Q235A

Also known as A3 steel, Q235A is a common carbon steel with a carbon content below 0.22%. The “Q” stands for yield strength, “235” indicates a yield strength of 235 MPa, and “A” denotes its quality grade. It offers decent strength, good ductility, and toughness, capable of withstanding tensile, compressive, and bending loads. Q235A also has excellent weldability, minimizing defects like pores or cracks, and performs well in machining, cold bending, and hot bending.

45# Steel

This medium-carbon steel, with a carbon content of 0.42–0.50%, is equivalent to Japan’s JIS S45C standard. Widely used in non-standard designs, 45# steel offers excellent overall performance after tempering. It’s commonly used for gears, shafts, keys, and pins. For higher surface hardness, high-frequency quenching can be applied after tempering, achieving approximately 30 HRC after tempering and up to 45 HRC after quenching, meeting most operational requirements.

40Cr

When 45# steel’s properties fall short, 40Cr is a suitable alternative. This high-quality carbon structural steel, with 0.4% carbon and chromium alloying, significantly enhances performance after heat treatment. It achieves a hardness of about 35 HRC after tempering and nearly 60 HRC after high-frequency quenching, making it ideal for high-performance gears and shafts.

Acero inoxidable 304

Containing 18% chromium and 8% nickel, also known as 18/8 stainless steel, 304 is non-magnetic in its annealed state and cannot be hardened through heat treatment. Cold working (e.g., stamping, stretching, bending, or rolling) may induce weak magnetism due to partial austenite-to-martensite transformation. It offers good resistance to atmospheric corrosion and oxidation.

Stainless Steel 316

An upgrade over 304, 316 stainless steel contains 18% chromium, 10% nickel (18/10), and added molybdenum for enhanced corrosion resistance, especially in harsh environments. It offers excellent work-hardening properties, high-temperature strength, and a glossy finish in cold-rolled products. It remains non-magnetic in its solution-treated state but is more expensive than 304.

CR12 Mold Steel

A high-carbon, high-chromium ledeburite steel, CR12 is a widely used cold-work mold steel. It offers good hardenability, wear resistance, and hot workability, with well-distributed carbides in the steel. It’s suitable for complex, heavy-duty cold-work molds.

SKD11

A high-carbon, high-chromium alloy tool steel, SKD11 offers excellent hardenability with minimal quenching distortion. After spheroidizing annealing, it provides good machinability, high hardness, wear resistance, and toughness, making it resistant to cracking.

65Mn

A high-manganese carbon spring steel, 65Mn has a carbon content of about 0.65% and manganese content of 0.9–1.2%. Manganese enhances hardenability, and its surface decarbonization is less pronounced than silicon steel. After heat treatment, it outperforms standard carbon steel but is prone to overheating sensitivity and temper brittleness.

Aluminum Alloy 6061

A heat-treatable alloy, 6061 offers good formability, weldability, and machinability while maintaining moderate strength post-annealing. Its dense, defect-free structure makes it easy to polish and coat, making it the top choice for anodizing among aluminum alloys.

Aluminum Alloy 7075

Known for high strength and good plasticity after solution treatment, 7075 excels in heat treatment and low-temperature strength. It’s widely used in aerospace, often called aviation aluminum, but has poor weldability and a tendency for stress corrosion cracking.

Brass, Copper, and Bronze

Brass: A copper-zinc alloy with strong wear resistance. H62 brass offers good mechanical properties, decent hot and cold plasticity, machinability, and weldability, but is prone to corrosion cracking. H65 provides high strength and plasticity, suitable for cold and hot pressure processing, though it may also crack under corrosion.

Copper: Pure copper has lower stiffness and hardness than brass but superior thermal and electrical conductivity, ideal for applications like laser welding tips requiring high conductivity.

Bronze: Alloyed with tin or lead, bronze offers good castability, wear resistance, and chemical stability, and is harder than pure iron.

Beryllium Bronze: Contains 1.7–2.5% beryllium plus small amounts of nickel and chromium. It boasts high strength, hardness, thermal/electrical conductivity, wear resistance, and corrosion resistance, but is costly.

PTFE (Teflon)

Polytetrafluoroethylene (PTFE), commonly known as Teflon, is a high-performance polymer with a wide temperature range (-180°C to 260°C) and an extremely low friction coefficient. One of the most corrosion-resistant materials, it resists all organic solvents but is soft, prone to deformation, and unsuitable for high-precision parts. It’s often used for wear-resistant components.

Polyvinyl Chloride (PVC)

PVC is a versatile plastic with good chemical resistance, weatherability, and electrical insulation at a low cost. It’s widely used in pipes, cable insulation, construction, and packaging. Rigid PVC offers high strength, while soft PVC is flexible, but both have poor high-temperature resistance (up to 80°C) and release harmful gases when burned.

Nylon (PA, Polyamide)

Nylon is a high-strength, tough engineering plastic with excellent wear resistance, self-lubrication, and resistance to oil and chemicals. It’s used in gears, bearings, ropes, and textiles. However, its high water absorption affects dimensional stability and electrical properties, and it has moderate heat resistance (150–200°C). Common types include PA6 and PA66.

Polyurethane (PU)

A versatile polymer, polyurethane can be made into elastomers, foams, or coatings. It offers excellent elasticity, wear resistance, oil resistance, and a wide hardness range (from soft rubber to hard plastic). It’s used in tires, seals, cushions, and hoses but has limited high-temperature resistance (up to 120°C) and poor resistance to strong acids and alkalis.

ABS

ABS is a general-purpose engineering plastic combining high strength, toughness, and good surface finish. It’s easy to process and plate, making it ideal for automotive parts, appliance housings, and toys like LEGO bricks. It has good impact resistance but limited heat resistance (up to 100°C) and poor resistance to strong acids, alkalis, and UV light.

Polycarbonate (PC)

Polycarbonate is a highly transparent, impact-resistant engineering plastic with good heat resistance (120–140°C), electrical insulation, and dimensional stability. It’s used in bulletproof glass, optical lenses, safety helmets, and electronics housings. However, it has low surface hardness, is prone to scratches, and has moderate chemical resistance.

Polypropylene (PP)

Polypropylene is a lightweight, cost-effective plastic with good chemical and fatigue resistance, commonly used in food containers, automotive parts, fibers, and pipes. It offers decent heat resistance (100–140°C) but becomes brittle at low temperatures and has moderate impact resistance and low surface hardness.

Polyetheretherketone (PEEK)

PEEK is a high-performance engineering plastic with exceptional heat resistance (up to 250°C continuous use), mechanical strength, chemical resistance, and radiation resistance. It’s used in aerospace, medical implants, and precision mechanical parts but is expensive and difficult to process.

Acrylic (PMMA)

Acrylic, or polymethyl methacrylate, is a highly transparent plastic with moderate hardness, good surface gloss, and strong weatherability. It’s used in optical lenses, billboards, lampshades, and display cases. It has poor impact resistance, is prone to breaking, and has limited heat (up to 90°C) and chemical resistance but is easy to cut and bond.

Acerca de SogaWorks

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Common Materials in Non-standard Custom Manufaturing最先出現(xiàn)在SogaWorks。

Properties of PEEK

PEEK is an aromatic, crystalline thermoplastic polymer with a glass transition temperature of 143°C and a melting point of 334°C. It offers high mechanical strength, excellent heat resistance, impact resistance, flame retardancy, resistance to acids and alkalis, hydrolysis resistance, wear resistance, fatigue resistance, radiation resistance, and outstanding electrical properties. PEEK has the best radiation resistance among all plastics, a high oxygen index, low smoke emission during combustion, and is non-toxic. In many cases, it can effectively replace metals, alloys, ceramics, and other materials.

Propiedades mecánicas

PEEK has excellent creep resistance and fatigue resistance. Glass-fiber-reinforced and carbon-fiber-reinforced PEEK grades offer higher strength and modulus compared to unreinforced grades, though strength and modulus decrease noticeably above the glass transition temperature. Among crystalline polymers, PEEK has a high melting point and glass transition temperature, maintaining significant strength and modulus even above 200°C. Additionally, PEEK demonstrates low friction coefficients and wear rates across a wide temperature range and can withstand repeated high loads.

Heat Resistance

PEEK boasts outstanding heat resistance, with a long-term use temperature of up to 240°C. Thermogravimetric analysis shows no weight loss at 400°C, 2.5% weight loss at 500°C, and 59% weight loss at 600°C.

Both unreinforced and glass- or carbon-fiber-reinforced PEEK maintain tensile strength after 1,000 hours of thermal aging. For PEEK-coated wires, heat aging resistance data indicates a service life exceeding 6,000 hours at 220°C.

This makes PEEK a top choice for applications in thermoforming, oilfield development, and aerospace environments requiring high-temperature performance.

Hot Water and Steam Resistance

One of PEEK’s standout features is its resistance to hot water and steam. After 800 hours of immersion in 80°C hot water, its tensile strength and elongation at break remain virtually unchanged. In 200°C steam, PEEK maintains its tensile strength and appearance, allowing long-term use in steam environments. Among all engineering plastics, PEEK has the highest steam resistance.

Propiedades eléctricas

PEEK resin has a volume resistivity of 10^16 Ω·cm and low dielectric loss tangent at high frequencies. It retains excellent electrical insulation properties under harsh conditions, including high temperatures, high pressure, and high humidity.

Chemical Resistance

PEEK is resistant to nearly all chemicals except concentrated sulfuric acid and maintains excellent chemical stability at elevated temperatures. Compared to polycarbonate, modified polyphenylene ether, and polysulfone, PEEK’s chemical resistance under stress is exceptional

However, when PEEK’s crystallinity is low, immersion in certain chemicals (e.g., acetone) may cause stress cracking. This can be mitigated by annealing (e.g., at 200°C) to increase crystallinity and stress-crack resistance.

Flame Retardancy

PEEK is self-extinguishing, with 0.8–1.6 mm thick samples achieving a UL94 V-0 rating without added flame retardants. It produces minimal smoke during forced combustion and emits no toxic gases.

Radiation Resistance

PEEK has exceptional radiation resistance, particularly against gamma rays, outperforming all other engineering plastics. It begins to embrittle at gamma-ray absorption doses of (1.0–1.2) × 10^7 Gy, while beta-ray doses of (0.1–12) × 10^6 Gy have no effect.

8. Self-Lubrication

PEEK offers excellent self-lubricating properties, making it ideal for applications requiring low friction and high wear resistance. Carbon-fiber-, graphite-, or PTFE-modified PEEK grades exhibit superior wear resistance.

Biocompatibility

PEEK is non-toxic, safe, and non-allergenic, with excellent physiological compatibility. Implant-grade PEEK has undergone rigorous biocompatibility testing per ISO 10993 standards at independent testing facilities, confirming its suitability for medical applications with no adverse effects.

PEEK Processing

PEEK’s melt viscosity becomes less temperature-dependent above 380°C but is highly sensitive to shear stress and shear rate. Increasing pressure during processing effectively enhances melt flowability.

Moldeo por inyección

Due to PEEK’s high melting point and melt viscosity compared to general engineering plastics, moldeo por inyección requires higher barrel temperatures, typically controlled at 350–400°C. Materials must be pre-dried, typically at 150°C for 3 hours.

