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新材塑料和常用五金材料(研发机械结构工程师经典总结)

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新材塑料部分:

一、聚醚砜(Polyethersulfone、PES)是具有优异耐热水性的非结晶性塑料。

 广泛应用于食品工业零部件及排水零部件、半导体超纯水相关部件、电子零部件、前大灯反射镜、烹饪设备零部件等。也可利用玻纤进行强化。具备如下所示的特征。    
1. 良好的抗蠕变性。    
2. 良好的耐热水性和耐蒸汽性。    
3. 也具有良好的电气特性。    
4. 这是一种略带黄色的透明树脂。    
5. 可溶于有机溶剂。尤其是会受到酯类、酮类和氯仿的侵蚀。    
   

聚醚砜棒

二、聚醚醚酮(Polyetheretherketone、PEEK)是由英国威格斯(Victrex)公司开发的芳香族热塑性塑料。

其熔点约330℃,具备优异的耐热性。在很多使用案例中,利用玻璃纤维强化来提升其强度。    
其用途包括半导体和液晶面板制造设备零件、投影仪的灯泡壳体、电池包装、IC插座、接插件、汽车零部件等。    

主要特征如下。    
1. 连续使用温度高达260℃。    
2. 优异的耐辐射性。    
3. 注塑模具的型腔表面温度必须设置为180~200℃的高温。    
4. 优异的绝缘性。    
5. 优异的耐有机溶剂性。    
6. 疲劳强度高。    
三、聚酰胺-酰亚胺(Polyamide-imide、PAI)是一种荷载挠曲温度约为180℃,在高温下具有高强度的成型材料。    

 用玻璃纤维、碳纤维、石墨等增强的牌号在高温环境下具有优异的滑动性能。    
 在工业用途中的应用案例,包括液压设备密封件、继电器、插座、开关、线轴、齿轮、轴承、内燃机部件、喷气发动机部件、SMT零部件等。    
 主要特征如下。    
1. 良好的耐热性。    
2. 优异的耐热劣化特性。    
3. 良好的耐蠕变性。长时间连续负荷下变形轻微。    
4. 良好的疲劳强度。    
5. 耐酸性良好,但是耐碱性可能会出现问题。    
6. 良好的耐紫外线性、耐辐射性。    
7. 良好的阻燃性。    

 四、聚酰亚胺(Polyimide、PI)是种具备优异耐热性的成型材料。

荷载挠曲温度为250-360℃,是塑料材料中的最高水平。最近,还开发出了能够用于注塑成型的产品。    
 聚酰亚胺包括全芳族聚酰亚胺、半芳族聚酰亚胺和热固性聚酰亚胺。用于注塑成型时,主要是使用半芳族聚酰亚胺。    
 实际应用案例包括,复印机的加热辊轴承和隔热轴、半导体制造设备的耐热托盘、飞机部件和人造卫星部件等。今后也可能会应用于汽车部件及电子部件。    
 具备如下特征。    

1.

荷载挠曲温度高达250~360℃。
*耐热性甚至高于焊锡(锡−铅合金)。

2.

优异的耐热劣化性。

3.

良好的恒温强度。

4.

优异的耐化学性。

5.

高吸水性。

6.

优异的电性能和良好的介电性能。


   
五、聚醚醚酮(Polyetheretherketone、PEEK)是由英国威格斯(Victrex)公司开发的芳香族热塑性塑料。    

 其熔点约330℃,具备优异的耐热性。在很多使用案例中,利用玻璃纤维强化来提升其强度。    
 其用途包括半导体和液晶面板制造设备零件、投影仪的灯泡壳体、电池包装、IC插座、接插件、汽车零部件等。
 主要特征如下。    
1. 连续使用温度高达260℃。    
2. 优异的耐辐射性。    
3. 注塑模具的型腔表面温度必须设置为180~200℃的高温。    
4. 优异的绝缘性。    
5. 优异的耐有机溶剂性。    
6. 疲劳强度高。    

