Comparação direta de liga de alumínio, zinco, magnésio e titânio

Com a melhoria da qualidade de vida das pessoas, as exigências de estética e qualidade dos produtos também estão aumentando. Mais e mais produtos de consumo são feitos de materiais de liga. Os materiais metálicos dão às pessoas uma sensação de qualidade de ponta, sólida e durável, enquanto os produtos tradicionais de plástico são gradualmente rotulados como “baratos” e “de baixa qualidade” no coração dos consumidores.

Para produtos de consumo, os materiais de liga comumente usados são liga de alumínio, liga de zinco e liga de magnésio. A liga de titânio é frequentemente usada na área médica devido à sua boa biocompatibilidade. O Fang Gong examinará as características desses materiais de liga e fará uma comparação.

Portanto, o resumo indutivo é colocado na frente, conforme mostrado na tabela de comparação de desempenho a seguir.

Tabela de comparação de propriedades físicas

Entre as quatro ligas, a liga de titânio é a mais dura e tem a melhor resistência. Em termos de dureza, a liga de titânio é muito mais dura que as outras três ligas. Em termos de resistência à tração, a liga de titânio é mais forte que a liga de zinco, seguida pela liga de magnésio e a liga de alumínio tem a menor resistência.

Comparação de força e dureza

No entanto, em termos de design da estrutura do produto, o peso também deve ser levado em consideração. Se a gravidade específica for levada em consideração, a resistência específica da liga de zinco será a mínima devido à densidade máxima. A liga de titânio e a liga de magnésio têm alta resistência específica, mas a liga de titânio é cara e tem baixa processabilidade. Portanto, a liga de magnésio é frequentemente usada nas peças estruturais que precisam considerar de forma abrangente o peso e a resistência.

liga de alumínio

Os ingredientes dos materiais podem ser encontrados diretamente em Du Niang. Não leva muito tempo para listá-los aqui. A densidade da liga de alumínio é 2,63-2,85g/cm, e tem alta resistência (σ B é 110-270mpa), a resistência específica é próxima à do aço de alta liga e a rigidez específica é maior que a do aço. Possui bom desempenho de fundição, desempenho de processamento de plástico, boa condutividade elétrica e térmica, boa resistência à corrosão e soldabilidade.

A fluidez da liga de alumínio fundido é boa e o ponto de fusão é de 660 ℃.

A liga de alumínio tem as formas de aplicação mais abundantes no design da estrutura do produto. As tecnologias de processamento comuns incluem fundição, extrusão, usinagem, estampagem e forjamento. Os perfis de liga de alumínio são amplamente utilizados na construção de portas e janelas, e os perfis de alumínio são frequentemente usados para construir estruturas para equipamentos mecânicos. Não há falta de liga de alumínio na casca de produtos eletrônicos e bens de consumo. Este tipo de produtos tem requisitos de aparência mais elevados, e os processos mais comuns são extrusão, usinagem, estampagem, etc.

O alumínio fundido raramente é usado na carcaça do FMCG. Como a liga de alumínio fundido contém alto teor de Si, ela reage diretamente com a solução durante a anodização, e o efeito da superfície após a oxidação é ruim. As peças fundidas de alumínio são frequentemente usadas em peças estruturais internas e peças com baixos requisitos de aparência. A carcaça do motor da motocicleta precisa de estrutura complexa, peso leve e força suficiente. A maior parte da fundição de liga de alumínio rotativa é usada como peça em branco. 

Carcaça do motor em alumínio fundido

Grau de alumínio:

um ××× A série é de alumínio puro (o teor de alumínio não é inferior a 99.00%), e os dois últimos dígitos da marca da série são expressos em pontos percentuais do teor mínimo de alumínio. A segunda letra da marca indica a modificação do alumínio puro original.

dois ×××～ oito ××× Os dois últimos dígitos da série não têm significado especial e são usados apenas para distinguir: diferentes ligas de alumínio no mesmo grupo. A segunda letra da marca indica a modificação do alumínio puro original.

duas Séries ×××: liga de alumínio com cobre como principal elemento de liga. 2011 liga de corte rápido, boa resistência ao corte também é alta. A liga para forjamento em 2218, 2018 tem boa propriedade de forjamento e resistência a altas temperaturas.

três Séries ×××: liga de alumínio com manganês como elemento de liga principal. 31053105 materiais de construção, chapa de alumínio colorida, tampa de garrafa.