As a crystalline polymer, PEEK requires sufficient crystallization during molding to achieve optimal properties. At mold temperatures of 150–160°C, injection-molded PEEK parts are opaque with high crystallinity, though the surface may be transparent with lower crystallinity. At 180°C mold temperatures, parts achieve higher crystallinity. If high mold temperatures are not feasible, post-processing (e.g., 200°C for 1 hour or 300°C for 2 minutes) can enhance crystallinity. Standard injection molding equipment is suitable, but for large, thin-walled, or complex parts, screws with high length-to-diameter ratios and short compression zones are recommended.

Extrusion Molding

PEEK can be extruded to produce films, monofilaments, rods, tubes, and coated wires. Unstretched PEEK films have low crystallinity, but stretching and heat treatment significantly improve their melting point and mechanical strength, positioning them between PET and Kapton polyimide films as Class C insulation materials. PEEK films are transparent, with light transmittance around 85%, as produced by Japan’s Sumitomo Chemical.

For large parts (diameter >6.3 cm), differences in crystallization rates between the core and surface can cause internal stresses and cracking, which can be mitigated by high-temperature annealing (e.g., 300°C for several hours).

Lamination and Electrostatic Coating

Using PEEK as a matrix resin with glass or carbon fibers (or a hybrid), high-performance composite laminates can be produced via lamination. These maintain high bending modulus retention below 300°C.

PEEK reinforced with 70% unidirectional carbon fiber offers exceptional strength and toughness, with tensile strength up to 1,540 MPa and tensile modulus up to 130 GPa at 23°C. Since no organic solvent fully dissolves PEEK, solution coating is not feasible, but electrostatic powder coating produces PEEK-coated metal products with excellent insulation, corrosion resistance, heat resistance, and water resistance.

Secondary Processing

PEEK supports secondary processing via machining, ultrasonic welding, electroplating, and sputtering. It can be bonded using epoxy, polyurethane, or silicone adhesives. Surface pretreatment with chromic acid enhances bonding strength.

Applications of PEEK

PEEK is widely used in electronics, machinery, aerospace, automotive, and other fields.

Electrónica

Applications include wire coatings, magnetic wire coatings, high-temperature terminal blocks, motor insulation materials, and integrated circuit wafer supports.

Machinery

PEEK is used for gears, bearings, connectors, piston rings, centrifuge components, sensor parts, conveyor chains, and cleaning fixtures.

Aeroespacial

PEEK is used in aircraft components such as radar parts and radomes, which offer excellent weather resistance, and engine parts that operate above 200°C. Carbon- or glass-fiber-reinforced PEEK is used for door handles, cabin panels, control sticks, and helicopter tail wings.

ICI’s APC-2, a PEEK-based composite, is ten times tougher than standard epoxy composites, replacing epoxy in space station components, aircraft wings, and other large structures. Glass-fiber-reinforced PEEK is injection-molded into rocket igniter tubes, replacing metals, reducing costs, and performing reliably in harsh launch environments.

Productos sanitarios

PEEK’s non-toxicity, light weight, corrosion resistance, and biocompatibility make it a promising material for biomedical prosthetics. Applications include PEEK intervertebral fusion devices, artificial bone joints (e.g., hip and knee), cranial and jaw defect repairs, spinal/lumbar repairs, dental restorations, and other bone defect repairs. Ongoing research has led to PEEK composites used in dental implants, restorations, orthodontics, and oral maxillofacial surgery.

PEEK withstands 3,000 cycles of autoclaving at 134°C, making it ideal for surgical and dental equipment requiring high sterilization standards and repeated use, thanks to its creep and hydrolysis resistance.

Energía

PEEK meets the high-performance demands of nuclear industry components. Its radiation resistance, stable chemical structure, excellent electrical properties at high temperatures, mechanical strength, chemical corrosion resistance, low moisture absorption, and hydrolysis resistance make it ideal for nuclear power applications.

PEEK is also used in high-temperature, high-pressure, and chemically corrosive environments, such as hydrogen and petroleum gas compressor rings and mesh valve plates in large petrochemical production lines, expanding oil and gas exploration capabilities.

Modified and New PEEK Grades

The most significant modified PEEK grades are glass-fiber- and carbon-fiber-reinforced versions, which enhance mechanical strength, modulus, and heat resistance. Below are recently developed PEEK grades and alloys.

Conductive PEEK

To meet the needs of semiconductor, LCD glass substrate, and integrated circuit wafer support manufacturing, which require high toughness, dimensional stability, light weight, and antistatic properties at high temperatures, Japan’s Mitsui Toatsu Chemical developed the conductive PEEK grade KNE5010. This reduces PEEK’s surface resistivity from 10^16 Ω to 10^8–10^10 Ω while retaining its excellent properties.

High-Strength PEEK

In 1994, Mitsui Toatsu Chemical introduced the high-strength PEEK grade PKU-CF30, a composite of PEEK and specially treated carbon fibers. It offers exceptional mechanical strength and modulus, with a tensile strength of 284 MPa (slightly below aluminum alloys) and a specific strength of 206 MPa (far surpassing aluminum alloys).

Injection-molded automotive turbine impellers made from PKU-CF30 are half the weight of aluminum alloy equivalents, with high strength, heat resistance, and fatigue resistance. This cost-effective, high-performance material is used in Nissan’s main turbine vehicles.

PEEK Alloys

PEEK’s high cost and relatively low glass transition temperature (143°C) lead to rapid strength and modulus loss above this temperature. Improvements are achieved through glass fiber reinforcement or alloying. Blending PEEK with non-crystalline, high-glass-transition-temperature resins like polysulfone (PSF), polyetherimide (PEI), or polyethersulfone (PES) produces alloys with higher glass transition temperatures. For example, a 50/50 (by mass) PEEK/PEI blend achieves a glass transition temperature of 180°C, 37°C higher than PEEK alone. While PEEK’s absolute crystallinity and crystallization rate decrease, crystallinity is retained, and PEI’s solvent resistance improves.

Blending PEEK with polyphenylene sulfide (PPS) enhances melt flow, increases the glass transition temperature, and reduces costs.

Different polyaryletherketone varieties, such as PEEK and PEK, can be blended to form polymer alloys, adjusting melting points and glass transition temperatures by varying ether and ketone ratios. PEEK/liquid crystal polymer (LCP) alloys reduce strength and modulus loss above the glass transition temperature and improve flow length and processability compared to pure PEEK.

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Figure 1: Average use of aluminum per car in Western Europe

Aluminum Alloys in Powertrains

Most aluminum supplied to the automotive market is used in powertrain systems. On average, European-produced vehicles contain about 80 kg of aluminum in their powertrains, accounting for 55-60% of the total aluminum content. In North America and Southeast Asia, this proportion is even higher, reaching 65-70%.

The majority of aluminum powertrain components (80-85%) are castings, produced using various casting techniques. These casting alloys typically contain silicon, magnesium, and copper, with alloying elements making up to 20% of the composition. Many cast aluminum alloys are made from recycled aluminum, often sourced from post-consumer scrap, such as recycled vehicles. Components made from wrought aluminum alloys are less common, with roughly 10% from rolled sheets, 5% from extruded aluminum, and about 1% from forged aluminum.

Aluminum is the preferred material for powertrain applications, having effectively dominated the passenger car powertrain market with near-complete market penetration. For instance, over 50 years ago, aluminum replaced copper or brass as the primary material for heat exchangers and is now the only material used in these applications. Aluminum is also virtually the only material used for pistons. For cylinder heads, transmission housings, and many auxiliary components, full market penetration is rapidly approaching. Recently, engine blocks have been the largest driver of aluminum growth, initially in gasoline engines and now in diesel engines, displacing cast iron. However, further growth potential in powertrains is limited. In some applications, other lightweight solutions, such as high-performance plastics for parts not exposed to high temperatures and cast magnesium solutions, are beginning to replace aluminum castings. As global trends push for smaller, more fuel-efficient vehicles, the absolute amount of aluminum used in powertrain components (engines, transmissions, and drivetrain parts) may decline.

Applications of aluminum in powertrain components include:

• Pistons
• Engine blocks
• Cylinder liners
• Cylinder heads
• Fuel systems
• Heat shields
• Heat exchangers
• Other engine components
• Transmission systems

Suppliers of engine blocks are continuously working to produce better, lighter blocks to improve engine efficiency. The engine block (or cylinder block/crankcase) is the largest and most complex single metal component in an internal combustion engine, accounting for 3-4% of a vehicle’s total weight. As such, it plays a critical role in weight reduction efforts. Aluminum casting alloys can reduce engine block weight by 40-55%. Additionally, both engine blocks and cylinder heads require materials with excellent thermal conductivity and corrosion resistance, areas where aluminum alloys excel.

The use of aluminum engine blocks began in the late 1970s for gasoline engines. Due to more demanding technical requirements, cast iron replacement in diesel engines was limited until the mid-1990s. As diesel engine production increased, the need for lightweight design standards grew, and by around 2005, aluminum engine blocks achieved a 50% market share, with penetration continuing to rise. Today, gasoline engine blocks are typically made of aluminum, and with ongoing alloy advancements, their use in diesel engine blocks is also growing rapidly.

Figure 2: Ford Mustang Shelby GT500 engine block, produced by Honsel using patented low-pressure sand casting and innovative cylinder bore coating technology

Commonly used alloys for engine blocks include EN AC-46200 (AlSi8Cu3) and EN AC-45000 (AlSi6Cu4), which are similar to U.S. standard alloys A380.2 and A319, respectively. These hypoeutectic aluminum-silicon alloys, often made from recycled aluminum, are primarily used in gravity casting processes for engine blocks. Their relatively high copper content allows them to maintain strength at elevated temperatures and makes them easy to machine. Components are typically used in as-cast (F) condition or with T4 or T5 heat treatments. While T6 tempering is possible, T5 stabilization tempering is often sufficient for many designs. Nearly all high-pressure die-cast engine blocks are made from the common secondary alloy EN AC-46000 (AlSi9Cu3(Fe)).

Pistons are made from cast or forged high-temperature-resistant aluminum-silicon alloys. There are three main types of aluminum alloys. The standard alloy is a eutectic Al-12%Si alloy with about 1% each of copper, nickel, and magnesium. For improved high-temperature strength, specialized eutectic alloys with 18% and 24% silicon (hypereutectic) have been developed, offering lower thermal expansion and wear but reduced strength. In practice, piston suppliers use a wider range of optimized alloy compositions, generally based on these types. Most pistons are produced using gravity die casting. Optimized alloy compositions and controlled solidification conditions enable the production of lightweight, high-strength pistons. Forged pistons made from eutectic or hypereutectic alloys exhibit higher strength and are used in high-performance engines where pistons endure greater stress. Forged pistons with the same alloy composition have a finer microstructure than cast pistons, and the forging process provides greater strength at lower temperatures, allowing for thinner walls and reduced piston weight.

