مقارنة مباشرة بين سبائك الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم والتيتانيوم

مع تحسين نوعية حياة الناس ، تزداد أيضًا متطلبات جماليات المنتج وجودته. المزيد والمزيد من المنتجات الاستهلاكية مصنوعة من مواد السبائك. تمنح المواد المعدنية الناس إحساسًا بالجودة العالية والصلبة والمتينة ، في حين يتم تصنيف المنتجات البلاستيكية التقليدية تدريجيًا على أنها "رخيصة" و "منخفضة الجودة" في قلوب المستهلكين.

بالنسبة للمنتجات الاستهلاكية ، فإن مواد السبائك شائعة الاستخدام هي سبائك الألومنيوم وسبائك الزنك وسبائك المغنيسيوم. غالبًا ما تستخدم سبائك التيتانيوم في المجال الطبي بسبب توافقها الحيوي الجيد. سوف يلقي Fang Gong نظرة على خصائص هذه المواد السبائكية وإجراء مقارنة.

لذلك ، يتم وضع الملخص الاستقرائي في المقدمة ، كما هو موضح في جدول مقارنة الأداء التالي.

جدول مقارنة الخصائص الفيزيائية

من بين السبائك الأربعة ، تعتبر سبائك التيتانيوم هي الأصعب والأكثر قوة. من حيث الصلابة ، فإن سبائك التيتانيوم أصعب بكثير من السبائك الثلاثة الأخرى. من حيث قوة الشد ، فإن سبائك التيتانيوم أقوى من سبائك الزنك ، تليها سبائك المغنيسيوم ، وسبائك الألومنيوم لديها أقل قوة.

مقارنة القوة والصلابة

ومع ذلك ، فيما يتعلق بتصميم هيكل المنتج ، يجب أيضًا مراعاة الوزن. إذا تم أخذ الجاذبية النوعية في الاعتبار ، فإن القوة المحددة لسبائك الزنك ستكون الحد الأدنى بسبب الكثافة القصوى. سبائك التيتانيوم وسبائك المغنيسيوم لها قوة محددة عالية ، ولكن سبائك التيتانيوم باهظة الثمن وقابلية المعالجة الضعيفة. لذلك ، غالبًا ما تستخدم سبائك المغنيسيوم في الأجزاء الهيكلية التي تحتاج إلى مراعاة الوزن والقوة بشكل شامل.

سبيكة المنيوم

يمكن العثور على مكونات المواد مباشرة في Du Niang. لا يستغرق الأمر الكثير من الوقت لإدراجها هنا. كثافة سبائك الألومنيوم هي 2.63-2.85 جم / سم ، ولها قوة عالية （σ B تساوي 110-270 ميجا باسكال) ، والقوة المحددة قريبة من تلك الموجودة في سبائك الصلب عالية الصلابة ، والصلابة النوعية أعلى من تلك الموجودة في الفولاذ. لديها أداء صب جيد ، أداء معالجة البلاستيك ، موصلية كهربائية وحرارية جيدة ، مقاومة جيدة للتآكل وقابلية اللحام.

سيولة سبائك الألومنيوم المصبوبة بالقالب جيدة ، ونقطة الانصهار هي 660 ℃.

سبائك الألومنيوم لديها أكثر أشكال التطبيق وفرة في تصميم هيكل المنتج. تشمل تقنيات المعالجة الشائعة الصب بالقالب ، والبثق ، والتشغيل الآلي ، والختم والتزوير. تستخدم مقاطع سبائك الألومنيوم على نطاق واسع في بناء الأبواب والنوافذ ، وغالبًا ما تستخدم مقاطع الألمنيوم لبناء إطارات للمعدات الميكانيكية. لا يوجد نقص في سبائك الألومنيوم في غلاف المنتجات الإلكترونية والسلع الاستهلاكية. هذا النوع من المنتجات له متطلبات مظهر أعلى ، والعمليات الأكثر شيوعًا هي البثق ، والتشغيل الآلي ، والختم ، وما إلى ذلك.

