随着人们生活品质的提高,对产品审美和品质的要求也在不断提升。越来越多的消费类产品采用合金材料来制作。金属材料给人高端、坚固、耐用的品质感,而传统的塑料外壳产品在消费者心中逐渐被贴上“廉价”和“低品质”的标签。
对于消费类产品而言,常用的合金材料有铝合金、锌合金和镁合金。钛合金由于其生物相融性好,常用在医疗领域。今天就来扒一扒这几种合金材料的特性,做个对比。因此,归纳性的总结放在前面,见以下性能对比表。
物理性能对比表
这四种合金,钛合金最硬,强度也最好。硬度方面,钛合金要远硬于其他三种合金。就抗拉强度而言,钛合金强与锌合金,其次是镁合金,强度最低的是铝合金。
强度和硬度对比:
硬度:钛合金>锌合金>铝合金>镁合金
强度:钛合金>锌合金>镁合金>铝合金
但产品结构设计而言,还需要考虑重量,如果将比重考虑进去,锌合金由于密度最大,比强度反而最小。钛合金和镁合金比强度高,但钛合金价格昂贵,加工性不好,因此要综合考虑重量和强度的结构件,多采用镁合金。
铝合金
材料成分这里不费篇幅罗列。铝合金的密度为2.63~2.85g/cm,有较高的强度(σb为110~270MPa),比强度接近高合金钢,比刚度超过钢,有良好的铸造性能和塑性加工性能,良好的导电、导热性能,良好的耐蚀性和可焊性。
压铸铝合金的流动性比较好,熔点为660℃。铝合金在产品结构设计中的工艺应用形式也最丰富,常用加工工艺有:压铸、挤出成型、机加工、冲压、锻造。建筑门窗大量应用铝合金型材,机械设备也常用铝型材搭建框架。电子产品和生活快消品的外壳也不乏铝合金,这类产品外观要求较高,比较常见的工艺是挤出、机加工、冲压等。
快消品的外壳比较少用压铸铝,因为压铸铝合金含有较高成分的Si,所以在做Anodizing(阳极氧化)时,直接与药液产生反应,氧化后表面效果比较差。铝铸件常用于内部结构件和对外观要求不高的零件,摩托车的发动机外壳需要复杂的结构,要求重量轻的同时也需要足够的强度,大部分旋转铝合金压铸作为胚料。
铝铸发动机外壳
铝的牌号:
1×××系列为:纯铝(铝含量不小于99.00%),该系列牌号的最后两位数表示为最低铝含量的百分点。牌号的第二位的字母表示原始纯铝的改型情况。
2×××~8×××系列牌号的最后两位数没有特殊意义,仅用来区分同一组中不同的铝合金。牌号的第二位字母表示原始纯铝的改型情况。
2×××系列为:以铜为主要合金元素的铝合金。2011快削合金,切削性好强度也高。2018、2218锻造用合金,锻造性良好且高温强度较高。
3×××系列为:以锰为主要合金元素的铝合金。3105、3105建材、彩色铝板、瓶盖。
4×××系列为:以硅为主要合金元素的铝合金。4032耐热性、耐摩秏性良好,热膨胀系数小。活塞、汽缸头。
5×××系列为:以镁为主要合金元素的铝合金。5052为中程度强度之最具代表性合金,一般钣金、船舶、车辆、建筑、瓶盖、蜂巢板。
6×××系列为:以镁为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相的铝合金。6063代表性的挤出用合金,强度比6061低,挤出性良好,可作复杂的断面形状之形材,耐蚀性及表面处理性均佳建筑、公路护栏、高栏、车辆、家具、家电制品、装饰品。
7×××系列为:以锌为主要合金元素的铝合金。7075铝合金中具有最高强度的合金之一,但耐蚀性不佳,与7072之覆盖皮材可改善其耐蚀性,但成本提高。航空器、滑雪杖。
8×××系列为:以其他元素为主要合金元素的铝合金。
9×××系列为:备用合金组。
抗拉强度大于480MPa的铝合金称为高强度铝合金,主要是以Al-Cu-Mg和Al-Zn-Mg-Cu为基的合金,即2XXX(硬铝合金类)和7XXX(超硬铝合金类)系合金。前者的静强度略低于后者,但使用温度却比后者高。由于合金的化学成分、熔炼和凝固方式、加工工艺及热处理制度不同,合金的性能差异很大。
常用铝合金性能表