六、间规聚苯乙烯(Syndiotactic Polystyrene,SPS)是使用茂金属催化剂合成的聚苯乙烯。

 间规的含义是具有立构规整性,其具备如下的优良特性。    
 实际应用的例子包括仪器外壳、梳妆台零件、浴室零件、空调零件和汽车电磁阀零件等。这一树脂品种是1985年由出光兴产株式会社开发完成。    
1. 注塑成型件的尺寸精度良好。    
2. 流动性良好。    
3. 融点高达270℃,耐热性优异。    
4. 比重轻。    
5. 难水解。    
6. 耐化学性良好。    
七、聚甲基戊烯(Polymethylpemtene)是一种立构规整聚烯烃,是透明的成型材料。    

 是常用于家用电器、医疗设备、食品相关领域的结晶性塑料。多用于洗碗机零部件、耐热微波炉容器、铁质盛水容器、电路板、移液管、注射器、烧杯等。    
 主要特征如下。    
1. 熔点为230~245℃,原始材料的荷载挠曲温度为80~90℃,玻纤强化型的荷载挠曲温度为190℃左右。    
2. 透光性等光学特性优异。    
3. 耐化学性良好,耐酸碱性也很优秀。但是会受到汽油及四氯化碳的侵蚀。    
4. 比重为 0.83,重量轻。    
5. 耐蒸汽性和耐热水性良好,可用于食品相关和热水相关领域的零部件。    
6. 由于具有较好的氧气透过性,因此可用于需要氧气透过功能的部件。    
7. 耐候性良好。    

八、聚醚酰亚胺(Polyether imide、PEI)是运用于电子工业的成型材料。

这是一种非结晶性塑料,在某些情况下也可替代聚碳酸酯和聚合物合金使用。    


   
 主要特征如下。    
1. 荷载挠曲温度为200~210℃左右。    
2. 良好的耐热劣化性。    
3. 优异的耐热水性。    
4. 耐酸耐碱性较为良好,但是会受到卤代脂肪烃侵蚀。在某些有机溶剂中也可能因溶剂而引发龟裂。    
5. 优异的耐候性。不易褪色。    

6. 主要用途案例包括办公自动化设备的耐热部件、复印机的耐热部件、电气部件、汽车用耐热部件等。


常用五金材料    
   
一、镀锌钢材    
母材SPCC,低碳钢,普通铁板,易冲压成型,易氧化    
热浸镀锌钢材(GI)与电镀锌钢材(EG/SECC)的比较:    

母材

前处理

镀层

机械性能

加工性能

GI/SGCC白色

冷轧全硬钢板

热浸

有/无锌花,形成铁锌合金,层厚,耐蚀性好

材质软

简单加工,复杂加工不行

EG/SECC灰色,贵

冷轧退火钢板

电镀

无锌花,纯锌镀层,层薄,耐蚀性差

与母板相同

成型性能好

Z—无锌花(M细小锌花)    
S—调质处理(B亮面调质处理)    
F—耐指纹处理(C铬酸盐处理)    
X—不涂油    

         

SPCC—冷轧碳素钢:S(材质)P(形状用途)C(加工方法)C(级别)    
S—stell钢,F—ferrym铁    
P—(plate)板,T—(tube)管,K--(kogu)工具,U—特殊,W—线,C—铸件,F—锻件    
C—(cold)冷轧,H—(hold)热轧    
C—普通,D—拉伸,E—深拉伸    
             
二、马口铁(SPTE),镀锡低碳钢    
SECC—断面及折痕容易生锈    
SPTE—非磁性材料,但冲压加工次数多,磁性强。遮蔽磁干扰及冲制少零件。表面镀锡可直接焊接。    
   

   
三、不锈钢    
Cr系(400系列)、Cr-Ni系(300系列)、Cr-Mn-Ni(200系列)、耐热铬合金钢(500系列)及析出硬化系(600系列)。    
301:延展性好,用于成型产品。抗磨性和疲劳强度优于304。耐蚀性差。弹性好。通过冷变形加工可使钢的强度、硬度提高。焊接性好。广泛用于防EMI上,弹性体上。    
304:耐腐蚀性,耐热性,机械性能优秀,热处理后不硬化,无磁性。较没弹性。    
有2B面AB面(雾面与镜面)    
316:添加Mo,耐蚀性比304更好,高温强度好,可在苛酷条件下使用。加工硬化优无磁性。    