نادرا ما يستخدم الألمنيوم المصبوب في غلاف FMCG. نظرًا لأن سبائك الألومنيوم المصبوبة تحتوي على نسبة عالية من Si ، فإنها تتفاعل مباشرة مع المحلول عند الأكسدة ، ويكون تأثير السطح بعد الأكسدة ضعيفًا. غالبًا ما تستخدم مصبوبات الألومنيوم في الأجزاء الهيكلية الداخلية والأجزاء ذات متطلبات المظهر المنخفض. يحتاج هيكل محرك الدراجة النارية إلى هيكل معقد وخفيف الوزن وقوة كافية. يتم استخدام معظم قوالب الصب المصنوعة من سبائك الألومنيوم الدوارة على أنها فارغة. 

هيكل محرك الألمنيوم المصبوب

درجة الألومنيوم:

one ××× السلسلة عبارة عن ألومنيوم نقي (محتوى الألمنيوم لا يقل عن 99.00%) ، ويتم التعبير عن آخر رقمين من علامة السلسلة كنقاط مئوية من الحد الأدنى لمحتوى الألمنيوم. يشير الحرف الثاني من العلامة التجارية إلى تعديل الألمنيوم النقي الأصلي.

اثنان ××× ～ ثمانية ××× الرقمين الأخيرين من السلسلة ليس لهما أهمية خاصة ويستخدمان فقط للتمييز: سبائك الألومنيوم المختلفة في نفس المجموعة. يشير الحرف الثاني من العلامة التجارية إلى تعديل الألمنيوم النقي الأصلي.

سلسلة two ×××: سبائك الألومنيوم مع النحاس كعنصر سبيكة رئيسي. 2011 سبيكة القطع السريع ، قوة القطع الجيدة عالية أيضًا. سبيكة الحدادة في 2218 ، 2018 لها خاصية تزوير جيدة وقوة درجة حرارة عالية.

ثلاثة ××× سلسلة: سبائك الألومنيوم مع المنغنيز كعنصر سبيكة رئيسي. 31053105 مواد بناء ، لوح ألومنيوم ملون ، غطاء زجاجة.

أربعة ××× سلسلة: سبائك الألومنيوم مع السيليكون كعنصر سبيكة رئيسي. 4032 لديه مقاومة جيدة للحرارة ، ومقاومة للاحتكاك والإلغاء ، وله معامل تمدد حراري صغير. المكبس ، رأس الاسطوانة.

خمسة ××× السلسلة: سبائك الألومنيوم مع المغنيسيوم كعنصر سبيكة رئيسي. 5052 هي السبائك الأكثر تمثيلاً ذات القوة المتوسطة ، وهي عمومًا عبارة عن صفائح معدنية ، وسفن ، ومركبات ، ومبنى ، وغطاء زجاجة ، ولوحة قرص العسل.

six ××× السلسلة هي: سبائك الألومنيوم مع المغنيسيوم كعنصر سبيكة رئيسي و Mg2Si كمرحلة تقوية. 6063 سبيكة البثق التمثيلية لها قوة منخفضة من 6061 وخاصية بثق جيدة. يمكن استخدامه كمواد جانبية معقدة ذات مقاومة جيدة للتآكل ومعالجة سطحية. إنه جيد للبناء ، الدرابزين على الطرق السريعة ، السياج العالي ، السيارة ، الأثاث ، الأجهزة المنزلية والديكور.

سبعة ××× سلسلة: سبائك الألومنيوم مع الزنك كعنصر سبيكة رئيسي. واحدة من أقوى السبائك في سبائك الألومنيوم 7075 هي مقاومة التآكل الضعيفة. يمكن لمواد الطلاء 7072 تحسين مقاومتها للتآكل ، ولكن تم تحسين التكلفة. الطائرات ، عصا التزلج.

ثمانية ××× سلسلة: سبائك الألومنيوم مع عناصر أخرى كعناصر سبيكة رئيسية

تسعة ××× السلسلة: مجموعة سبائك احتياطية

سبائك الألومنيوم مع قوة شد أكبر من 480mpa تسمى سبائك الألومنيوم عالية القوة ، تعتمد بشكل أساسي على Al Cu mg و Al Zn mg Cu ، أي 2XXX (سبائك الألومنيوم الصلبة) و 7xxx (سبائك الألومنيوم فائقة الصلابة). القوة الساكنة للأول أقل قليلاً من تلك الأخيرة ، لكن درجة الحرارة أعلى من تلك الأخيرة. تختلف خصائص السبيكة بسبب اختلاف التركيب الكيميائي وطرق الصهر والتصلب وتكنولوجيا المعالجة ونظام المعالجة الحرارية.

