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鋁合金、鋅合金、鎂合金、鈦合金對比

[ 信息發布:本站 | 發布時間:2022-06-13 | 瀏覽:12467次 ]

隨著人們生活品質的提高,對產品審美和品質的要求也在不斷提升。越來越多的消費類產品采用合金材料來制作。金屬材料給人高端、堅固、耐用的品質感,而傳統的塑料外殼產品在消費者心中逐漸被貼上“廉價”和“低品質”的標簽。

對于消費類產品而言,常用的合金材料由鋁合金、鋅合金和鎂合金。鈦合金由于其生物相融性好,常用在醫療領域。方工就來扒一扒這幾種合金材料的特性,做個對比。

因此,歸納性的總結放在前面,見以下性能對比表。

這四種合金,鈦合金最硬,強度也最好。硬度方面,鈦合金要遠硬與其他三種合金。就抗拉強度而言,鈦合金強與鋅合金,其次是鎂合金。

強度和硬度對比

但產品結構設計而言,還需要考慮重量,如果將比重考慮進度,鋅合金由于密度最大,比強度反而最小了。鈦合金和鎂合金比強度高,但鈦合金價格昂貴,加工性不好,因此在要綜合考慮重量和強度的結構件種,多采用鎂合金。

鋁合金

材料成分直接找度娘,這里不費篇幅羅列。鋁合金的密度為2.63~2.85g/cm,有較高的強度(σb為110~270MPa),比強度接近高合金鋼,比剛度超過鋼,有良好的鑄造性能和塑性加工性能,良好的導電、導熱性能,良好的耐蝕性和可焊性。

壓鑄鋁合金的流動性比較好,熔點為熔點660℃。

鋁合金在產品結構設計中的工藝應用形式也最豐富,常用加工工藝有:壓鑄、擠出成型、機加工、沖壓、鍛造。建筑門窗大量應用鋁合金型材,機械設備也常用鋁型材搭建框架。電子產品和生活快消品的外殼也不乏鋁合金,這類產品外觀要求較高,比較常見的工藝是擠出,機加工,沖壓等。

快消品的外殼比較少用壓鑄鋁,因為壓鑄鋁合金含有較高成分的Si,所以在做Anodizing(陽極氧化)時,直接與藥液產生反應,氧化后表面效果比較差。鋁鑄件常用于內部結構件和對外觀要求不高的零件,摩托車的發動機外殼需要復雜的結構,要求重量輕同時也需要足夠的強度,大都旋轉鋁合金壓鑄作為胚料。

鋁鑄發動機外殼


鋁的牌號:

1×××系列為:純鋁(鋁含量不小于99.00%),該系列牌號的最后兩位數表示為:最低鋁含量的百分點。牌號的第二位的字母表示原始純鋁的改型情況。

2×××~8×××系列牌號的最后兩位數沒有特殊意義,僅用來區分:同一組中不同的鋁合金。牌號的第二位字母表示原始純鋁的改型情況。

2×××系列為:以銅為主要合金元素的鋁合金。2011快削合金,切削性好強度也高。2018 2218 鍛造用合金,鍛造性良好且高溫強度較高。

3×××系列為:以錳為主要合金元素的鋁合金。3105 3105建材、彩色鋁板、瓶蓋。

4×××系列為:以硅為主要合金元素的鋁合金。4032耐熱性、耐摩秏性良好,熱膨脹系數小?;钊?、汽缸頭。

5×××系列為:以鎂為主要合金元素的鋁合金。5052為中程度強度之最具代表性合金,一般鈑金、船舶、車輛、建筑、瓶蓋、蜂巢板。

6×××系列為:以鎂為主要合金元素并以Mg2Si相為強化相的鋁合金。6063代表性的擠出用合金,強度比6061低,擠出性良好,可作復雜的斷面形狀之形材,耐蝕性及表面處理性均佳建筑、公路護欄、高欄、車輛、家具、家電制品、裝飾品。

7×××系列為:以鋅為主要合金元素的鋁合金。7075鋁合金中具有最高強度的合金之一,但耐蝕性不佳,與7072之覆蓋皮材可改善其耐蝕性,但成本提高。航空器、滑雪杖。

8×××系列為:以其他元素為主要合金元素的鋁合金

9×××系列為:備用合金組

抗拉強度大于480MPa的鋁合金稱為高強度鋁合金,主要是以Al-Cu-Mg和Al-Zn-Mg-Cu為基的合金,即2XXX(硬鋁合金類)和7XXX(超硬鋁合金類)系合金。前者的靜強度略低于后者,但使用溫度卻比后者高。由于合金的化學成分、熔煉和凝固方式、加工工藝及熱處理制度不同,合金的性能差異很大。