Figure 3: Aluminum Alloy Piston

Aluminum Alloy Wheels

Aluminum alloy wheels have increasingly replaced steel wheels due to their lightweight, excellent heat dissipation, and attractive appearance. Over the past decade, aluminum alloy wheels have grown at an annual rate of 7.6%, with analyses indicating that by 2010, the aluminum penetration rate for wheels reached 72-78%. A365 is a casting aluminum alloy with good casting properties and high overall mechanical performance, widely used for cast aluminum wheels worldwide.

Figure 4: Aluminum Alloy Wheel

Aluminum Alloy Body Solutions

In the early days of automotive and aluminum production, aluminum sheets were used for vehicle bodies. However, during the era of mass production and cost prioritization, steel became dominant. Steel bodies are traditionally made from stamped sheet parts joined by resistance spot welding. The introduction of high-strength and ultra-high-strength steel grades has enabled improved rigidity and crash resistance and/or weight reduction with minimal additional cost.

Design and manufacturing principles similar to steel body structures can be applied to achieve all-aluminum bodies. However, the significant performance differences between steel and aluminum mean that simple material substitution does not always yield cost-optimized solutions. A holistic approach is required, considering the entire system of construction materials, appropriate design concepts, and applicable manufacturing methods. Promising aluminum body concepts, such as Europe’s Aluminum Space Frame (ASF) and Tesla’s integrated casting approach, result from aluminum-oriented design and corresponding manufacturing technologies.

Compared to steel, one of aluminum’s key advantages is the ability to produce extrusions with complex cross-sections, single- or multi-cavity profiles, and thin-walled, complex-shaped castings with excellent mechanical properties. These components can serve not only load-bearing or reinforcing functions but also as connecting elements. The proper use of extruded or die-cast products enables innovative structural design solutions, significantly reducing weight and cost through component integration and the addition of extra functionality.

When aluminum sheet thickness is increased by 40%, it exhibits dent and bending stiffness similar to steel, achieving a 50% weight reduction through material substitution. For profiles, aluminum’s potential for weight reduction is particularly significant when profile geometry can be modified, such as switching from open to closed profiles or introducing multi-cavity profiles. Additionally, when profile diameter can be increased, extruded aluminum profiles offer clear advantages.

Aluminum alloys have a much lower melting point than steel or iron, making casting easier.

Key elements of aluminum alloy monocoque body structures include:

• Load-bearing profiles
• Reinforcing panels
• Connecting elements

Figure 5: Sheet + Profile + Node Aluminum Alloy Body

Aluminum Alloy Body Examples

Sheet-intensive body design concepts, established and validated for steel bodies, can also be implemented with aluminum sheets, though not as easily as with steel. Aluminum alloys are still considered a premium material for mid- to high-end vehicles. The Panhard Z1, introduced in 1953, is an early example, using EN AW-5754 (AlMg3) alloy sheets in series production. In the early 1980s, several aluminum concept cars were developed, often simply replacing steel sheets with aluminum in existing models. For example, at the 1981 Frankfurt Motor Show, a Porsche 928 with an all-aluminum body was showcased, developed in collaboration with Alusuisse using Anticorodal?-120 (EN AW-6016) alloy sheets (1.2 mm for closures, 2.5 mm for structural parts). The aluminum body weighed 161 kg, 106 kg lighter than its steel counterpart. Shortly afterward, Audi began extensive aluminum research, developing an aluminum body based on the Audi 100.

Figure 6: Audi 100 Aluminum Sheet Concept Car (1985)

The first mass-produced all-aluminum body vehicle was Honda’s 1989 Acura NSX, a high-performance two-seater sports car built in limited quantities by hand. It featured a 163 kg all-aluminum monocoque body with some extruded aluminum profiles in the frame and suspension. The aluminum body alone reduced weight by nearly 200 kg compared to a steel body, with the aluminum suspension saving an additional 20 kg. A specialized paint process, including an aircraft-grade chromate coating for chemical protection, was used. The body structure, made from high-strength aluminum alloys and advanced construction techniques, was 40% lighter yet stronger than comparable steel bodies, joined using a combination of spot welding and MIG welding.

Following the NSX, Audi achieved the first large-scale production of an all-aluminum body with the 1993 Audi A8 ASF (Audi Space Frame), unveiled at the Frankfurt Motor Show. A year later, the production version was launched at the Geneva Motor Show. The ASF technology extensively used aluminum alloys for both the body-in-white and outer panels, a technology later applied to models like the A2, TT, and R8.

Figure 7: Audi Space Frame Body

Rising fuel prices, CO2 regulations, and increasing comfort and equipment demands have driven a strong trend toward lightweighting. Enhanced comfort and sporty driving have also spurred innovation in lightweight design and engineering, promoting the use of aluminum alloy sheets in vehicles. Today, beyond Audi, many luxury brands, such as Jaguar Land Rover, extensively use all-aluminum bodies. Ford has also introduced aluminum alloys in its iconic F-150 pickup truck.

Extruded Profiles

Advanced aluminum extrusion technology has opened up a wide range of solutions and applications. Complex profile shapes enable innovative, lightweight designs with integrated functionality. In Europe, flexible vehicle concepts like the Aluminum Space Frame (ASF) and complex substructures (e.g., chassis components, bumpers, crash elements, and airbag components) have been developed using aluminum profiles. These offer high potential for complex designs and functional integration, making them ideal for cost-effective mass production.

Medium-strength 6xxx and high-strength 7xxx age-hardenable alloys are commonly used in extrusion processes, with formability and final strength controlled by subsequent aging treatments. Extrusions are widely used in bumper beams, crash boxes, and other components, representing a major market for aluminum profiles.

Aluminum Alloy Sheets

The main aluminum alloy categories for automotive sheet applications are non-heat-treatable Al-Mg (5xxx series) and heat-treatable Al-Mg-Si (6xxx series) alloys, some of which are tailored for specific properties, such as optimized Al-Mg alloys for chassis strength and corrosion resistance or Al-Mg-Si alloys for body panels with improved formability, surface appearance, and age-hardening response. Specific properties and key differences are illustrated in Figure 13. The effects of alloying elements and process parameters contribute to enhanced performance and efficient manufacturing.

Figure 8: Comparison of 5xxx and 6xxx Series Aluminum Alloys

The 6xxx series alloys, containing magnesium and silicon, include both copper-containing and copper-free variants. Currently used 6xxx alloys for body panels include 6009, 6010, 6016, 6111, and the newer 6181A for recycling. In the U.S., AA6111 is commonly used for 0.9-1.0 mm outer panels, offering high strength and good formability. In Europe, EN-6016 is preferred for gauges of about 1-1.2 mm, providing superior formability, better filiform corrosion resistance than high-copper alloys, and flat edges even on locally pre-deformed parts. However, its bake-hardening strength is notably lower than 6111. The supply balance for 5xxx and 6xxx automotive sheet alloys is increasingly shifting toward 6xxx alloys, driven by OEM demand for higher strength, which is more easily achieved with 6xxx alloys. These alloys account for at least 80% of the current automotive sheet supply. The 6xxx series offers versatility, heat-treatability, high formability, and weldability.

Non-heat-treatable 5xxx Al-Mg-Mn alloys, with excellent formability restored through intermediate annealing, are widely used for complex-shaped automotive components. Their age-hardening does not require quenching, supporting high-consistency tolerances. A successful example is chassis components, such as the BMW 5 Series rear axle subframe, made from 3.5-4.0 mm sheets using hydroforming and welded tubes for high functional integration. The new BMW 7 Series combines tubes and castings, with a total weight of just 14.1 kg.

Body Examples

• Framework: The most load-bearing parts, using 2000 or 7000 series materials, are strengthened through heat treatment.
• Outer Panels: Secondary load-bearing areas, using 5000 or 6000 series materials.
• Doors: Using 5000 or 6000 series materials.
• Floors: Using 5000 or 6000 series materials.

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What is density?

The mass per unit volume of a substance is called density, which is represented by the symbol ρ, and its calculation formula is ρ=m/v (m is mass, v is volume). The concept of density can be used to solve a series of practical problems, such as calculating the mass of blanks, identifying metal materials, etc.

Density of Aluminum

The density is mainly related to the alloying elements and content in the aluminum alloy. The smaller the volume of magnesium and silicon, the lower the density; the higher the volume of iron, manganese, copper, zinc, and other elements, the greater the density. Basically, it will be between 2.6-2.9 g/cm3.

How to Calculate Weight by the Aluminum Density?

The mass of aluminum alloy is: m=l*w*δ*p (the letter l represents the length, the letter w represents the width, the thickness of the metal plate is usually represented by the Greek letter symbol δ, and the letter p represents the density.)

Step 1: Find its density according to the grade of aluminum alloy

The density of aluminum alloy varies according to the alloying elements added, generally between 2.6 g/cm3 and 2.9 g/cm3. The density of aluminum varies with its purity; the higher the impurity content, the greater its density. We know the density of aluminum 7075 is 2810 kg/m3(2.810 g/cm3) by looking up the table above.

Step 2: Calculate the volume of aluminum alloy

The volume of aluminum alloy material is equal to length x width x thickness. That is, V= l*w*δ

For example: An aluminum alloy plate is 6mm thick, 1200mm wide, and 2440mm long.

Its volume is (the density of the aluminum alloy plate is known to be 0.00275g/mm 2440mm*1200mm*6mm=17568000mm

Step 3: Calculate the mass of aluminum alloy

The mass density of aluminum alloy material x volume, that is, m=p*V
Still, the previous example: An aluminum 7075 plate is 6mm thick, 1200mm wide, and 2440mm long, the density of the aluminum 7075 plate is known to be 0.0.00281 g/mm3:
m=2440mm*1200mm*6mm*0.00281 g/mm3=49366.08 g

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Fuerza

(1) Tensile strength R_m

The maximum stress value that a material can withstand during the stretching process, indicating the material’s ability to resist tensile fracture.

Measurement method: tensile test. Use a tensile testing machine to clamp the prepared standard sample on the fixture of the testing machine, and apply tensile force evenly at a specified speed until the sample breaks. The tensile strength is calculated using the maximum tensile force value F_m recorded by the testing machine and the original cross-sectional area S₀. It is calculated by the formula R_m = F_m/S₀

(2) Yield strength R_e

The minimum stress value is when the material begins to produce obvious plastic deformation. For materials with obvious yield phenomenon, yield strength refers to the minimum stress in the yield stage; for materials without obvious yield phenomenon, the stress when the residual elongation is 0.2% is usually specified as the specified plastic extension strength, which is used as the yield strength indicator of the material.

Measurement method: Through tensile test. During the test, the stress-strain curve is recorded by the testing machine, and the stress value corresponding to the yield point is determined from the curve. For materials without an obvious yield phenomenon, an extensometer needs to be installed on the sample to accurately measure the strain. When the residual elongation reaches 0.2%, the corresponding stress is the specified plastic extension strength.

(3) Compressive strength R_mc

The maximum stress a material can withstand when subjected to a compressive load.

Measurement method: Carry out a compression test. Place the cylindrical or block-shaped specimen between the upper and lower pressure plates of the pressure testing machine, and slowly apply pressure to make the specimen bear the axial compression load until the specimen is destroyed or reaches the specified deformation. Record the maximum pressure value F_mc during the test, and calculate the compressive strength through the formula R_mc = F_mc / S₀ based on the original pressure-bearing area of the specimen S₀.