سبائك الزنك لديها نقطة انصهار منخفضة وسيولة جيدة وسهلة اللحام. وفقًا لعملية التصنيع ، يمكن تقسيمها إلى سبائك الزنك المصبوبة وسبائك الزنك المشوهة. سبائك الزنك المصبوبة لديها سيولة جيدة ومقاومة للتآكل ، وهي مناسبة لأدوات الصب بالقالب ، غلاف أجزاء السيارة ، إلخ. سبائك الزنك المشوهة لديها مرونة وليونة جيدة ، تستخدم بشكل أساسي كغطاء بطارية ، لوحة طباعة ، لوحة سقف وأجهزة يومية. محصول سبيكة الصب أكبر بكثير من السبائك المشوهة. بالنسبة للأجزاء الهيكلية من التبديد السريع ، نادرًا ما يتم استخدام سبيكة تشوه. لذلك ما يلي هو فقط لسبائك الزنك الصب.

كثافة سبائك الزنك هي 6.3-6.7 جم / سم ، وقوة الشد σ B هي 280-440 ميجا باسكال ، مع نقطة انصهار منخفضة ، تذوب عند 385 ℃ ، سهلة الصب.

نسبة سبيكة الزنك مهمة ، وهي أكبر نسبة من السبائك الأربعة الموصوفة في هذا البحث ، والسيولة هي الأفضل. إنه ذو أداء صب جيد ، ويمكن أن يصب أجزاء دقيقة مع شكل معقد وجدران رقيقة ، وسطح الصب أملس. من بين المنتجات التي قمت بتصميمها ، يبلغ سمك صب سبائك الزنك ذات الجدران الرقيقة 0.4 مم فقط.

قوة سبائك الزنك جيدة في درجة حرارة الغرفة. من المهم ملاحظة أنه لا ينبغي استخدام سبائك الزنك في درجات حرارة عالية ودرجة حرارة منخفضة (أقل من 0 ℃) ، وسبائك الزنك لها خصائص ميكانيكية جيدة في درجة حرارة الغرفة. لكن قوة الشد وأداء التأثير للمجموعتين انخفضت بشكل ملحوظ عند درجات الحرارة العالية. مقاومة التآكل لسبائك الزنك ضعيفة. عندما تتجاوز عناصر النجاسة الرصاص والكادميوم والقصدير المعيار ، فإن الصب سوف يتشوه بسبب التقادم. يوجد تأثير الشيخوخة وظاهرة الشيخوخة في صب قالب سبائك الزنك ، أي أن القوة تنخفض بشكل طبيعي بعد وقت طويل وتصبح هشة. هذا ما يشكو منه الكثير من الناس عندما يغيرون صنبور سبائك الزنك. غالبًا ما تتعطل ، مما يتسبب في بقاء جزء الصنبور في أنبوب الماء. لذلك ، لا يزال عمال المربع يقترحون أننا نحاول اختيار صنابير نحاسية عند التزيين ، ولا نختار سبائك الزنك.

في الوقت الحاضر ، هناك نوعان من السلاسل القياسية المستخدمة كمسبوكات في العالم ، أحدهما سبيكة زاماك والآخر سبيكة زا. سبائك الزمك المستخدمة هي Zamak 2 و Zamak 3 و zamak5 و Zamak 7 للراحة ، السبائك المذكورة أعلاه هي السبائك 2 و 3 و 5 و 7). سلسلة ZA هي za-8 و ZA-12 و ZA-27 و za-35. يستخدم Za-8 بشكل أساسي في صب القوالب بالغرفة الساخنة. لا يمكن استخدام ZA-12 و ZA-27 إلا لصب القوالب بالغرفة الباردة بسبب متطلبات الصهر الخاصة. يستخدم ZA-35 بشكل عام في صب الجاذبية. تم تطوير سبيكة Zamak قبل سبائك سلسلة Za وهي تستخدم بشكل أساسي في صب الضغط. الأكثر استخدامًا هو سبيكة الزنك رقم 3.

