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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)

2023-08-19 07:02 浏览:26

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机械工程文萃-4-08月19日星期六

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--正文--

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。公众号《机械工程文萃》，工程师的加油站！

　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。公众号《机械工程文萃》，工程师的加油站！

（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。重要弹簧、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。白铜较其他铜合金的机械性能、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。

END

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