Série quatro ×××: liga de alumínio com silício como elemento de liga principal. 4032 tem boa resistência ao calor, resistência ao atrito e cancelamento, e tem um pequeno coeficiente de expansão térmica. Pistão, cabeça do cilindro.

Série cinco ×××: liga de alumínio com magnésio como principal elemento de liga. 5052 é a liga mais representativa com resistência média, e geralmente é chapa de metal, navio, veículo, construção, tampa de garrafa e placa de favo de mel.

seis ××× As séries são: liga de alumínio com magnésio como elemento de liga principal e Mg2Si como fase de reforço. 6063 liga de extrusão representativa tem baixa resistência do que 6061 e boa propriedade de extrusão. Pode ser usado como um material de perfil complexo com boa resistência à corrosão e tratamento de superfície. É bom para construção, guardrail de rodovia, cerca alta, veículo, móveis, eletrodomésticos e decoração.

Série sete ×××: liga de alumínio com zinco como elemento de liga principal. Uma das ligas mais poderosas da liga de alumínio 7075 é a baixa resistência à corrosão. O material de revestimento do 7072 pode melhorar sua resistência à corrosão, mas o custo é melhorado. Aeronave, bastão de esqui.

oito ××× Series: liga de alumínio com outros elementos como elementos de liga principais

nove ××× Series: grupo de liga de reposição

A liga de alumínio com resistência à tração superior a 480mpa é chamada de liga de alumínio de alta resistência, principalmente baseada em Al Cu mg e Al Zn mg Cu, ou seja, liga 2XXX (liga de alumínio dura) e 7xxx (liga de alumínio super dura). A resistência estática do primeiro é ligeiramente inferior à do segundo, mas a temperatura é superior à do último. As propriedades da liga são diferentes devido à composição química diferente, métodos de fusão e solidificação, tecnologia de processamento e sistema de tratamento térmico.

A liga de zinco possui baixo ponto de fusão, boa fluidez e fácil soldagem. De acordo com o processo de fabricação, pode ser dividido em liga de zinco fundido e liga de zinco deformada. A liga de zinco fundido tem boa fluidez e resistência à corrosão, e é adequada para instrumentos de fundição, carcaça de peças de automóveis, etc. O rendimento da liga de fundição é muito maior do que o da liga deformada. Para as partes estruturais de dissipação rápida, a liga de deformação raramente é usada. Portanto, o seguinte é apenas para liga de zinco de fundição.

A densidade da liga de zinco é 6,3-6,7 g/cm, e a resistência à tração σ B é 280-440mpa, com baixo ponto de fusão, derretendo a 385 ℃, fácil de fundição.

A relação de liga de zinco é significativa, que é a maior proporção das quatro ligas descritas neste artigo, e a fluidez é a melhor. Tem bom desempenho de fundição e pode fundir peças de precisão com forma complexa e paredes finas, e a superfície da fundição é lisa. Entre os produtos que projetei, a espessura da fundição de liga de zinco de paredes finas é de apenas 0,4 mm.

A resistência da liga de zinco é boa à temperatura ambiente. É importante notar que a liga de zinco não deve ser usada em alta temperatura e baixa temperatura (abaixo de 0 ℃), e a liga de zinco tem boas propriedades mecânicas à temperatura ambiente. Mas a resistência à tração e o desempenho de impacto dos dois grupos diminuíram significativamente em alta temperatura. A resistência à corrosão da liga de zinco é pobre. Quando os elementos de impureza chumbo, cádmio e estanho excedem o padrão, a fundição será deformada devido ao envelhecimento. O efeito de envelhecimento e o fenômeno de envelhecimento existem na fundição de liga de zinco, ou seja, a resistência diminui naturalmente após um longo tempo e se torna quebradiça. É sobre isso que muitas pessoas reclamam quando trocam a torneira de liga de zinco. Eles geralmente quebram, fazendo com que a parte da torneira permaneça no cano de água. Portanto, os trabalhadores da praça ainda sugerem que tentemos escolher torneiras de cobre na hora de decorar, não escolha liga de zinco.

Atualmente, existem dois tipos de séries padrão usadas como peças fundidas no mundo, uma é a liga Zamak e a outra é a liga da série Za. As ligas de Zamak usadas são Zamak 2, Zamak 3, zamak5 e Zamak 7（ Por conveniência, as ligas acima são liga 2, 3, 5 e 7). As séries Za são za-8, ZA-12, ZA-27 e za-35. Za-8 é usado principalmente para fundição de câmara quente. ZA-12 e ZA-27 só podem ser usados para fundição sob pressão em câmara fria devido a requisitos especiais de fusão. Za-35 é geralmente usado em fundição por gravidade. O desenvolvimento da liga Zamak é anterior à liga da série Za e é usado principalmente em fundição sob pressão. A mais utilizada é a liga de zinco nº 3.