Zamak 2: يستخدم للأجزاء الميكانيكية ذات المتطلبات الخاصة للخصائص الميكانيكية ومتطلبات الصلابة العالية ومقاومة التآكل الجيدة ومتطلبات دقة الأبعاد العامة.

زماك 3: سيولة جيدة وخصائص ميكانيكية. يتم استخدامه للمسبوكات ذات القوة الميكانيكية المنخفضة ، مثل الألعاب والمصابيح والديكورات وبعض الأجزاء الكهربائية.

زماك 5: سيولة جيدة وخصائص ميكانيكية جيدة. يتم استخدامه للمسبوكات مع متطلبات معينة للقوة الميكانيكية ، مثل قطع غيار السيارات والأجزاء الميكانيكية والكهربائية والأجزاء الميكانيكية والمكونات الكهربائية.

Za8: له قوة تأثير جيدة واستقرار في الأبعاد ، لكن سيولة ضعيفة. يتم تطبيقه على أجزاء الصب ذات الحجم الصغير والدقة العالية والقوة الميكانيكية العالية ، مثل الأجزاء الكهربائية.

Super oy: يتم تطبيق أفضل سيولة لقالب من قطع العمل ذات الجدران الرقيقة والكبيرة الحجم وذات الدقة العالية والشكل المعقد ، مثل المكونات الكهربائية وأجسام الصناديق.

سبيكة ماغنيسيوم

سبائك المغنيسيوم هي سبيكة تعتمد على المغنيسيوم وعناصر أخرى. عناصر السبائك الرئيسية هي الألومنيوم والزنك والمنغنيز والسيريوم والثوريوم وكمية صغيرة من الزركونيوم أو الكادميوم. في الوقت الحاضر ، سبائك الألومنيوم المغنيسيوم هي الأكثر استخدامًا ، تليها سبائك المغنيسيوم والمنغنيز وسبائك الزنك المغنيسيوم. يمكن استخدام سبائك المغنيسيوم على نطاق واسع في السيارات والإلكترونيات والمنسوجات والهندسة المعمارية والمجالات العسكرية بسبب عمليات الصب والبثق والقطع والانحناء الممتازة.

نقطة انصهار سبائك المغنيسيوم هي 650 ، ونقطة الانصهار أقل من تلك الخاصة بسبيكة الألومنيوم ، وأداء الصب بالقالب جيد. تعادل قوة الشد لمسبوكات سبائك المغنيسيوم تلك الخاصة بمسبوكات سبائك الألومنيوم ، والتي تصل عمومًا إلى 250 ميجا باسكال وتصل إلى 600 ميجا باسكال.

سبائك المغنيسيوم لها كثافة منخفضة (حوالي 1.8 جم / سم 3) وقوة عالية. سبائك المغنيسيوم هي أخف مادة معدنية للهيكل ، بثقل نوعي 1.8 ، وهو 2/3 من الألومنيوم و 1/4 من الحديد ، وقوتها المحددة هي 133 ، مما يجعل سبائك المغنيسيوم متاحة كمواد عالية القوة. يمكن مقارنة القوة المحددة لسبائك المغنيسيوم عالية القوة بالتيتانيوم.

معامل المرونة لسبائك المغنيسيوم كبير والمقاومة الزلزالية جيدة. في النطاق المرن ، تكون الطاقة التي تمتصها سبائك المغنيسيوم أكبر بمقدار النصف من تلك الموجودة في سبائك الألومنيوم عندما تكون تحت حمولة تصادم ، لذلك تتمتع سبائك المغنيسيوم بأداء جيد في تقليل الضوضاء المضادة للزلازل.

تتميز سبائك المغنيسيوم بخصائص صب القوالب الجيدة ، ويمكن أن يصل الحد الأدنى لسمك جدار الصب إلى 0.5 مم ، وهو مناسب لتصنيع أنواع مختلفة من مصبوبات السيارات. تتميز أجزاء سبائك المغنيسيوم بثبات عالٍ ، ودقة عالية في حجم الصب ، ويمكن تشكيلها بدقة عالية.

