮毂等产品。从成本角度考虑,公司变更首次公开发行股票募集资金投资项目--100 万套镁合金自行车轮毂生产线改造项目为年产30000 吨高性能铝合金棒材项目。公司已经完成了生产线建设并生产出合格产品,2009 年铝合金棒产量将超过1 万吨。2003年以来,镁铝比价经过了几轮大的波动,2003年镁铝比价约为1.0左右,至2004年镁铝比价开始启动,至2004年5月达到1.3;2004年5月之后,镁铝比价又一路下行,至2006年2月跌到最低点的0.663;2006年2月之后,镁铝比价缓缓爬升,至2007年11月份,镁铝比价突然由1.1提高到1.4,之后爬行到2008年6月份的最高点2.078;之后开始一路下行,直至目前1.17左右。镁、铝之间虽然在单个产品上是一种互相竞争的关系,但从另一种层面上来说,镁、铝产业都是应轻量化的需求而兴起的,镁、铝的应用范围非常广泛。在目前的产能情况下,镁、铝之间还不构成非常直接的竞争关系。
在3C 产品、航空航天方面,轻量化的要求是比较高的,对镁的需求具有较大的钢性;
而在汽车、电力等行业,对轻量化的需求则敏感性较低,对镁的需求也有一定的弹性,这也是为什么汽车行业虽然是镁合金第一大消費領域,但总量一直较低的原因之一。
四、镁、铝合金应用分析
镁合金和铝合金都属于轻工程金属材料,相比其它金属,它们都有“一轻一高三好”的特点———比重轻、比强度高,阻尼性及切削加工性好、导热性好以及减振性好,而且易于回收。
(一)铝合金
铝合金相对于钢铁而言,质量轻许多,密度大约是钢铁的1/3,吸收冲击的能力大约是钢铁的2倍,导热性能大约是钢铁的3倍,所以铝合金是汽车轻量化的首选材料,在汽车上使用比较早。20世纪80年代,美国在轿车上平均使用铝合金为55kg,90年代达到130kg。铝合金在汽车上的应用主要有铸造铝合金、形变铝合金和锻造铝合金。
铸造铝合金主要用于汽车发动机部件、离合器壳体、变速器壳体、后轿壳、转向器壳体、正时齿轮壳体等壳体类零件,也可用于制造保险杠、车轮、发动机框架、转向节液压泵总成、制动钳等零部件。
形变铝合金与铸造铝合金相比,强度、韧性都较高。形变铝合金在汽车上主要用于制造保险杠、发动机罩、制动器总成的保护罩、消声罩、防抱死制动系统、热交换器、车身构架、座位、车箱底板等零部件。
锻造铝合金的价格昂贵,以前只是在欧美高级轿车上有少量应用。由于锻造铝合金热锻时不氧化、表面光洁、机加工余量小、无加工缺陷,所以其在汽车上的应用正在逐渐增加,主要用于汽车的托架和载货汽车的车轮等。
(二)镁合金
全世界已知含镁矿物60余种,镁是目前工业应用材料中最轻的一种金属,也是地壳中含水量丰富的元素之一,镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、尺寸稳定性好、导热导电性能好、吸振性和易于加工成型等特点,所以镁合金是具有竞争力的汽车轻量化材料之一。
在汽车上使用镁合金至少已有60年的历史。早在1930年,lourisChevrolet就在一辆赛车上首次使用镁合金制作活塞。1990年日本等国家在汽车压铸件上也都使用了镁合金。从汽车上使用镁合金零部件的数量看,平均用量不高,远不如铝合金。但是,近年来镁合金在汽车上的应用一直以较快的速度增长。
在汽车上使用镁合金制造的零部件目前绝大部分是压铸件,镁合金压铸件在所有压铸合金中是最轻的,而且使用期限要比铝合金长。镁合金压铸件主要制作汽车仪表板、座椅骨架、变速器壳体、转向盘操纵系统部件、发动机零部件、车门框架、轮毂、支架、离合器壳体、车身支架等。
五、结论
从性能角度看,镁、铝都具有轻便性、导电性、导热性、可塑性、耐腐蚀性等优良特性,因此可以使用铝合金的地方基本都可以使用镁合金,这是镁对铝替代的前提。
从成本角度看,由于镁的质量是铝质量的2/3,在同等重量下,镁的体积比铝增加50%。因此,除了航空航天等对轻量化要求较高的行业,当镁铝价格比小于1.5 时,从经济角度出发,镁合金更有价格优势;大于1.5,则更多的倾向于使用铝合金。
每生产1吨电解铝大约需要2吨氧化铝粉,而每生产1吨氧化铝粉大约还需用2吨左右生矾土,每生产一吨电解铝需耗电14500度/吨左右、碳素500公斤左右,还需要大量消耗其它的原料。其中电费、氧化铝生产成本各占40%,按照每度电消耗0.4元计算,每吨电解铝消耗电费约5800元。而氧化铝的生产成本有较强的钢性,每吨氧化铝的生产成本约2800-3000元,每吨电解铝需消耗氧化铝5600-6000元。按以上电费、氧化铝占生产成本的80%计算,则每吨电解铝的直接生产成本约为14250-14750元/吨之间。镁的生产成本大约为16000元/吨。而铝、镁由于比重不同,单位体积的镁与铝比较具有较大的成本优势。因此,镁对铝的替代基础还是存在的。镁对铝的成本优势是镁对铝替代的关键。
 
 
 
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