(4) Bending strength R_mb

The ability of a material to resist failure in bending.

Measurement method: Three-point bending test or the four-point bending test is commonly used. Taking the three-point bending test as an example, a rectangular or circular cross-section specimen is placed on two supporting points, and a concentrated load is applied at the mid-span position of the specimen. During the test, the maximum load F_mb at which the specimen breaks, as well as the dimensional parameters of the specimen (such as span L, section width b, height h), are recorded, and the bending strength is calculated according to the formula Rmb = 3F_mbL / 2bh².

Plasticity

(1) Elongation A

The total elongation of the gauge length after the material breaks during tension to the original gauge length, reflecting the plastic deformation capacity of the material during the tension process.

Measuring method: After the tensile test, the broken specimens are butt-joined together and the gauge length L after breaking is measured. The original gauge length is L₀ and the elongation is calculated according to the formula A = (L – L₀) /L₀ *100%.

(2) Sectional shrinkage Z

The maximum reduction in cross-sectional area at the fracture after the material is stretched and fractured as a percentage of the original cross-sectional area.

Measurement method: After the tensile test, measure the minimum cross-sectional area D₁ at the fracture, and the original cross-sectional area D₀ is used to calculate the section shrinkage rate. It is calculated by the formula Z = (D₀-D₁)/D₀*100%

Dureza

(1) Brinell hardness (HB)

Use a steel ball or carbide ball of a certain diameter to press into the surface of the specimen with a specified test force. After the specified holding time, remove the test force and measure the indentation diameter on the specimen surface. The hardness value is calculated based on the indentation diameter.

Measurement method: Use a Brinell hardness tester, place the sample on the workbench, select a suitable indenter and test force. Start the hardness tester, press the indenter into the sample surface under the test force, and remove the test force after maintaining it for a specified time. Use a reading microscope to measure the indentation diameter, and calculate the hardness value according to the Brinell hardness calculation formula HB = 2F/πD(D -(D²-d²)^1/2), where F is the test force, D is the indenter diameter, and d is the indentation diameter.

(2) Rockwell hardness (HR)

A diamond cone or steel ball is used as an indenter. The indenter is pressed into the sample surface with the initial test force and the main test force. The hardness value is determined according to the indentation depth. There are different scales for Rockwell hardness, such as HRA, HRB, HRC, etc., which are suitable for materials with different hardness ranges.

Measuring method: To operate the Rockwell hardness tester, first place the sample steadily, apply the initial test force, make the indenter in good contact with the sample surface, and then apply the main test force. Maintain the main test force for a specified time and then remove it. Read the hardness value directly from the scale on the hardness tester dial or the electronic display device. When measuring Rockwell hardness on different scales, the parameters such as the indenter type and test force are different.

(3) Vickers hardness (HV)

A regular quadrangular pyramid diamond indenter with an angle of 136° between the opposite faces is pressed into the surface of the sample under a certain test force. After maintaining the test force for a specified time, the test force is removed and the diagonal length of the indentation is measured. The hardness value is obtained by calculation.

Measurement method: Use a Vickers hardness tester, fix the sample on the workbench, and select a suitable test force. Start the hardness tester, and press the indenter into the sample surface under the test force. After maintaining the test force for a specified time, remove the test force. Use a microscope to measure the diagonal lengths d1 and d2 of the indentation, take their average value, and calculate the Vickers hardness value according to the formula HV = 1.8544F/d², where F is the test force and d is the average diagonal length of the indentation.

Toughness

(1) Impact toughness a_k

The ability of a material to absorb plastic deformation work and fracture work under impact load, expressed by the ratio of the impact work absorbed by the material when it breaks in an impact test to the cross-sectional area of the notch of the specimen.

Measurement method: The commonly used Charpy impact test. Place the specimen with the specified notch on the support of the impact tester and use the impact energy of the pendulum to break the specimen. The impact tester automatically records the energy difference before and after the pendulum impact, that is, the impact energy absorbed by the specimen A_k. Measure the cross-sectional area S at the notch of the specimen and calculate the impact toughness according to the formula a_k = A_k / S.

(2) Fracture toughness K_IC

It is used to measure the ability of a material containing cracks to resist crack propagation. It is an important indicator reflecting the material’s ability to resist brittle fracture.

Measurement method: Determined by fracture toughness test, such as the commonly used compact tensile test (CT test). Prepare a standard specimen with a prefabricated crack, and apply a tensile load to the specimen at a specified loading rate on a testing machine. During the test, record the load-displacement curve during crack propagation, and calculate the fracture toughness value of the material through a specific formula and method. The calculation process is relatively complicated and needs to consider factors such as the geometry of the specimen and the crack size.

Fatigue

(1) Fatigue strength σ_-1

The maximum stress value of a material that does not suffer fatigue failure under infinitely many alternating loads. The maximum stress that does not suffer fatigue failure when the number of cycles reaches a certain value (such as times) is generally defined as the fatigue strength.

Measurement method: Fatigue test. Use a fatigue testing machine to install the sample on the testing machine and subject it to alternating loads of symmetrical or asymmetrical cycles. During the test, gradually adjust the load size and record the number of cycles when the sample is fatigued at different stress levels. Draw a stress-life SN curve based on a large amount of test data, and determine the maximum stress value that does not cause fatigue failure under the specified number of cycles based on the curve, which is the fatigue strength.

(2) Fatigue life N_f

The number of cycles a material undergoes from the beginning of loading to fatigue failure under a given alternating load.

Measurement method: In fatigue tests, the number of cycles from the beginning of loading to fatigue failure of the specimen under a specific alternating load is directly recorded, and this number is the fatigue life. By measuring the fatigue life under different load levels, the fatigue characteristic curve of the material can be obtained.

Elasticity

The property of a material that deforms when subjected to stress and can completely recover to its original shape and size when the external force is removed. This deformation is called elastic deformation. Within the elastic deformation range, there is a linear relationship between stress and strain, which conforms to Hooke’s law, that is calculated by the formula σ = Eε , where stress is σ, E is the elastic modulus, and the strain is ε.

a. Tensile test method: During the tensile test, the elastic behavior of the material is verified by measuring the strain generated by applying different forces in the elastic stage using Hooke’s law. The elongation under different loads is recorded, the corresponding stress and strain are calculated, and the stress-strain curve is plotted. The linear part of the curve represents the elastic stage of the material. In this stage, the stress is proportional to the strain, and the slope is the elastic modulus. In this way, the elastic properties of the material can be intuitively observed and the elastic modulus can be determined.

b. Dynamic measurement method: The elastic constants of materials are measured using the resonance method or the ultrasonic method. For example, the resonance method is to excite the resonant frequency of the material and calculate the elastic parameters such as the elastic modulus of the material, based on the relationship between the material’s geometry, mass and resonant frequency. The ultrasonic method uses the relationship between the propagation speed of ultrasonic waves in the material and the elastic properties to determine the elastic modulus by measuring the propagation speed of ultrasonic waves. These dynamic measurement methods are generally suitable for rapid and non-destructive evaluation of the elastic properties of materials, and are particularly important in industrial production and quality control.

Stiffness

The ability of a structure or component to resist deformation, usually expressed as the ratio of the applied force to the resulting deformation, is related to the elastic modulus of the material and the geometry and size of the component.

Measurement method: For simple structures or components, the stiffness can be obtained through theoretical calculation. For actual engineering structures, experimental methods can be used for measurement. For example, a loading test is performed on the beam to measure the deflection of the beam under different loads, and the stiffness of the beam is calculated based on the relationship between load and deflection. Finite element analysis software can also be used to simulate and analyze the structure to calculate the stiffness distribution and overall stiffness value of the structure.

Wear resistance

The ability of a material surface to resist wear.

Measurement method: Common test methods include the pin-on-disk wear test and the ring-block wear test. Taking the pin-on-disk wear test as an example, a pin-shaped specimen is brought into contact with a rotating disc specimen and a certain pressure is applied to perform a wear test at a certain speed and time. After the test, the mass loss or dimensional change of the pin-shaped specimen is measured to evaluate the wear resistance of the material. The wear resistance of the material can also be analyzed by observing the morphology of the worn surface and the wear mechanism.

Resistencia a la corrosión

The ability of a material to resist corrosion from surrounding environmental media (such as atmosphere, water, chemicals, etc.).

Measurement method: There are many measurement methods. The weight loss method is to make a sample of a certain size, expose it to a specific corrosive medium, take it out after a certain period, clean it, dry it and weigh it, calculate the corrosion rate based on the mass change of the sample before and after corrosion, and evaluate the corrosion resistance of the material.

Electrochemical methods, such as polarization curve measurement and electrochemical impedance spectroscopy, can study the electrochemical behavior of materials in corrosive media and evaluate their corrosion resistance by measuring parameters like corrosion potential and corrosion current density.

In addition, there are accelerated corrosion test methods, such as the salt spray test and immersion test, to simulate the corrosion conditions in the actual use environment and quickly evaluate the corrosion resistance of the material.

Acerca de SogaWorks

SogaWorks is an all-in-one online platform for custom mechanical parts, connecting over 1,000 top-tier factories to serve startups and major companies. We offer flexible manufacturing solutions for rapid prototyping, small-volume testing, and large-scale production with services like CNC machining, 3D printing, urethane casting, and injection molding. With our AI-powered quoting engine, SogaWorks can deliver quotes in 5 seconds, match the best capacity, and track every step. This cuts delivery times and boosts product quality.

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Qué es el plástico ABS?

La resina ABS es un copolímero ternario compuesto de acrilonitrilo (A), butadieno (B) y estireno (S), junto con sus variantes modificadas. Los plásticos fabricados con resina ABS se denominan comúnmente plásticos ABS. Este material combina la rigidez, resistencia química y resistencia al calor del poliacrilonitrilo; la procesabilidad y estética del poliestireno; y la resistencia al impacto y el rendimiento a bajas temperaturas del polibutadieno.

La resina ABS suele presentarse en forma de gránulos o polvo de color amarillo pálido. No es tóxica, es inodora, ligera (con una densidad de 1,04-1,07 g/cm3) y ofrece una excelente resistencia al impacto, un buen comportamiento a bajas temperaturas y resistencia química. También presume de estabilidad dimensional, alto brillo superficial y facilidad de recubrimiento y coloración. Sin embargo, el ABS tiene algunas limitaciones: es inflamable, tiene una temperatura de deflexión térmica relativamente baja y presenta poca resistencia a la intemperie.

Tipos y rendimiento del ABS

La resina ABS puede adaptarse a una amplia gama de composiciones y estructuras para satisfacer necesidades específicas de rendimiento.

Propiedades mecánicas

La resistencia a la tracción del ABS varía significativamente según el grado, oscilando normalmente entre 33 y 52 MPa. El ABS es famoso por su excepcional resistencia al impacto. Los grados de ABS de alto impacto pueden alcanzar una resistencia al impacto Izod entallada de aproximadamente 400 J/m a temperatura ambiente, conservando valores superiores a 120 J/m incluso a -40°C. Esto se debe a la estructura bifásica del ABS: una fase continua de resina con una fase dispersa de resina. Esto se debe a la estructura bifásica del ABS: una fase de resina continua con partículas de caucho dispersas. Estas partículas de caucho absorben la energía del impacto, impidiendo la propagación de grietas y mejorando la tenacidad.