Zamak 2: é usado para peças mecânicas com requisitos especiais de propriedades mecânicas, requisitos de alta dureza, boa resistência ao desgaste e requisitos gerais de precisão dimensional.

Zamak 3: boa fluidez e propriedades mecânicas. É utilizado para peças fundidas de baixa resistência mecânica, como brinquedos, luminárias, decorações e algumas peças elétricas.

Zamak 5: boa fluidez e boas propriedades mecânicas. É utilizado para peças fundidas com determinados requisitos de resistência mecânica, como peças automotivas, peças mecânicas e elétricas, peças mecânicas e componentes elétricos.

Za8: tem boa resistência ao impacto e estabilidade dimensional, mas tem pouca fluidez. É aplicado em peças de fundição sob pressão com tamanho pequeno, alta precisão e alta resistência mecânica, como peças elétricas.

Super oy: a melhor fluidez é aplicada à fundição sob pressão de peças de parede fina, tamanho grande, alta precisão e formas complexas, como componentes elétricos e corpos de caixa.

Liga de magnésio

A liga de magnésio é uma liga à base de magnésio e outros elementos. Os principais elementos de liga são alumínio, zinco, manganês, cério, tório e uma pequena quantidade de zircônio ou cádmio. Atualmente, a liga de magnésio e alumínio é a mais amplamente utilizada, seguida pela liga de magnésio e manganês e pela liga de magnésio e zinco. A liga de magnésio pode ser amplamente utilizada em automóveis, eletrônicos, têxteis, arquitetura e campos militares devido ao seu excelente processamento de fundição, extrusão, corte e dobra.

O ponto de fusão da liga de magnésio é de 650 ℃, e o ponto de fusão é menor que o da liga de alumínio, e o desempenho de fundição é bom. A resistência à tração das peças fundidas de liga de magnésio é equivalente à das peças fundidas de liga de alumínio, geralmente até 250 MPa e até 600 MPa.

A liga de magnésio tem baixa densidade (cerca de 1,8g/cm3) e alta resistência. A liga de magnésio é o material de estrutura metálica mais leve, com gravidade específica de 1,8, que é 2/3 de alumínio e 1/4 de ferro, e sua resistência específica é de 133, o que torna a liga de magnésio disponível como material de alta resistência. A resistência específica da liga de magnésio de alta resistência pode até ser comparada com o titânio.

O módulo de elasticidade da liga de magnésio é grande e a resistência sísmica é boa. Na faixa elástica, a energia absorvida pela liga de magnésio é metade maior do que a da liga de alumínio quando está sob carga de impacto, então a liga de magnésio tem um bom desempenho de redução de ruído anti-sísmico.

A liga de magnésio tem boas propriedades de fundição sob pressão, e a espessura mínima da parede da fundição sob pressão pode chegar a 0,5 mm, o que é adequado para a fabricação de vários tipos de fundições de automóveis. As peças de liga de magnésio têm alta estabilidade, alta precisão do tamanho da fundição e podem ser usinadas com alta precisão.

A dissipação de calor da liga de magnésio tem vantagem absoluta em comparação com a da liga. Para o radiador de liga de magnésio e material de liga de alumínio do mesmo volume e forma, o calor produzido por uma fonte de calor (temperatura) liga de magnésio é mais facilmente transferido da raiz do dissipador de calor para o topo do que o da liga de alumínio e o topo é mais tolerante a alta temperatura.

Mas o coeficiente de expansão linear da liga de magnésio é muito grande, atingindo 25-26 μ M/m ℃, enquanto a liga de alumínio é 23 μ M/m ℃, latão cerca de 20 μ M/m ℃, aço estrutural 12 μ M/m ℃ , ferro fundido cerca de 10 μ M/m ℃, rocha (granito, mármore, etc.) é apenas 5-9 μ M/m ℃, vidro 5-11 μ m/m℃。 temperatura no tamanho da estrutura deve ser considerada.