四、铝及铝合金    
铝合金大体上可分为板材、棒材、管材、线材、型材等拉伸材料和沙范、模具等的铸造材料、压铸材料。根据合金的成分比,其特征各不相同,在JIS中以四位数字表示*。合金类型以千位数字表示,以下信息显示在后两位。例如,纯度为99.7%以上的铝为A1070,铝镁合金为A5052。  

(1)拉伸材料

【表1】铝拉伸材料的种类与特征

合金类

特征

用途

主要合金符号*

1000

(纯铝类)

耐腐蚀性、加工性、导电/导热性优秀。表面处理性良好

各种容器、电气器具、反射板

1070

1100

2000

(Al-Cu合金类)

硬铝合金,强度高、可切削性优秀。耐腐蚀性、表面处理困难。

航空器、输送机、机械零件

2017

2024

3000

(Al-Mn合金类)

耐腐蚀性不降低,强度良好。冲压加工性能良好,表面处理良好

器具、罐头、建筑材料

3003

3004

4000

(Al-Si合金类)

熔点低。阳极氧化自然发色合金

钎焊材料、焊接材料、建筑材料

4043

5000

(Al-Mg合金类)

根据Mg含量不同,有多种不同合金。耐腐蚀性良好、强度高。表面处理性良好

建筑材料、构造物、船舶、罐盖、光学器件

5005

5052

5056

5083

6000

(Al-Mg-Si合金类)

耐腐蚀性良好、热处理后强度高。良好的挤出性和表面处理性。

建筑物窗框、结构用

6061

6063

7000

(Al-Zn-Mg合金类)

强度最高的铝合金。焊接性良好

航空器、体育用品、铁道车辆、焊接结构材料

7075

7204 (7N01)

(2)铸件用铝合金

【表2】铸件用铝合金的种类

合金类

特征

主要合金*

Al-Si类

铸造性良好的合金

AC4A、AC4C、AC9A

Al-Mg类

耐腐蚀性良好的合金

AC7A、AC7B

Al-Cu类

热处理后具有高强度的合金

AC1A、AC2A、AC5A

(3)冲压用铝合金

【表3】冲压用铝合金

合金类

特征

主要合金*

Al-Si类

铸造性良好的合金

ADC1、ADC7

Al-Mg类

耐腐蚀性良好的合金

ADC5、ADC6

Al-Si-Cu类

铸造强度良好的合金

ADC10、ADC12


 

             
1xxx指纯铝系列:纯度可达99.0%以上,1070(反光板,电镀品质与表面亮度均佳),1100(热交换器),散热材料,1230(最常用)    
2xxx指铝铜合金系列:硬铝,航空铝材,常规工业中不常用。2024    
3xxx指铝锰合金系列:防锈铝。3003(厨具),3A21    
4xxx指铝硅合金系列:耐热耐磨。4343,4045    
5xxx指铝镁合金系列:密度低,抗拉强度高,延伸率高。5005,5052(散热片,传动支架,表面易氧化需做表面处理)    
6xxx指铝镁硅合金系列:抗腐蚀性、氧化性要求高的应用。容易涂层,加工性好。6063,6061    
7xxx指铝含锌系列合金: 超硬铝合金,有良好的耐磨性。航空铝材。    
8xxx指铝和其它元素:    
         
   
常用压铸铝:ADC10,ADC12(日本,相当中国YL113,废旧铝再生),A380,ZLD102,ZLD104    
ADC10与ADC12比,抗拉强度,廷伸率降低,硬度上升。    

压铸铝合金

特性及应用

A356,LM25

良好致密性,流动性,抗热裂性及耐腐蚀性。主要用于制造承受高负荷的大尺寸金属件,如传动机匣,汽缸等

ADC3,A360,LM9

良好耐腐蚀性、流动性高及高抗热裂性能,易于压铸

ADC10,A380,LM24

机械特性高,适用于家具配件,如吸尘机、汽车配件及马达箱等

ADC12,LM2

具良好加工及电镀特性

         

常用挤出铝:6061,6063    
强度     切削加工性  氧化性能  塑性          
6061中         好          好       一般          
6063 一般       一般        好       好
   