La resistencia al impacto depende de factores como el contenido de caucho, el grado de injerto y el tama?o de las partículas. Un mayor contenido de caucho (normalmente 25 - 40% en masa) aumenta significativamente la resistencia al impacto, pero un exceso de caucho puede reducir otras propiedades mecánicas, como la resistencia a la tracción y el módulo elástico.

El ABS también presenta una excelente resistencia a la fluencia. Por ejemplo, las muestras de tubos de ABS sometidas a 7,2 MPa a temperatura ambiente muestran cambios dimensionales insignificantes incluso después de dos a?os y medio. Aunque no es adecuado como material autolubricante, la buena estabilidad dimensional del ABS lo hace viable para cojinetes de carga media por su decente resistencia al desgaste.

Propiedades eléctricas

La resina ABS ofrece un aislamiento eléctrico fiable en una amplia gama de frecuencias, con una influencia mínima de la temperatura o la humedad. Sus propiedades eléctricas se resumen en la Tabla.

Propiedades térmicas

La temperatura de deformación por calor (HDT) del ABS bajo una carga de 1,82 MPa es de aproximadamente 93°C, pero puede aumentar entre 6 y 10°C con el recocido. Debido a su estructura amorfa, el ABS presenta una respuesta tensión-temperatura estable, con un aumento de la HDT de sólo 4-8°C cuando la carga desciende a 0,45 MPa. Los grados de ABS resistentes al calor pueden alcanzar una HDT de unos 115°C. La temperatura de fragilidad del ABS es de -7 °C, pero conserva una resistencia considerable a -40 °C. Los productos de ABS suelen utilizarse en una gama de temperaturas de -40°C a 100°C.

El coeficiente lineal de dilatación térmica del ABS oscila entre 6,4×10-?/°C y 11,0×10-?/°C, un valor relativamente bajo entre los termoplásticos. Sin embargo, el ABS tiene menor estabilidad térmica que otros plásticos técnicos, se descompone a 260°C y libera compuestos volátiles tóxicos. También es inflamable y carece de propiedades autoextinguibles.

Propiedades químicas

La resina ABS demuestra una buena resistencia química, en gran parte debido a sus grupos nitrilo, que la hacen resistente a ácidos diluidos, álcalis y sales. Sin embargo, se disuelve en cetonas, aldehídos, ésteres e hidrocarburos clorados. Aunque es insoluble en la mayoría de alcoholes como el etanol, el ABS se ablanda en metanol al cabo de varias horas. El contacto prolongado con disolventes de hidrocarburos puede provocar hinchazón. Bajo tensión, el ABS es susceptible al agrietamiento por tensión de productos químicos como el ácido acético y los aceites vegetales. Tabla 1-4 (placeholder: insert chemical resistance table here) detalla los cambios de masa y aspecto tras una exposición prolongada a diversos productos químicos.

Tipos de resinas ABS modificadas

A pesar de sus numerosas ventajas, el ABS presenta limitaciones como plástico de ingeniería, entre las que destacan su resistencia insuficiente, su baja temperatura de deflexión térmica, su escasa resistencia a la intemperie, su falta de propiedades autoextinguibles y su opacidad. Para solucionar estos problemas, se han desarrollado diversas variantes modificadas del ABS, como el ABS reforzado, el ABS ignífugo, el ABS transparente y las resinas ASA, ACS y MBS.

ABS reforzado

La adición de 20 - 40% (en masa) de fibra de vidrio mejora significativamente la resistencia a la tracción, la resistencia a la flexión y el módulo del ABS, al tiempo que aumenta el HDT y reduce el coeficiente de expansión térmica para mejorar la estabilidad dimensional. Sin embargo, la resistencia al impacto disminuye con un mayor contenido de fibra de vidrio. Tabla 2-1 (marcador de posición: insertar aquí tabla de propiedades del ABS reforzado) resume el rendimiento del ABS reforzado con fibra de vidrio.

ABS ignífugo

El ABS es intrínsecamente inflamable, pero puede fabricarse ABS ignífugo incorporando retardantes de llama orgánicos de bajo peso molecular y sinergistas. Esta variante es ideal para aplicaciones electrónicas y eléctricas que requieren resistencia a la llama y buena resistencia mecánica, como carcasas de televisores y radomos.

ABS transparente

El ABS estándar es opaco, pero el ABS transparente puede conseguirse incorporando metacrilato de metilo a los componentes de acrilonitrilo, butadieno y estireno mediante copolimerización por injerto. El ABS transparente ofrece una gran transparencia, una excelente resistencia a los disolventes y una gran resistencia al impacto.

Resina ASA

La resina ASA (acrilonitrilo-estireno-acrilato) es un copolímero ternario fabricado por injerto de acrilonitrilo y estireno en caucho acrílico. También conocida como resina AAS, la ASA destaca por su resistencia a la intemperie, al impacto, a la temperatura y a los productos químicos. Se utiliza ampliamente en componentes de automoción como paneles de carrocería, depósitos de combustible, rejillas de radiador y cubiertas de faros traseros. La tabla enumera las prestaciones de la resina ASA.

Resina ACS

La resina ACS (acrilonitrilo-polietileno-estireno clorado) es un copolímero ternario formado por injerto de acrilonitrilo y estireno en polietileno hidrogenado. Ofrece una excelente resistencia a la intemperie y retardancia de la llama. En la tabla se detallan las prestaciones de la resina ACS.

Resina MBS

La resina MBS (metacrilato de metilo-butadieno-estireno) es un copolímero de injerto de metacrilato de metilo, butadieno y estireno. Sustituyendo el acrilonitrilo por metacrilato de metilo se obtiene un material transparente con una transmitancia luminosa de hasta 90%. El MBS conserva una buena resistencia al impacto y tenacidad a -40°C, junto con resistencia a los ácidos inorgánicos, álcalis, sales y aceites, aunque es menos resistente a las cetonas, hidrocarburos aromáticos, hidrocarburos alifáticos e hidrocarburos clorados. La tabla resume el rendimiento de la resina MBS de Shanghai Pen Chemical Factory.

Propiedades de transformación y tecnología de los plásticos ABS

Propiedades de flujo

La resina ABS tiene un índice de fluidez (MFR) que suele oscilar entre 0,02 y 1 g/min (200°C, 5 kg), con algunos grados fuera de este rango. Un MFR más alto indica una mejor fluidez. El ABS con un MFR inferior a 0,1 g/min es adecuado para la extrusión, mientras que un MFR superior a 0,1 g/min es ideal para el moldeo por inyección. Como fluido pseudoplástico, el ABS presenta un comportamiento de cizallamiento-adelgazamiento, lo que permite ajustar la viscosidad mediante la velocidad de cizallamiento. Para obtener un producto de calidad constante, trabaje con índices de cizallamiento en los que la viscosidad sea menos sensible a las fluctuaciones. El ABS tiene una viscosidad de fusión moderada, menos fluida que la poliamida pero más que el policarbonato, con una velocidad de enfriamiento y solidificación relativamente rápida.

Propiedades térmicas

Como polímero amorfo, el ABS carece de un punto de fusión definido, con una temperatura de transición vítrea (Tg) de unos 115°C. Las temperaturas de procesado deben superar esta temperatura, normalmente por debajo de 250°C, para evitar la descomposición, que se produce por encima de 260°C, liberando volátiles tóxicos. Las temperaturas de procesado recomendadas son:

• Moldeo por inyección: 160-230°C
• Extrusión: 160-195°C
• Moldeo por soplado: 200-240°C
• Conformado al vacío: 140-180°C

El intervalo de temperaturas entre la temperatura de flujo y la de descomposición determina la facilidad de procesamiento. La temperatura de fusión relativamente baja del ABS (160-190°C) y su amplia ventana de procesamiento facilitan su transformación. Sin embargo, las altas temperaturas de procesado requieren tiempos de permanencia más cortos para evitar reacciones químicas. La adición de estabilizadores térmicos puede ampliar la ventana de procesamiento y prolongar los tiempos de permanencia permitidos. Debido a su escasa estabilidad térmica, hay que minimizar el tiempo de permanencia y limpiar el barril de la máquina después del procesado.

Características de secado

Los grupos ciano polares del ABS provocan una mayor absorción de agua (0,3%-0,8%, menos de 1%) en comparación con el poliestireno, pero menos que la poliamida. El presecado es esencial antes del procesado para reducir el contenido de humedad por debajo de 0,1%. Se debe secar a aproximadamente 80°C durante 2-4 horas, utilizando métodos como el secado por aire circulante (70-80°C, 4+ horas) o el secado en estufa convencional (80-100°C, 2 horas, espesor de la capa de gránulos <50 mm).

Moldeo por inyección

El ABS se procesa normalmente con tornillos moldeo por inyección máquinas con un tornillo de cabeza única, equidistante, gradual y de rosca completa (relación longitud-diámetro de 20, relación de compresión de 2,0-2,5). Las boquillas abiertas o extendidas son preferibles a las boquillas autoblocantes para evitar la reducción del caudal o la decoloración del material.

Las temperaturas de inyección varían según el grado:

• Grados de uso general y de alto impacto: 200-260°C (más bajo para evitar la descomposición)
• Grados de resistencia al calor y chapado: 220-270°C (más alta para un mejor llenado del molde o rendimiento de la galvanoplastia)
• Grados ignífugos: 190-240°C

Se necesitan presiones de inyección más altas para piezas de paredes finas, largos recorridos de flujo, peque?as compuertas o grados resistentes al calor/retardantes de llama, mientras que para piezas de paredes gruesas con grandes compuertas bastan presiones más bajas. Para minimizar la tensión interna, la presión de mantenimiento no debe ser excesiva. Las temperaturas del molde suelen ser de 50°C, pero pueden elevarse a 70°C para mejorar el acabado superficial, reducir las líneas de soldadura y minimizar la deformación. La tabla enumera las condiciones de transformación de distintos grados de ABS.

Extrusión

La extrusión de ABS utiliza extrusoras monohusillo de uso general (relación longitud-diámetro de 18-20, relación de compresión de 2,5-3,0), con tornillos de compresión gradual o abrupta. La moderada viscosidad de la masa fundida elimina la necesidad de enfriar el tornillo. La extrusión produce perfiles de ABS como tubos, varillas y láminas. La mesa se detallan las condiciones de transformación de los tubos y las varillas de ABS, respectivamente.

Acerca de SogaWorks

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ABS Plastic: Types, Properties and Processes最先出現(xiàn)在SogaWorks。

?Qué es el latón?