鋅合金

鋅合金熔點低,流動性好,易熔焊。按制造工藝可分為鑄造鋅合金和變形鋅合金。鑄造鋅合金流動性和耐腐蝕性較好,適用于壓鑄儀表,汽車零件外殼等。變形鋅合金有很好的可塑性和延展性,主要用作電池外殼、印刷板、屋面板和日用五金等。鑄造合金的產量遠大于變形合金,對于快消品的結構件,很少用到變形合金。因此下文就僅針對壓鑄鋅合金了。

鋅合金密度為6.3~6.7g/cm,抗拉強度σb為280~440MPa,熔點低,在385℃熔化,容易壓鑄成型。

鋅合金比重大,是本文所述的四種合金中比重最大的,流動性也是最好的,有很好的鑄造性能,可以壓鑄形狀復雜、薄壁的精密件,鑄件表面光滑。我設計的產品中,鋅合金壓鑄件最薄壁厚僅0.4mm。

常溫下,鋅合金的強度好。需要注意的是,鋅合金不宜在高溫和低溫(0℃以下)的工作環境下使用,鋅合金在常溫下有較好的機械性能。但在高溫下抗拉強度和低溫下沖擊性能都顯著下降。鋅合金抗蝕性差,當合金成分中雜質元素鉛、鎘、錫超過標準時,導致鑄件老化而發生變形。鋅合金壓鑄件存在時效作用,有老化現象,即長時間后強度自然降低,變的易脆。這就是為什么很多人吐槽,更換鋅合金水龍頭時往往會發生脆斷,導致水龍頭螺紋部分殘留在水管里無法弄出來。因此,方工還是建議大家裝修時盡量選擇銅質的水龍頭,不要選鋅合金的。

目前國際上用作鑄件的標準系列有兩大類,—類是ZAMAK合金、一類是ZA系列合金。使用的ZAMAK合金有ZAMAK 2、ZAMAK 3、ZAMAK5及ZAMAK 7。(為簡 便起見、統稱上述合金為2號、3號、5號及7號合金)。ZA系列有ZA-8、ZA-12、ZA-27及ZA-35。ZA-8主 要用于熱室壓鑄,ZA-12及ZA-27因有特殊熔化要求,只能用于冷室壓鑄。ZA-35一般用于重力鑄件。而ZAMAK合金發展要先于ZA系列合金、主要用于壓力鑄造。應用最廣泛的是3號鋅合金。

ZAMAK 2: 用于對機械性能有特殊要求、對硬度要求高、耐磨性好、尺寸精度要求一般的機械零件。

ZAMAK 3: 良好的流動性和機械性能。應用于對機械強度要求不高的鑄件,如玩具、燈具、裝飾品、部分電器件。

ZAMAK 5: 良好的流動性和好的機械性能。應用于對機械強度有一定要求的鑄件,如汽車配件、機電配件、機械零件、電器元件。

ZA8: 具有良好的沖擊強度和尺寸穩定性,但流動性較差。應用于壓鑄尺寸小、精度和機械強度要求很高的工件,如電器件。

Superloy: 流動性最佳,應用于壓鑄薄壁、大尺寸、精度高、形狀復雜的工件,如電器元件及其盒體。

鎂合金

鎂合金是以鎂為基礎加入其他元素組成的合金。主要合金元素有鋁、鋅、錳、鈰、釷以及少量鋯或鎘等。目前使用最廣的是鎂鋁合金,其次是鎂錳合金和鎂鋅合金。鎂合金因其優良的鑄造、擠壓、切削和彎曲加工等性能,可以廣泛地應用于汽車、電子、紡織、建筑和軍事領域。

鎂合金的熔點是650℃,熔點比鋁合金熔點低,壓鑄成型性能好。鎂合金鑄件抗拉強度與鋁合金鑄件相當,一般可達250MPa,最高可達600多MPa。

鎂合金密度?。?.8g/cm3左右),強度高。鎂合金是最輕的金屬結構材料,比重只有1.8,分別為鋁的2/3和鐵的1/4,其比強度高達133,這使得鎂合金可用作高強度材料。高強度鎂合金的比強度甚至可以和鈦相媲美。