يتميز تبديد الحرارة لسبائك المغنيسيوم بميزة مطلقة مقارنة بميزة السبيكة. بالنسبة إلى مشعاع سبائك المغنيسيوم ومواد سبائك الألومنيوم التي لها نفس الحجم والشكل ، فإن الحرارة الناتجة عن مصدر الحرارة (درجة الحرارة) سبيكة المغنيسيوم يتم نقلها بسهولة أكبر من جذر المشتت الحراري إلى الأعلى من سبائك الألومنيوم ، و الجزء العلوي أكثر تحملاً لدرجات الحرارة المرتفعة.

لكن معامل التمدد الخطي لسبائك المغنيسيوم كبير جدًا ، حيث يصل إلى 25-26 ميكرومتر / م ℃ ، بينما تبلغ سبائك الألومنيوم 23 ميكرومتر / م ℃ ، والنحاس حوالي 20 ميكرومتر / م ℃ ، والصلب الهيكلي 12 ميكرومتر / م ℃ ، الحديد الزهر حوالي 10 ميكرومتر / م ℃ ، الصخور (الجرانيت ، الرخام ، إلخ) فقط 5-9 ميكرومتر / م ℃ ، الزجاج 5-11 ميكرومتر / م ℃ عند تطبيقها على مصدر الحرارة ، تأثير يجب مراعاة درجة الحرارة على حجم الهيكل.

مثال على تطبيق سبائك المغنيسيوم: تستخدم كاميرات SLR الرقمية عالية الجودة والاحترافية عمومًا سبيكة المغنيسيوم كهيكل عظمي ، مما يجعلها متينة وجيدة الاستخدام ؛ الهاتف المحمول ، حالة الكمبيوتر المحمول ؛ يتم استخدام سبائك المغنيسيوم على الغلاف وأجزاء تبديد الحرارة للكمبيوتر وجهاز العرض والتي تنتج درجة حرارة عالية في الداخل ؛ تتطلب أجزاء هيكل عجلة القيادة وقوس التوجيه ودعم الفرامل وإطار المقعد ودعم المرآة وقوس التوزيع وزنًا خفيفًا وقوة عالية.

إطار عجلة القيادة المصبوب من سبائك المغنيسيوم

وفقًا لطريقة التشكيل ، يمكن تقسيمها إلى سبيكة مغنيسيوم مصنعة وسبائك مغنيسيوم مصبوب.

يتم التعبير عن درجة سبائك المغنيسيوم في شكل أحرف إنجليزية + أرقام + أحرف إنجليزية. الأحرف الإنجليزية الأمامية هي رموز أهم عناصر السبيكة (تم تحديد رموز العناصر في الجدول أدناه) ، وتمثل الأرقام التالية متوسط قيم قيم الحد العلوي والسفلي لأهم عناصر السبائك. الحرف الإنجليزي الأخير هو رمز التعريف ، والذي يستخدم لتحديد السبائك المختلفة ذات العناصر المكونة المحددة المختلفة أو محتويات العناصر المختلفة قليلاً.

الدرجات الشائعة لسبائك المغنيسيوم هي AZ31B ، az31s ، az31t ، az40m ، az41m ، AZ61A ، az61m ، az61s ، az62m ، AZ63B ، AZ80A ، az80m ، az80s ، AZ91D ، AM60B ، AM50A ، M1c ، M2M ، M2S ، ZK61M ، zk61s ، LZ91 ، lz61 ، lz121 ، la141 ، la191 ، laz933 ، la81 ، la91 ، laz931 ، ma18 ، ma21 ، ma14 ، إلخ.

سبائك التيتانيوم

تشير سبائك التيتانيوم إلى مجموعة متنوعة من سبائك المعادن المصنوعة من التيتانيوم والمعادن الأخرى ، بقوة عالية ومقاومة جيدة للتآكل ومقاومة عالية للحرارة. تستخدم سبائك التيتانيوم على نطاق واسع في تصنيع مكونات ضاغط محرك الطائرة ، والإطار ، والجلد ، والمثبتات ، ومعدات الهبوط. تُستخدم سبائك التيتانيوم أيضًا في هياكل الصواريخ والصواريخ والطائرات عالية السرعة.