El latón es una aleación metálica muy utilizada en la industria manufacturera. Se compone principalmente de cobre y zinc, y es el metal preferido por los dise?adores por su facilidad de mecanizado, su sólida resistencia a la corrosión y su aspecto pulido. El latón se obtiene fundiendo cuidadosamente cobre y zinc en la mezcla justa, normalmente 55-95% de cobre y 5-45% de zinc, según las propiedades que se busquen. El proceso de fabricación del latón empieza fundiendo el cobre en un horno a unos 1.050°C hasta que se funde y a?adiendo después el zinc, que tiene un punto de fusión mucho más bajo, de unos 420°C. Los dos se mezclan bien para obtener una mezcla adecuada. Los dos se mezclan bien para obtener una mezcla homogénea, a veces con una pizca de plomo o esta?o para a?adir cualidades como la maquinabilidad o la dureza. Una vez mezclado todo, se vierte la mezcla en lingotes o tochos utilizando moldes, se deja enfriar y se prepara para laminar, extrudir o mecanizar.

Color del latón

El aspecto entre amarillo brillante y dorado del latón es tanto una cuestión estética como práctica.

Este color también viene determinado por la proporción exacta de cobre y zinc en la aleación; a mayor contenido de cobre, el latón adquiere un color rojizo, y a mayor contenido de zinc, un color más pálido, más amarillo plateado. Durante la fabricación, procesos como la fundición, la extrusión o el mecanizado exponen nuevas superficies de la aleación y demuestran su brillo metálico intrínseco. Otros tratamientos superficiales, como el pulido o el abrillantado, le dan brillo y oscurecen su color dorado.

Calidades comunes de latón utilizadas para el mecanizado

Hay varias calidades de latón que se utilizan habitualmente en el mecanizado, y las más comunes son C26000, C27400, C28000 y C36000, cada una de las cuales tiene una composición y unas propiedades diferentes y es adecuada para aplicaciones de mecanizado específicas.

Latón C26000

El C26000, o latón para cartuchos, contiene aproximadamente 70% de cobre y 30% de zinc y ofrece una excelente combinación de ductilidad, resistencia a la corrosión y solidez, especialmente en entornos húmedos. Su conformabilidad lo hace adecuado para el trabajo en frío y el mecanizado de productos como carcasas de munición, núcleos de radiadores de automóviles y embellecedores de ferretería, aunque su mecanizabilidad es sólo regular en comparación con el latón con plomo.

Latón C27400

El C27400, o latón amarillo, contiene aproximadamente 63% de cobre y 37% de zinc, con una excelente maquinabilidad y economía debido a su mayor porcentaje de zinc, lo que reduce el coste del material. Es adecuado para accesorios de fontanería, tuberías y herrajes de bajo coste en los que se desee una resistencia moderada y una resistencia satisfactoria a la corrosión.

Latón C28000

El C28000, también conocido como metal Muntz, tiene un contenido aproximado de 60% de cobre y 40% de zinc, y ofrece más fuerza y mejor resistencia a la corrosión cuando se trabaja en condiciones marinas. Tiene buena maquinabilidad y se utiliza en paneles arquitectónicos, herrajes marinos y componentes estructurales en los que se necesita dureza.

Latón C36000

El C36000 o latón de corte libre contiene 61,5% de cobre, 35,5% de zinc y 2-3% de plomo, lo que mejora notablemente su maquinabilidad, por lo que se emplea en el mecanizado de alta velocidad. La presencia de plomo en él requiere una manipulación especial para cumplir las normas reglamentarias. La elección del grado que se va a mecanizar en CNC es un compromiso entre solidez, mecanizabilidad, resistencia a la corrosión y requisitos específicos de la aplicación para obtener un rendimiento y una economía óptimos.

Equivalentes mundiales de las aleaciones de latón

La siguiente tabla muestra los equivalentes para las calidades comunes de latón:

Propiedades mecánicas de las aleaciones de latón

Los grados estándar C26000, C27400, C28000 y C36000 tienen cada uno su composición y propiedades que los hacen adecuados para aplicaciones de mecanizado específicas. A continuación se examinan en profundidad sus propiedades mecánicas.

Resistencia a la tracción: 338 a 469 MPa

Las aleaciones típicas de latón tienen resistencias a la tracción de entre 338 y 469 MPa, que varían con el temple (por ejemplo, recocido o semiduro) y la composición de la aleación. Esto sugiere que estas aleaciones resistirán importantes fuerzas de tracción o estiramiento antes de fallar. En aplicaciones de mecanizado en las que los componentes están expuestos a fuerzas de tracción intermitentes o repetidas, como en componentes estructurales o de automoción, su resistencia a la tracción garantiza que los componentes no fallarán bajo tensión.

Límite elástico: de 120 a 350 MPa

El límite elástico de las aleaciones estándar de latón oscila entre 120 y 350 MPa, según el temple y la composición de la aleación. Es una medida de la tensión a la que el material empieza a deformarse plásticamente, una consideración esencial para operaciones de mecanizado como el conformado o el doblado. En el caso de componentes como tubos de radiador, fijaciones o accesorios marinos, en los que la conservación de la forma bajo carga es de suma importancia, este límite elástico garantiza que las piezas soporten la deformación, de modo que los maquinistas tengan la seguridad de lograr tolerancias exigentes e integridad estructural.

Módulo de elasticidad: 110 GPa

El módulo de elasticidad de las aleaciones de latón estándar es de 110 GPa, su rigidez elástica. Mide el grado en que el material resiste la deformación bajo la fuerza de mecanizado, por lo que es ideal para el mecanizado de piezas intrincadas como conectores o vástagos de válvulas. Para aplicaciones de estabilidad dimensional, como el mecanizado de precisión de componentes eléctricos o de fontanería, el módulo garantiza un retroceso elástico mínimo, ofreciendo fiabilidad en el mantenimiento de tolerancias estrechas con el mecanizado.

Relación de Poisson: 0,31

Las aleaciones típicas de latón tienen una relación de Poisson de aproximadamente 0,31, que ilustra la relación entre la deformación transversal y la deformación axial del material. Esta relación de desplazamiento permite predecir la deformación durante el mecanizado, por lo que las aleaciones pueden utilizarse para dar formas complejas, como herrajes decorativos o accesorios de precisión. Cuando la precisión en las dimensiones es una cuestión preocupante, como en estampados complejos o mecanizados de alta velocidad, esta relación de Poisson garantiza que el material se deforme de manera uniforme, evitando todo tipo de distorsiones inesperadas.

Elongación: 10% a 55%

El alargamiento de las aleaciones de latón estándar oscila entre 10% y 55%, según el temple y el contenido, lo que determina la ductilidad. La capacidad del material para estirarse mucho sin romperse resulta útil para el conformado en frío o el mecanizado de componentes intrincados como tubos o accesorios. Cuando se requieren niveles extremos de conformado, como núcleos de radiadores o piezas de fontanería, el alto alargamiento ofrece piezas que no se agrietan al conformarlas, lo que permite a los maquinistas flexibilidad y fiabilidad en la fabricación.

Dureza: 55 a 93 HRB

La dureza estándar de las aleaciones comunes de latón oscila entre 55 y 93 HB (Rockwell B), lo que refleja su resistencia a las herramientas de corte. Esta gama facilita el mecanizado sin sacrificar la durabilidad en herrajes decorativos, componentes estructurales o engranajes de precisión. En aplicaciones en las que el acabado superficial y la vida útil de la herramienta son críticos, como el mecanizado a alta velocidad, esta dureza permite que las herramientas produzcan cortes limpios mediante un desgaste controlado, con garantía de consistencia y resultados de mecanizado eficaces.

La siguiente tabla muestra las principales propiedades de las aleaciones de latón comunes en Mecanizado CNC.

?Se corroe el latón?

Sí, aunque el latón tiene una excelente resistencia a la corrosión, se corroe en algunos entornos. El latón se corroe muy lentamente en el aire y casi nada en agua dulce limpia, con un índice típico de 0,0025 a 0,025 mm al a?o. En agua de mar, es ligeramente superior, de 0,0075 a 0,1 mm al a?o. Los fluoruros presentes en el agua tienen un efecto insignificante sobre el latón, pero los cloruros provocan una corrosión grave y los yoduros causan graves da?os. El latón es muy sensible a la corrosión en agua que contenga gases como oxígeno (O?), dióxido de carbono (CO?), sulfuro de hidrógeno (H?S), dióxido de azufre (SO?) y amoníaco (NH?). El latón también es susceptible a la corrosión simple en agua mineral, especialmente cuando el sulfato de hierro (Fe?(SO?)?) está presente en ella. El latón se corroe gravemente con ácido nítrico y ácido clorhídrico, pero se corroe lentamente en ácido sulfúrico. Sorprendentemente, el latón resiste mucho a la corrosión en soluciones de hidróxido de sodio (NaOH).

Aplicaciones de latón

Las propiedades únicas del latón hacen posible su uso en diversas industrias.

Industria de la construcción: El latón se utiliza mucho en la industria de la construcción para radiadores, grifos, accesorios de tuberías, fijaciones y componentes de ferretería. Su mayor resistencia a la corrosión y sus propiedades mecánicas lo convierten en un material ineludible para tuberías de agua y sistemas de fontanería, ya que ofrece longevidad y fiabilidad en condiciones húmedas.

Industria electrónica: La alta conductividad eléctrica del latón lo convierte en un material excelente para dispositivos electrónicos, terminales, conectores y otros dispositivos eléctricos. Su gran resistencia mecánica también lo convierte en una buena opción para conectores electrónicos, ya que proporciona funcionalidad y longevidad.

Instrumentos musicales: El latón se aplica ampliamente a la fabricación de instrumentos musicales como trompetas y tubas por su agradable acabado y características acústicas. Como material de relojería, su maquinabilidad y apariencia lo convierten en un elemento popular en piezas de buen aspecto e intrincadas que realzan la forma y la función.

Sector de automoción y mecánica: El latón se utiliza para fabricar componentes mecánicos de precisión como cojinetes, engranajes y muelles, así como determinadas piezas de automoción. Su maquinabilidad permite fabricar piezas de alta precisión para soportar tensiones mecánicas en aplicaciones severas.

Aeroespacial y Defensa: El latón se utiliza para fabricar piezas de precisión para maquinaria aeroespacial y algunos usos de la industria de defensa. Sus características de resistencia a la corrosión y solidez garantizan su rendimiento en aplicaciones en las que la durabilidad y la precisión son lo más importante.

Industria energética: El latón se utiliza mucho en la generación de energía, sobre todo en condensadores de centrales térmicas y calentadores solares, y en equipos de plantas petroquímicas, como recipientes, tuberías e intercambiadores de calor. Su excelente conductividad térmica y su resistencia a entornos agresivos hacen del latón una elección fiable para aplicaciones energéticas.

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Precio actual del titanio por libra

Aleaciones comerciales de titanio se clasifican principalmente en dos tipos principales, titanio comercialmente puro y aleaciones de titanio, que se clasifican en varios grados en función de su contenido de oxígeno, elementos de aleación y propiedades, y se utilizan en diferentes industrias. A continuación se presentan los principales tipos de aleaciones comerciales de titanio y los precios unitarios ($/lb) basados en los últimos datos del mercado:

Titanio comercialmente puro

Grado 1: Contenido mínimo de oxígeno, excelente ductilidad y resistencia a la corrosión, adecuado para embutición profunda y moldeo, equipos químicos (por ejemplo, intercambiadores de calor) e implantes médicos (por ejemplo, endoprótesis dentales). El precio por libra del titanio de grado 1 es de aproximadamente $6,00-$9,00/lb, es el menos caro y adecuado para aplicaciones civiles a gran escala debido a la falta de elementos de aleación y a la facilidad de procesamiento.