鎂合金彈性模量大,消震性好,在彈性范圍內,鎂合金受到沖擊載荷時,吸收的能量比鋁合金件大一半,所以鎂合金具有良好的抗震減噪性能。

鎂合金具有良好的壓鑄成型性能,壓鑄件壁厚最小可達0.5mm, 適應制造汽車各類壓鑄件。鎂合金件穩定性較高,壓鑄件的鑄造性加工尺寸精度高,可進行高精度機械加工。

鎂合金的散熱相對與合金來說有絕對的優勢,對于相同體積與形狀的鎂合金與鋁合金材料的散熱器,某熱源生產的熱量(溫度)鎂合金比鋁合金更容易由散熱片根部傳遞到頂部的速度,頂部更容易達到高溫。

但鎂合金線膨脹系數很大,達到25~26 μm/m℃,而鋁合金則為23 μm/m℃,黃銅約20 μm/m℃,結構鋼12 μm/m℃,鑄鐵約10μm/m℃,巖石(花崗巖、大理石等)僅為5~9 μm/m℃,玻璃5~11 μm/m℃。應用在熱源處時一定要考慮溫度對結構尺寸的影響。

鎂合金的應用舉例:一般中高端及專業數碼單反相機都采取鎂合金做骨架,使其堅固耐用,手感好;手機電話,筆記本電腦的殼體;在內部產生高溫的電腦和投影儀等的外殼和散熱部件上使用鎂合金;汽車方向盤、轉向支架、剎車支架、座椅框架、車鏡支架、分配支架等要求重量輕而強度大的結構件。

按成型方法分為變形鎂合金和鑄造鎂合金兩類。

鎂合金牌號以英文字母+數字+英文字母的形式表示。前面的英文字母是其最主要的合金組成元素代號(元素代號如下表規定),其后的數字表示其最主要的合金組成元素上下極限值的平均值。最后面的英文字母為標識代號,用以標識各具體組成元素相異或元素含量有微小差別的不同合金。

鎂合金常用牌號有AZ31B、AZ31S、AZ31T、AZ40M、AZ41M、AZ61A、AZ61M、AZ61S、AZ62M、AZ63B、AZ80A、AZ80M、AZ80S、AZ91D、AM60B、AM50A、M1C、M2M、M2S、ZK61M、ZK61S、ME20M、LZ91、LZ61、LZ121、LA141、LA191、LAZ933、LA81、LA91、LAZ931、MA18、MA21、MA14等。

鈦合金

鈦合金指的是多種用鈦與其他金屬制成的合金金屬,強度高、耐蝕性好、耐熱性高。鈦合金廣泛應用于制作飛機發動機壓氣機部件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等。鈦合金也應用在火箭、導彈和高速飛機的結構件。

鈦是同素異構體,熔點為1668℃,在低于882℃時呈密排六方晶格結構,稱為α鈦;在882℃以上呈體心立方晶格結構,稱為β鈦。利用鈦的上述兩種結構的不同特點,添加適當的合金元素而得到不同組織的鈦合金。室溫下,鈦合金有三種基體組織,鈦合金也就分為以下三類:α合金,(α+β)合金和β合金。我國分別以TA、TC、TB表示。

鈦合金的密度一般在4.51g/cm3左右,僅為鋼的60%,一些高強度鈦合金超過了許多合金結構剛的強度,因此鈦合金的比強度(強度/密度)遠大于其他金屬結構材料,可制出單位強度高、剛性好、質輕的零部件。

鈦無毒、質輕、強度高且具有優良的生物相容性,是非常理想的醫用金屬材料,可用作植入人體的植入物等。在美國,已有5種β鈦合金被推薦至醫學領域,即TMZFTM(TI-12Mo-^Zr-2Fe)、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx(TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si)、Tiadyne 1610(Ti-16Nb-9.5Hf)和Ti-15Mo,適于作為植入物植入人體,如人造骨骼,血管支架等。

TiNi合金的生物相容性很好,利用其形狀記憶效應和超彈性的醫學實例相當多。如血栓過濾器、脊柱矯形棒、牙齒矯形絲、血管支架、接骨板、髓內針、人工關節、避孕器、心臟修補元件、人造腎臟用微型泵等。

鈦合金制品可以通過壓鑄和機械加工方法得到。鈦合金熔化溫度很高,對于模具鋼材要求也較高。鈦合金機械加工的方法很多,主要包括:車削、銑削、鏜孔、鉆削、磨削、攻絲、鋸削、電火花加工等。

鈦合金機械加工性能同樣不佳。鈦合金切削加工時切削力只是略高于同等硬度的鋼,但大多數鈦合金熱導率很低,只有鋼的1/7,鋁的1/16,因此切削產生的熱量不會迅速散走,聚集在切削區域,導致刀具刃口迅速磨損,崩塌和生成積屑瘤。


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