常用浇铸铝锭,ZLD102,ZLD104,ZLD107,A356    
         
   
五、镁合金    
密度小,比强度高,散热好,耐疲劳,消震性好,承受冲击载荷能力比铝合金大,电磁屏蔽效果好。    
耐蚀差,易氧化烧损,力学性能(特别是韧性和塑性)较差    
1、镁合金比铝合金轻,一般情况下镁合金的密度是铝合金的2/3;         
2、镁合金在熔炼与铸造过程中需要保护气与熔剂进行保护,而铝合金则不需要          
3、镁合金的耐腐蚀性较差,铝合金则较好,不过也有一些新研制的镁合金其耐腐蚀性能可与铝合金相当;         
4、镁合金的减震性能等较铝合金强;         
5、镁合金的力学性能较铝合金的差,但也有一些通过加入一些强化合金元素,可以达到或接近铝合金的水平;         
6、铝合金废料一般可以直接回收利用,镁合金则不能;
   
   
         
   
六、铜及铜合金    
1.紫铜:红铜/纯铜,很好的导电性和导热性,强度低,塑性极好,易于加工。良好的耐蚀性,焊接性。    
T2(中)          C11000(美)       C1100(日)  导电用    
TU1(无氧铜)     C10200           C1020      真空仪表    
TP1(磷脱氧铜)   C12000           C1201      焊接用    
2.黄铜:铜锌合金,较硬,耐磨,耐蚀性强,加工性能好,常做成需受力大、经常运动摩擦的工件。    
铅黄铜的切削性能优良,耐磨性好,广泛用于制造钟表零件,轴瓦和衬套。         
锡黄铜的耐腐蚀性能好,广泛用于制造海船零件。         
铝黄铜中的铝能提高黄铜的强度和硬度,提高在大气中的抗蚀性,铝黄铜用于制造耐蚀零件。         
硅黄铜中的硅能提高铜的力学性能、耐磨性的耐蚀性,硅黄铜主要用于制造海船零件及化工机械零件
   
H68(普通)          C26800     C2680    
HPb63-3(铅黄铜)    C34500     C3560    
HSn62-1(锡黄铜)       
HAl60-1-1(铝黄铜)  C67000     C6782    
HSi80-3(硅黄铜)    C69400        

         

3.青铜:与紫铜比,青铜强度高且熔点低,铸造性好,耐磨且化学性质稳定。    
磷青铜:导电性佳,弹性高,耐磨。主要用作电气开关/端子之弹片,耐磨零件和弹性元件。    
锡青铜:铸造性能、减摩性能好和机械性能好,适合於制造轴承、蜗轮、齿轮。耐磨、弹性、抗蚀、抗磁    
铝青铜:强度高,耐磨性和耐蚀性好。特种铝青铜有着比合金钢更加高的强度和接近合金钢的硬度。力结构件,传动件。    
铅青铜:发动机和磨床广泛使用的轴承材料。    
铍青铜:除具有高的强度、弹性、硬度、耐磨性和耐疲劳性外,还有优良的导电性、导热性、耐蚀性、无磁、冲击时不产生火花,并有优良的工艺性能。要弹簧、钟表齿轮、高速高压下工作的轴承、衬套。    
QSn4-3        C51100    C5111    
QAl10-3-1.5   C62300    C6301    
QBe2          C17200    C1720    
QBe1.7        C17000    C1700    

         

4.白铜:以镍为主要添加元素的铜合金。显著提高强度、耐蚀性、硬度。白铜较其他铜合金机械性能物理性能都异常良好,延展性好、硬度高、色泽美观、耐腐蚀。    
      分结构白铜,电工白铜。    
      普通白铜,铁白铜,锌白铜,铝白铜。洋白板(铜镍合)    

铜的种类主要是指铜单质以及铜的各种合金,包括紫铜(铜单质)黄铜白铜青铜磷铜等,它们有着不同的特性及用途:

纯铜:柔软的金属,表面刚切开时为红橙色带金属光泽、延展性好、导热性和导电性高。

   
纯铜的最普遍用途在于制造电线,通常现时所用的电线都是由纯铜制成,这是因为它的导电性和导热性都仅次于银,但却比银便宜得多。而且铜很容易加工,透过熔解、铸造、压延等工序改变形状,便可制成汽车零件以及电子零件。
   
黄铜:指以铜为基体金属, 锌为主要合金元素的类似金属的物质. 
        黄铜种类很多, 其中铜锌二元合金是最简单的一种黄铜, 故称简单黄铜或普通黄铜.
   