Grado 2: Es el titanio comercialmente puro más utilizado. Combina una buena solidez y resistencia a la corrosión, y se emplea ampliamente en la industria química (reactores), la ingeniería naval (equipos de desalinización) y la industria médica (aparatos ortopédicos). El precio por libra del titanio de grado 2 es de aproximadamente $6,50-$10,00/lb, tiene una gran demanda y representa 40% del mercado del titanio puro.

Grado 3: Resistencia media, adecuado para recipientes a presión y componentes de trabajo en frío, como depósitos y sistemas de tuberías. El precio por libra del titanio de grado 3 es de aproximadamente $7,00-$11,00/lb, ligeramente superior al del grado 2 debido a los mayores requisitos de resistencia.

Grado 4: La mayor resistencia, utilizado en componentes aeroespaciales (por ejemplo, elementos de fijación), ingeniería médica (implantes de alta resistencia) y entornos de alta temperatura. El precio por libra del titanio de grado 4 es de aproximadamente $8,00-$12,00/lb, cerca del extremo inferior de la gama de aleaciones, con una creciente demanda aeroespacial que impulsa los precios al alza.

Aleaciones de titanio

Ti-6Al-4V (Grado 5): Aleación alfa+beta de uso común que contiene 6% de aluminio y 4% de vanadio, representa más de 50% del mercado de aleaciones de titanio y se utiliza ampliamente en la industria aeroespacial (fuselaje de aviones, palas de motores, como el Boeing 787), médica (implantes ortopédicos) y militar (placas de blindaje) debido a su alta resistencia, resistencia a la corrosión y biocompatibilidad. El precio por libra del titanio de grado 5 es de aproximadamente $10,00-$30,00/lb, con un alto rendimiento y un procesamiento complejo (por ejemplo, fusión al vacío) que elevan el coste, y productos de grado aeroespacial y alta precisión de hasta $40-$60/lb.

Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo: Aleación α+β de alto rendimiento con excelente resistencia a altas temperaturas para motores aeronáuticos (por ejemplo, álabes de turbina) y componentes estructurales de alta temperatura. El precio por libra de la aleación de titanio α+β es de aproximadamente $15,00-$22,00/libra y son superiores al Grado 5 debido a los elementos de aleación especiales y a los requisitos de procesamiento a alta temperatura.

Ti-3Al-2,5V (Grado 9): Resistencia media, buena soldabilidad y resistencia a la corrosión para su uso en líneas hidráulicas aeroespaciales, equipamiento deportivo (por ejemplo, palos de golf) y cuadros de bicicleta. El precio por libra del titanio de grado 9 es de aproximadamente $9,00-$15,00/lb, tiene un precio moderado y está creciendo en las aplicaciones del mercado civil.

Aleaciones de titanio beta (por ejemplo, Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn): Alta resistencia, trabajable en frío, utilizado en fijaciones aeroespaciales, órtesis médicas y monturas de gafas de alta gama. El precio del titanio Beta por libra ronda los $12,00-$25,00/lb. Su elevada resistencia y dificultad de mecanizado lo encarecen.

Factores que afectan al precio del titanio

El titanio es un metal resistente a la corrosión muy utilizado en la industria aeroespacial, médica y otras. Los precios se ven afectados por diversos factores, como la oferta y la demanda, los costes de las materias primas, la tecnología de producción, el entorno macroeconómico, los factores geopolíticos y los materiales alternativos. Estos factores se enumeran a continuación.

Dinámica de la oferta y la demanda

El equilibrio entre la oferta y la demanda de titanio es el principal motor de los precios. Cuando la demanda aumenta (por ejemplo, debido al incremento de los pedidos aeroespaciales) y la oferta es limitada, los precios suben. Por el contrario, una demanda débil o un exceso de oferta provocan una caída de los precios. El sector aeroespacial representa alrededor de 40% de la demanda mundial de titanio, con grandes pedidos de Boeing y Airbus que afectan significativamente al mercado. En cuanto a la oferta, el titanio procede principalmente de la ilmenita y el rutilo. Las limitaciones en la capacidad de extracción y procesamiento de minerales afectan a la estabilidad del suministro. Por ejemplo, en 2022, una caída de la demanda inducida por una pandemia provocó un descenso de los precios del mineral de titanio en Panzhihua (China).

Coste de la materia prima

La producción de titanio depende de la ilmenita, el rutilo y otros minerales, y las fluctuaciones del precio de las materias primas afectan directamente a los costes de producción. Los principales productores de ilmenita, como Australia y Sudáfrica, pueden sufrir subidas de precios si el suministro se ve interrumpido por causas meteorológicas, políticas o logísticas. En 2022, el mercado mundial de mineral de titanio se vio afectado por la pandemia y una logística deficiente, lo que provocó una menor demanda en las fases posteriores y la caída de los precios del mineral. Sin embargo, los precios pueden repuntar rápidamente en caso de escasez de suministro. Además, la producción de titanio es intensiva en energía y requiere una cantidad considerable de electricidad y gas natural. En 2023, el aumento de los costes energéticos provocó un incremento de los precios de los productos de dióxido de titanio.

Tecnología de producción y coste del proceso

El titanio se produce principalmente mediante el proceso Kroll, que es complejo y consume mucha energía, lo que conlleva unos costes elevados. Los avances tecnológicos, como el refinado o el reciclado eficientes, pueden reducir los costes y los precios. Sin embargo, la I+D y la implantación de nuevas tecnologías requieren un capital considerable, lo que dificulta la modificación de la estructura de precios a corto plazo. Por ejemplo, Xinpu Titanium Metal Materials Co., Ltd. recicla y procesa anualmente 30.000 toneladas de lingotes de titanio, pero el elevado mantenimiento de los equipos y los costes del proceso siguen limitando la reducción de precios.

Entorno macroeconómico

Los precios del titanio están estrechamente ligados a la economía mundial. Durante los auges económicos, el aumento de la demanda industrial y de infraestructuras conduce a un mayor consumo y precios del titanio. El tama?o del mercado mundial del titanio metálico fue de 35.525 millones de yuanes en 2024 y se espera que alcance los 52.379 millones de yuanes en 2029, con una CAGR de aproximadamente 6,7%. Esto refleja el impulso de la demanda gracias a la recuperación económica. Por el contrario, la pandemia de 2020 provocó una fuerte caída de la demanda aeroespacial y un descenso de los precios del titanio. En 2024, la recesión económica de China provocó un descenso récord de los precios de la esponja de titanio, lo que demuestra el impacto directo de la macroeconomía en la demanda. Las fluctuaciones de los tipos de cambio también afectan a los precios; un dólar estadounidense fuerte puede reducir la demanda en las regiones que no cotizan en dólares, deprimiendo indirectamente los precios.

Geopolítica y política comercial

Los acontecimientos geopolíticos y las políticas comerciales influyen significativamente en los precios del titanio. Los principales productores, como China, Rusia, Australia y Estados Unidos, pueden sufrir escasez de suministro y subidas de precios debido a conflictos comerciales o restricciones a la exportación. Por ejemplo, un cambio en la política arancelaria de Estados Unidos sobre los polvos chinos a base de titanio en 2025 llevó a una CAGR proyectada de 15,61% para el tama?o del mercado chino de $2,981 mil millones en 2024. Las posibles restricciones a la exportación de Rusia debidas a conflictos geopolíticos podrían provocar restricciones en el suministro mundial y subidas de precios. Los aranceles y las medidas antidumping también pueden elevar los costes de importación y afectar indirectamente a los precios.

Materiales alternativos y avances tecnológicos

El elevado coste del titanio ha llevado a la industria a buscar alternativas como las aleaciones de aluminio o los compuestos de fibra de carbono. Si estas alternativas ofrecen un rendimiento similar al titanio a un coste inferior, la demanda de titanio podría disminuir, lo que provocaría una caída de los precios. Los compuestos de fibra de carbono han sustituido parcialmente al titanio en las aplicaciones aeroespaciales. Sin embargo, las propiedades únicas del titanio en medicina y fabricación de alta gama lo hacen insustituible en esos sectores. El mercado mundial de aleaciones de titanio alcanzó los 6.500 millones en 2023 y se espera que llegue a los 10.300 millones en 2029, con una CAGR del 6,3%, lo que indica una demanda de titanio resistente a pesar del efecto amortiguador de los materiales alternativos.

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Este artículo le dará una visión general de las propiedades del acero inoxidable 304. Este artículo le proporcionará una forma estructurada de pensar sobre estas propiedades para que pueda comprender fácilmente los aspectos fundamentales del acero inoxidable 304. Después del pliegue, tocaremos brevemente la composición, las propiedades físicas y las propiedades mecánicas.

?Qué es el acero inoxidable 304?

El acero inoxidable 304 se define por la norma ASTM A240/A240M que cubre el acero inoxidable austenítico reforzado por solución sólida de carbono liso con resistencia de moderada a alta, utilizado normalmente en servicio de recipientes a presión por encima de 260 °C (500 °F). El acero inoxidable 304 también se conoce como "Acero inoxidable 18-8" porque suele contener 18% de cromo y 8% de níquel en masa.

El acero inoxidable 304 es uno de los aceros inoxidables austeníticos más utilizados. Presenta una excelente resistencia a la corrosión, conformabilidad y propiedades mecánicas a temperaturas elevadas. En estado recocido, el acero inoxidable 304 es amagnético.

Composición de acero 304

La composición química del acero inoxidable 304 se controla para proporcionar propiedades que van de buenas a superiores en resistencia a la corrosión y fuerza. A continuación se muestra la composición del núcleo de acero inoxidable 304 de acuerdo con la norma de ASTM.

Impacto de la composición en las propiedades:

• Resistencia a la corrosión: El alto contenido de cromo (18-20%) permite el desarrollo de una película de óxido de cromo autorreparadora que pasiva el acero en una amplia gama de entornos oxidantes, incluidos los ácidos y la corrosión atmosférica.
• Estructura austenítica: El contenido de níquel (8-10,5%) estabiliza la fase austenítica cúbica centrada en la cara (FCC). Esto proporciona las características no magnéticas y de buena ductilidad del acero inoxidable 304, incluso a temperaturas criogénicas.
• Soldabilidad y resistencia: El bajo contenido de carbono (≤0,08%) minimiza la formación de carburos de cromo y la corrosión localizada asociada en la zona afectada por el calor del área soldada.

Propiedades del acero inoxidable 304

La comprensión gerencial de las características físicas y mecánicas sigue siendo vital para examinar las propiedades del acero inoxidable 304. Esta parte explora las características individuales que determinan el rendimiento del acero inoxidable 304, así como su gama aplicable.

?Es magnético el acero inoxidable 304?

La cuestión del magnetismo suele dejar perpleja a la gente acerca del acero inoxidable 304. El acero inoxidable 304 tratado térmicamente no presenta propiedades magnéticas. El trabajo en frío mediante procesos como el laminado y el doblado y conformado introduce el magnetismo porque convierte parte de la austenita en la fase magnética conocida como martensita. Los niveles más altos de trabajo en frío conducen a una transformación amplificada del material.