Exemplo de aplicação de liga de magnésio: geralmente as câmeras SLR digitais de ponta e profissionais adotam liga de magnésio como o esqueleto, tornando-a durável e boa na mão; Telefone celular, caso do laptop; A liga de magnésio é usada no escudo e nas peças de dissipação de calor do computador e do projetor que produzem alta temperatura no interior; As partes da estrutura do volante, suporte de direção, suporte de freio, estrutura do assento, suporte de espelho e suporte de distribuição requerem peso leve e alta resistência.

Estrutura do volante de fundição de liga de magnésio

De acordo com o método de formação, pode ser dividido em liga de magnésio forjado e liga de magnésio fundido.

O grau de liga de magnésio é expresso na forma de letras inglesas + números + letras inglesas. As letras inglesas frontais são os códigos dos elementos de liga mais importantes (os códigos dos elementos são especificados na tabela abaixo), e os números a seguir representam os valores médios dos valores limite superior e inferior dos elementos de liga mais importantes. A última letra em inglês é o código de identificação, que é usado para identificar diferentes ligas com diferentes elementos constituintes específicos ou conteúdos de elementos ligeiramente diferentes.

Os tipos comuns de ligas de magnésio são 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, etc.

Liga de titânio

Liga de titânio refere-se a uma variedade de ligas metálicas feitas de titânio e outros metais, com alta resistência, boa resistência à corrosão e alta resistência ao calor. A liga de titânio é amplamente utilizada na fabricação de componentes de compressores de motores de aeronaves, estrutura, pele, fixadores e trem de pouso. As ligas de titânio também são usadas em estruturas de foguetes, mísseis e aeronaves de alta velocidade.

O titânio é um isômero com um ponto de fusão de 1668 ℃ e uma estrutura de treliça hexagonal compactada abaixo de 882 ℃ α Titânio; Tem uma estrutura de treliça cúbica de corpo centrado acima de 882 ℃, que é chamada de β Titânio. De acordo com as diferentes características das duas estruturas de titânio acima, as ligas de titânio com diferentes microestruturas podem ser obtidas pela adição de elementos de liga apropriados. À temperatura ambiente, as ligas de titânio têm três tipos de estruturas de matriz e podem ser divididas nos três tipos seguintes: α Alloy（ α+β) Ligas e β Alloy. A China é representada por TA, TC e TB, respectivamente.

A densidade da liga de titânio é geralmente cerca de 4,51g/cm3, que é apenas 60% de aço. Algumas ligas de titânio de alta resistência excedem a resistência de muitas estruturas de liga. Portanto, a resistência específica (resistência/densidade) da liga de titânio é muito maior do que a de outros materiais estruturais metálicos, que podem produzir peças com alta resistência unitária, boa rigidez e leveza.

produtos de liga de titânio

O titânio é atóxico, leve, de alta resistência e biocompatível. É um material de metal médico ideal e pode ser usado como um implante no corpo humano. Nos Estados Unidos, existem cinco ligas de β Titânio recomendadas para a área médica, ou seja, tmzftm (ti-12mo – ^ zr-2fe), ti-13nb-13zr, temporal 21srx (ti-15mo-2.5nb-0.2si) , tiadyne 1610 (ti-16nb-9.5hf) e Ti-15Mo, que são adequados para implantação no corpo humano como implantes, como osso artificial, stent vascular, etc.

A biocompatibilidade da liga TiNi é muito boa, e existem muitos exemplos médicos usando seu efeito de memória de forma e superelasticidade. Tais como filtro de trombo, haste ortopédica espinhal, fio ortopédico dental, stent vascular, placa óssea, agulha intramedular, articulação artificial, dispositivo contraceptivo, componentes de reparo cardíaco, microbomba renal artificial, etc.

Os produtos de liga de titânio podem ser obtidos por fundição e usinagem. A temperatura de fusão da liga de titânio é muito alta e a exigência de aço para matrizes também é alta. Existem muitos métodos de usinagem para liga de titânio, incluindo torneamento, fresamento, mandrilamento, perfuração, retificação, rosqueamento, serragem, EDM e assim por diante.

A usinabilidade da liga de titânio também é pobre. Ao cortar ligas de titânio, a força de corte é apenas ligeiramente superior à do aço com a mesma dureza, mas a condutividade térmica da maioria das ligas de titânio é muito baixa, que é apenas 1/7 da do aço e 1/16 da do aço. alumínio. Portanto, o calor gerado pelo corte não se dispersará rapidamente e se acumulará na área de corte, resultando em rápido desgaste, colapso e acúmulo de cavacos da aresta de corte.