        一般牌号有H62(62%的铜)   H65(65%的铜)  H70 .....H90等等.
        除了普通黄铜外, 还有铅黄铜(如HPb59-1), 铁黄铜,  铝黄铜,  锡黄铜等等.可用于制造精密仪器、船舶的零件、枪炮的弹壳、水龙头等。黄铜敲起来声音好听,因此锣、钹、铃、号等乐器都是用黄铜制做的。


白铜: 指以铜为基体金属, 镍为主要合金元素的类似金属的物质.
        白铜种类也很多, 有普通白铜(如B10 B30  B40等),还有锌白铜(BZn15-20等),被广泛使用于造船、石油化工、电器、仪表、医疗器械、日用品、工艺品等领域,并还是重要的
电阻及热电偶合金

   

青铜: 指以铜为基体金属, 非锌非镍为主要合金元素的合金, 即除了黄铜及白铜外,均为青铜.

   

  青铜种类也非常多,有锡青铜(锡磷青铜是其中一种,也就是你说的磷青铜硅锰青铜, 铝青铜, 铬青铜等等.  你所说的磷铜是指铜磷合金, 从理论说也是青铜的一种. 主要用于焊接行业.难以加工.性质硬脆.

青铜一般具有较好的耐腐蚀性、耐磨性、铸造性和优良的机械性能,且硬度大。用于制造精密轴承、高压轴承、船舶上抗海水腐蚀的机械零件以及各种板材、管材、棒材等。   除了从成分上区别外, 可以从性能\外观方面判断:


磷青铜:铜、锡与磷的合金,其中含有锡2%-8%,含有磷2-8%,其余成分余为铜。坚硬,可制弹簧。铸件可用于齿轮、蜗轮、轴承等机械部件。青铜是一个大种类, 包括磷青铜及磷铜.其坚硬,可制弹簧。铸件可用于齿轮、蜗轮、轴承等机械部件。

   

七、弹簧材料

1.碳素弹簧钢丝(SWC/SWB):65#,70#、65Mn、82B、72A、72B钢丝,特点是可塑性低,耐蚀性差。主要用于要求精度不高,电子,电器,玩具中一般要求的各种表态弹簧。价格低。    
2.合金弹簧钢丝:在碳素钢里添加合金改善性能。    
60Si2Mn钢是应用最广泛的合金弹簧钢,强度、淬透性、耐回火性都比碳素弹簧钢高,工作温度达250℃,缺点是脱碳倾向较大。    
50CrVA钢的力学性能与60Si2Mn钢相近,但淬透性更高,钢中Cr和V能提高弹性极限、强度、韧性和耐回火性,常用于制作承受重载荷、工作温度较高及截面尺寸较大的弹簧。    
30W4Cr2VA是高强度的耐热弹簧,用于500℃以下工作的锅炉主安全阀弹簧、汽轮机汽封弹簧等。    
3.琴线(SWPA/SWPB):非常好的强度和弹性,耐疲劳性佳。综合力学性能好。主要用于电子,电器,玩具中对机械性能要求高的弹簧(动态弹簧)。82B(中),价格高。    
4.磷青铜:具有良好的导电性和耐腐蚀性,但硬度和强度及耐疲劳度差。主要用于导电性能较高的场合。C5191W(日本),C51900(美),QSn6.5(中)。价格较高。    
5.SUS304:具有良好的耐腐蚀性,耐热性,低温强度机械特性,无磁性,韧性大,易成形。主要用电池片弹簧、家庭用品容器中的压力弹簧等。(最广泛的不锈钢)。价格中    
6.SUS316:耐蚀性和高温强度特别好,可在苛刻条件下使用,无磁性。适于海水用设备、化学行业中弹簧等。    
7.铍铜线:耐蚀性佳,于时效硬化处理前,富于展性时效三角化处理后增加耐疲劳性。C1720W。价格特高。    

   
机械设计的内容讲解到此结束,欢迎各位进行补充。    


-End-


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来源:非标机械专栏


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首次发布时间:2023-11-22
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