Densidad

La medición de la densidad del acero inoxidable 304 muestra un valor de 7,93 g/cm3. El valor de la densidad de los aceros inoxidables austeníticos coincide con este nivel específico que determina sus propiedades de masa junto con la resistencia estructural.

Conductividad térmica

A 20°C, el valor de conductividad térmica del acero inoxidable 304 es de 16,2 W/(m-K). El acero inoxidable 304 es muy adecuado para aplicaciones que requieren una transferencia de calor eficaz gracias a sus propiedades de conductividad térmica en intercambiadores de calor y componentes de calderas.

Resistencia a la tracción

La resistencia última a la tracción (UTS) del acero inoxidable 304 alcanza valores de al menos 515 MPa. El material experimenta la máxima tensión hasta este punto antes de romperse. La elevada resistencia a la tracción permite al acero inoxidable 304 soportar cargas pesadas antes de romperse, lo que lo hace perfecto para su uso en el dise?o de estructuras.

Límite elástico

El límite elástico mínimo del acero inoxidable 304 es de 205 MPa. El material comienza a mostrar una distorsión permanente de la forma cuando se somete a este nivel específico de tensión. Una vez superado este umbral, el material permanece permanentemente distorsionado cuando se libera la fuerza externa. Los dise?adores utilizan el límite elástico como factor esencial para evitar que las piezas se deformen cuando se exponen a fuerzas operativas.

Alargamiento

El valor de alargamiento del acero inoxidable 304 alcanza 70% cuando se mide sobre una longitud de calibre de 50 mm (2 pulgadas). El material demuestra una ductilidad excepcional gracias a su alto porcentaje de alargamiento, que permite la deformación antes de fallar. Las aplicaciones que necesitan la deformación del material mediante métodos de conformado y doblado o estirado tienen éxito gracias a las propiedades de ductilidad del material.

Dureza

Acero inoxidable 304 La medición de la dureza mediante el ensayo de dureza Brinell (HB) muestra valores que no superan 187. Avanzando, el material alcanza un doble beneficio de protección combinada contra el desgaste y maleabilidad. El acero inoxidable 304 mantiene una dureza adecuada que se adapta a muchos usos generales en los que una resistencia moderada contra el desgaste sirve al propósito.

Módulo de elasticidad

El módulo de elasticidad de Young en el material de acero inoxidable 304 se sitúa entre 193 GPa y 200 GPa. El material muestra una alta rigidez elástica junto con una resistencia a la deformabilidad elástica debido a su alto valor de módulo. La aplicación de carga permite al acero inoxidable 304 conseguir estructuras estables manteniendo su forma.

Módulo de cizallamiento

El módulo de cizallamiento (módulo de rigidez) del acero inoxidable 304 asciende a 86 GPa. La medición de la resistencia del material como módulo de cizallamiento tiene lugar mediante la aplicación paralela de tensión de cizallamiento que permite que las capas de material se deslicen unas respecto a otras. La excelente resistencia a la carga de torsión del acero inoxidable 304 tiene su origen en su elevado módulo de cizalladura, que permite a los constructores crear estructuras sólidas rígidas utilizadas para aplicaciones de fijación de ejes y tuberías.

Resistencia al impacto

La evaluación de impacto Charpy revela que el acero inoxidable 304 obtiene excelentes resultados para determinar las propiedades de tenacidad al impacto. Este material absorbe bien la energía durante los impactos bruscos para evitar que se produzcan da?os. Mantener una buena tenacidad al impacto en las aplicaciones resulta esencial porque se puede lograr una fiabilidad operativa cuando se aplican protocolos de seguridad.

En conclusión, las aplicaciones industriales adoptan materiales de acero inoxidable 304 porque el material demuestra características físicas fiables junto con propiedades mecánicas superiores. El material encuentra amplio uso en obras de construcción e ingeniería automotriz y aplicaciones de procesamiento de alimentos y producción de equipos médicos porque demuestra no magnetismo en estado recocido junto con excelentes sustratos mecánicos y propiedades de ductilidad y tenacidad al impacto. La precisión de sus propiedades sirve de base para determinar las aplicaciones adecuadas del acero inoxidable 304 y prolongar su vida útil.

?Se oxida el acero inoxidable 304?

Entre sus mecanismos de resistencia a la corrosión, la capa activa procede del acero inoxidable 304 porque el cromo favorece la formación superficial de esta película protectora de óxido. La película protectora de la superficie crea un escudo que separa el metal del oxígeno y la humedad perjudiciales y de las sustancias ácidas. Las propiedades del acero inoxidable 304 no pueden evitar todo tipo de corrosión cuando funciona en condiciones ambientales particulares.

Mecanismos de corrosión

• Formación de capas pasivas: Un contenido de cromo superior o igual a 18% en las calidades 304 genera una capa de óxido adherente por reacción de oxígeno que se mantiene después de un da?o superficial.
• Corrosión por picaduras: Las elevadas concentraciones de cloruro presentes en el agua de mar destruyen la superficie de la capa pasiva, lo que provoca una corrosión localizada por picaduras. El riesgo de corrosión por picaduras aumenta cuando los niveles de cloruro son elevados, la temperatura es elevada y la zona está mal ventilada.
• Corrosión por grietas: Los espacios estrechos, como los huecos en los elementos de fijación, impiden la salida de los agentes corrosivos, lo que acelera la descomposición localizada de la capa pasiva.

Condiciones de óxido

• Entornos con alto contenido en cloruros: El inicio de la corrosión por picaduras se produce en entornos con niveles de cloruro superiores a 35 ppm, como la exposición al agua de mar y las condiciones de niebla salina, así como las sales de deshielo.
• Decaimiento de la soldadura: El decaimiento de la soldadura se produce cuando el calor de la soldadura provoca la precipitación de carburo de cromo en la zona afectada por el calor que causa el agotamiento de la capa pasiva y la debilidad del material.
• Da?os mecánicos: El metal desnudo se vuelve accesible cuando se realiza una limpieza inadecuada o se producen ara?azos superficiales o abrasiones mecánicas que permiten el inicio de la corrosión.

Calidades equivalentes de acero inoxidable 304

Acero inoxidable 304 frente a 304L

La principal diferencia entre los grados 304 y 304L se debe al contenido de carbono, ya que esta variación controla las propiedades mecánicas junto con las características de resistencia a la corrosión del acero inoxidable 304.

Diferencias de composición

• 304: Contenido de carbono ≤0,08% (máx).
• 304L: Contenido de carbono ≤0,03% (máx).

Resistencia a la corrosión

La soldabilidad del acero inoxidable 304L mejora porque el menor contenido de carbono impide que las zonas afectadas por el calor de la soldadura desarrollen carburos de cromo y, por tanto, evita la corrosión intergranular en entornos con contenido de cloruros.

El recocido térmico posterior a la soldadura debe realizarse de forma rutinaria en el acero 304 para evitar que se produzca corrosión intergranular.

Resistencia mecánica

La resistencia a la tracción del acero 304 alcanza su punto más alto dentro del intervalo de temperaturas de 800 °F y 427 °C porque contiene entre un 0,04 y un 0,10 por ciento de carbono.

A temperatura ambiente, el límite elástico del 304L muestra una reducción menor en comparación con el 304, aunque ambos grados tienen propiedades básicas de resistencia similares.

Soldabilidad

Las construcciones soldadas situadas en entornos corrosivos deben utilizar el grado de acero 304L porque este material muestra una excelente protección contra la corrosión intergranular.

Las estructuras soldadas no críticas fabricadas con material 304 se benefician de una buena soldabilidad después de que el recocido posterior a la soldadura sea posible.

Aplicaciones

304: Este material sirve para fines industriales que incluyen equipos alimentarios y productos de menaje, así como material de construcción y componentes estructurales expuestos a zonas de corrosión media.

304L: El material encuentra su lugar en lugares que requieren una resistencia avanzada a la corrosión y posibilidades de soldadura en recipientes a presión e intercambiadores de calor y sistemas de equipos farmacéuticos.

Los ingenieros, junto con los dise?adores, seleccionan los grados de acero inoxidable 304 adecuados mediante un análisis equilibrado de las propiedades de resistencia combinadas con las características mecánicas y los requisitos de coste para situaciones particulares.

Aplicaciones del acero inoxidable 304

El acero inoxidable 304 es un material con propiedades excepcionales que se utiliza ampliamente en la industria por su capacidad para resistir la corrosión y mantener su conformabilidad, así como por su resistencia a los ácidos. El material se adapta a múltiples aplicaciones porque ofrece un servicio duradero combinado con un rendimiento sanitario y unas características visuales agradables.

Arquitectura y construcción

• Elementos estructurales: Las barandillas de acero inoxidable, junto con las balaustradas y escaleras, utilizan material 304 porque ofrece resistencia a la intemperie junto con un atractivo aspecto visual.
• Revestimientos y fachadas: Los duros factores medioambientales, como la niebla salina y la contaminación, no afectan a los muros cortina ni a los sistemas de cubiertas gracias a las excelentes propiedades de resistencia a la corrosión del acero inoxidable 304.

Sectores químico y energético

• Intercambiadores de calor: Los intercambiadores tubulares y de placas de las instalaciones petroquímicas tienen propiedades de conducción térmica resistentes a la formación de incrustaciones.
• Recipientes a presión: El almacenamiento de productos químicos corrosivos y sistemas de gas a alta presión requiere un material que sea a la vez dúctil y resistente a la tracción. Por ello, los recipientes a presión se especifican como 304.

Transporte y automoción

• Sistemas de escape: Una combinación de silenciadores y catalizadores a los tubos de escape se ven afectados por la corrosión debido a las temperaturas de 870°C, el 304 es la solución.
• Aplicaciones marinas: El acero inoxidable 304 tiene la capacidad de resistir la corrosión por iones de cloruro.

Bienes de consumo y para el hogar

• Utensilios de cocina: Acero inoxidable 304 de calidad alimentaria cumple las normas de precipitación de metales pesados especificadas por ASTM y otras normativas. Puede utilizarse para fabricar utensilios de cocina, equipos de ba?o, muebles, etc.
• Arte y dise?o: La combinación de acero inoxidable 304 se caracteriza tanto por su excelente trabajabilidad como por su agradable aspecto en tareas de instalación de esculturas y se?alización y en aplicaciones arquitectónicas de edificios.

Una visión tan organizada demuestra que las propiedades del acero inoxidable 304 se traducen en ventajas de producto que establecen su estatus central en los proyectos de ingeniería.

Conclusión

Las propiedades del acero inoxidable 304 han hecho posible que este tipo de acero inoxidable sea ampliamente utilizado en las industrias, y la tubería de acero inoxidable 304, que hereda las excelentes propiedades del acero inoxidable 304, también ha gozado de gran popularidad. Las propiedades del acero inoxidable 304 lo convierten en una opción económica para Proyectos de mecanizado CNC también.

Se espera que las buenas propiedades del acero inoxidable 304 se amplíen en el futuro, ya que el desarrollo de los edificios ecológicos y las energías renovables abrirá sin duda más aplicaciones del acero inoxidable 304.

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