التيتانيوم هو أيزومر بنقطة انصهار تبلغ 1668 ℃ وهيكل شبكي سداسي مغلق أسفل التيتانيوم 882 ℃ α ؛ لها هيكل شعرية مكعبة مركزها أعلى من 882 ℃ ، والتي تسمى β التيتانيوم. وفقًا للخصائص المختلفة للهيكلتين المذكورتين أعلاه من التيتانيوم ، يمكن الحصول على سبائك التيتانيوم ذات الهياكل الدقيقة المختلفة عن طريق إضافة عناصر السبائك المناسبة. في درجة حرارة الغرفة ، تحتوي سبائك التيتانيوم على ثلاثة أنواع من هياكل المصفوفة ، ويمكن تقسيمها إلى الأنواع الثلاثة التالية: سبيكة α （α + β) سبائك و β سبيكة. يمثل الصين TA و TC و TB على التوالي.

تبلغ كثافة سبائك التيتانيوم بشكل عام حوالي 4.51 جم / سم 3 ، أي 60% فقط من الفولاذ. تتجاوز بعض سبائك التيتانيوم عالية القوة قوة العديد من هياكل السبائك. لذلك ، فإن القوة المحددة (القوة / الكثافة) لسبائك التيتانيوم أعلى بكثير من تلك الموجودة في المواد الهيكلية المعدنية الأخرى ، والتي يمكن أن تنتج أجزاء ذات قوة وحدة عالية وصلابة جيدة ووزن خفيف.

منتجات سبائك التيتانيوم

التيتانيوم غير سام وخفيف وقوة عالية ومتوافق حيويًا. إنها مادة معدنية طبية مثالية ويمكن استخدامها كزرع في جسم الإنسان. في الولايات المتحدة ، هناك خمسة سبائك تيتانيوم موصى بها في المجال الطبي ، أي tmzftm (ti-12mo - ^ zr-2fe) ، ti-13nb-13zr ، 21srx الزمني (ti-15mo-2.5nb-0.2si) ، tiadyne 1610 (ti-16nb-9.5hf) و Ti-15Mo ، وهي مناسبة للزرع في جسم الإنسان كغرسات ، مثل العظام الاصطناعية ، والدعامات الوعائية ، إلخ.

التوافق الحيوي لسبائك TiNi جيد جدًا ، وهناك العديد من الأمثلة الطبية التي تستخدم تأثير ذاكرة الشكل والمرونة الفائقة. مثل مرشح الجلطة ، قضيب تقويم العظام الشوكي ، سلك تقويم الأسنان ، دعامة الأوعية الدموية ، لوحة العظام ، إبرة داخل النخاع ، مفصل صناعي ، جهاز منع الحمل ، مكونات إصلاح القلب ، مضخة الكلى الاصطناعية ، إلخ.

يمكن الحصول على منتجات سبائك التيتانيوم عن طريق الصب والتشغيل الآلي. درجة حرارة انصهار سبائك التيتانيوم عالية جدًا ، كما أن الحاجة إلى فولاذ القالب عالية أيضًا. هناك العديد من طرق المعالجة لسبائك التيتانيوم ، بما في ذلك الخراطة ، والطحن ، والتثقيب ، والحفر ، والطحن ، والتنصت ، والنشر ، و EDM وما إلى ذلك.

القدرة الميكانيكية لسبائك التيتانيوم ضعيفة أيضًا. عند قطع سبائك التيتانيوم ، تكون قوة القطع أعلى بقليل من قوة الفولاذ بنفس الصلابة ، ولكن الموصلية الحرارية لمعظم سبائك التيتانيوم منخفضة للغاية ، وهي فقط 1/7 من الفولاذ و 1/16 من تلك الخاصة بالصلب الألومنيوم. لذلك ، فإن الحرارة الناتجة عن القطع لن تتشتت بسرعة وتتجمع في منطقة القطع ، مما يؤدي إلى التآكل السريع والانهيار وتراكم الرقائق لحافة القطع.