U nových energetických vozidel je systém elektrického pohonu klíčovým modulem ovlivňujícím celkovou hmotnost vozidla a energetickou účinnost. Kvůli zvýšené hmotnosti bateriového systému se odlehčení skříně elektrického pohonu stalo středem zájmu výrobců OEM a dodavatelského řetězce. V současné době zůstává hliníková slitina ADC12 hlavním materiálem, ale se stabilizací nákladů na hořčíkovou slitinu a zráním jejího výrobního procesu se její aplikační proveditelnost přehodnocuje.
Inženýrské objekty a procesní trasy
Tato studie vybírá skříně elektrického pohonu nových energetických vozidel se stejným konstrukčním designem jako srovnávací objekty, přičemž využívá:
Proces vysokotlakého lití z hliníkové slitiny ADC12 (vpravo)
Proces polotuhého vstřikování z hořčíkové slitiny AZ91D (vlevo)
Obě pouzdra byla vyrobena a testována za předpokladu konzistentní geometrie a tloušťky stěny.
Skutečné výsledky vážení ukazují, že plášť z hliníkové slitiny váží přibližně 11,345 kg, zatímco plášť ze slitiny hořčíku váží přibližně 7,975 kg. To představuje snížení hmotnosti o téměř 29,7 % při zachování konzistence konstrukce, což je přímo významné pro odlehčené elektrické pohonné systémy.
Technické rozdíly v charakteristikách mikrostruktury
Odběr vzorků z těla skořepiny (přibližně 10 mm silná stěna) odhalil významné rozdíly ve vnitřní mikrostruktuře obou materiálů v jejich skutečném stavu součásti:
Konstrukce skříně elektrického pohonu ADC12 z tlakově lité hliníkové slitiny (50x, 200x, 500x)
Typické tlakově lité mikrostruktuře dominují dendrity s lokálně viditelným jehličkovitým nebo blokovým rozložením druhé fáze. V silnostěnných oblastech je přítomen malý počet mikropórů, což je běžný jev u silných tlakově litých dílů.
Polotuhá konstrukce skříně elektrického pohonu AZ91D ze slitiny hořčíku (50x, 200x, 500x)
V mikrostruktuře dominují téměř kulovité primární pevné fáze, rovnoměrně distribuované v matrici po ztuhnutí, což má za následek vysokou celkovou hustotu. Díky plnícím charakteristikám polotuhého procesu nebyly v silnostěnných oblastech pozorovány žádné zjevné smršťovací póry nebo plynové defekty.
Z technického hlediska je rovnoměrná mikrostruktura a kontrola defektů zásadní pro ovlivnění následného únavového a korozního chování, což je jeden z klíčových důvodů, proč si polotuhé slitiny hořčíku získaly pozornost v konstrukčních komponentech.
Skutečný výkon mechanických vlastností
Za podmínek odběru tlustostěnných plášťů došlo ke snížení mechanických vlastností obou materiálů ve srovnání se standardními tenkostěnnými vzorky. To je běžný jev způsobený podmínkami chlazení v tlustých stěnách.
Srovnávací výsledky ukazují:
| Materiál | Mez kluzu/MPa | Pevnost v tahu/MPa | Prodloužení/% |
| Tlakově litá hliníková slitina ADC12 | 147,0 | 233,3 | 1.4 |
| Polotuhá slitina hořčíku A291D | 143,5 | 212,1 | 2.4 |
Mez kluzu: Polotuhé hliníkové slitiny AZ91D a ADC12 jsou na podobných úrovních.
Pevnost v tahu: ADC12 má mírnou výhodu.
Tažnost: Hořčíková slitina AZ91D má lepší výkon, což naznačuje, že si zachovává dobrou plasticitu i v silnostěnných podmínkách.
Z hlediska aplikace konstrukčních součástí má AZ91D při zajištění základních požadavků na pevnost lepší deformační kapacitu, což je výhodnější pro komplexní zatížení a oblasti koncentrace napětí.
Technické srovnání odolnosti proti korozi
Oba materiály pláště prošly neutrálním testováním v solné mlze v holém stavu bez povrchové úpravy, aby se simulovaly korozní trendy ve skutečných provozních prostředích.
Výsledky testů ukazují, že:
Hliníková slitina ADC12 vykazuje významnou akumulaci korozních produktů a rychlé poškození povrchu během krátké doby.
Polotuhá hořčíková slitina AZ91D si za stejných podmínek zachovává lepší integritu povrchu s relativně pomalejším vývojem koroze.
| Materiál | Rychlost koroze (mm/rok) |
| Tlakově litá hliníková slitina ADC12 | 0,546 |
| Polotuhá slitina hořčíku AZ91D | 0,325 |
Průměrná rychlost koroze vypočítaná pomocí analýzy ztráty hmotnosti ukazuje, že AZ91D má nižší rychlost koroze než ADC12. Tento výsledek ukazuje, že pod silnostěnnými strukturami a polotuhými mikrostrukturami není korozní odolnost slitin hořčíku nutně nižší než u slitin hliníku. Samozřejmě, že ve skutečných aplikacích hromadné výroby se oba materiály obvykle používají ve spojení se systémy povrchové úpravy, aby se dále zlepšila dlouhodobá provozní stabilita.
Komplexní hodnocení na úrovni inženýrské aplikace
Z inženýrského hlediska celého bydlení:
Hmotnostní výhoda: Slitiny hořčíku mohou dosáhnout významného snížení hmotnosti za stálých konstrukčních podmínek.
Mikrostruktura a hustota: Polotuhé procesy nabízejí výhody při kontrole defektů v silnostěnných oblastech.
Mechanická kompatibilita: AZ91D splňuje strukturální požadavky, pokud jde o vlastnosti kluzu a tažnosti.
Odolnost proti korozi: Prokazuje dobrou stabilitu při testování holého materiálu.
To naznačuje, že za vhodných tvářecích procesů a konstrukčních podmínek mají slitiny hořčíku technický potenciál nahradit hliníkové slitiny v krytech elektrických pohonů pro nová energetická vozidla.
