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.

Acier inoxydable 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.

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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.

Propriétés mécaniques

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.

Propriétés électriques

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.

Moulage par injection

Due to PEEK’s high melting point and melt viscosity compared to general engineering plastics, moulage par injection 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.

électronique

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

Machines

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

Aérospatiale

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.

Dispositifs médicaux

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.

L'énergie

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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SogaWorks est une plateforme en ligne tout-en-un pour les pièces mécaniques personnalisées, connectant plus de 1 000 usines de premier plan pour servir les startups et les grandes entreprises. Nous offrons des solutions de fabrication flexibles pour le prototypage rapide, les essais en petites quantités et la production à grande échelle avec des services tels que Usinage CNC, 3D printing, urethane casting, and injection molding. Surface finishes include anodizing, sand blasting and phosphating. 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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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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La force

(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%

Dureté

(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.

Résistance à la corrosion

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.

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Qu'est-ce que le plastique ABS ??

La résine ABS est un copolymère ternaire composé d'acrylonitrile (A), de butadiène (B) et de styrène (S), ainsi que de ses variantes modifiées. Les plastiques fabriqués à partir de la résine ABS sont communément appelés plastiques ABS. Ce matériau combine la rigidité, la résistance chimique et la résistance à la chaleur du polyacrylonitrile, la facilité de transformation et l'esthétique du polystyrène, ainsi que la résistance aux chocs et les performances à basse température du polybutadiène.

La résine ABS se présente généralement sous la forme de granulés ou de poudre jaune pale. Elle est non toxique, inodore, légère (densité de 1,04-1,07 g/cm3) et offre une excellente résistance aux chocs, de bonnes performances à basse température et une résistance aux produits chimiques. Il présente également une stabilité dimensionnelle, une grande brillance de surface et une facilité de revêtement et de coloration. Toutefois, l'ABS présente certaines limites : il est inflammable, sa température de déviation de la chaleur est relativement basse et il résiste mal aux intempéries.

Types et performances de l'ABS

La résine ABS peut être adaptée à une large gamme de compositions et de structures pour répondre à des besoins de performance spécifiques.

Propriétés mécaniques

La résistance à la traction de l'ABS varie considérablement d'un grade à l'autre, allant généralement de 33 à 52 MPa. L'ABS est réputé pour sa résistance exceptionnelle aux chocs. Les qualités d'ABS à impact élevé peuvent atteindre une résistance à l'impact Izod entaillé d'environ 400 J/m à température ambiante, conservant des valeurs supérieures à 120 J/m même à -40°C. Cela est d? à la structure biphasée de l'ABS : une phase de résine continue avec des particules de caoutchouc dispersées. Ces particules de caoutchouc absorbent l'énergie d'impact, empêchant la propagation des fissures et améliorant la résistance.

La résistance aux chocs dépend de facteurs tels que la teneur en caoutchouc, le degré de greffage et la taille des particules. Une teneur en caoutchouc plus élevée (généralement de 25 à 40% en masse) augmente considérablement la résistance aux chocs, mais un excès de caoutchouc peut réduire d'autres propriétés mécaniques, telles que la résistance à la traction et le module d'élasticité.

L'ABS présente également une excellente résistance au fluage. Par exemple, des échantillons de tuyaux en ABS soumis à 7,2 MPa à température ambiante présentent des changements dimensionnels négligeables, même après deux ans et demi. Bien qu'il ne convienne pas comme matériau autolubrifiant, la bonne stabilité dimensionnelle de l'ABS le rend viable pour les roulements à charge moyenne en raison de sa bonne résistance à l'usure.

Propriétés électriques

La résine ABS offre une isolation électrique fiable sur une large gamme de fréquences, avec une influence minimale de la température ou de l'humidité. Ses propriétés électriques sont résumées dans le tableau.

Propriétés thermiques

La température de déformation thermique (HDT) de l'ABS sous une charge de 1,82 MPa est d'environ 93°C mais peut augmenter de 6 à 10°C avec le recuit. En raison de sa structure amorphe, l'ABS présente une réponse stable à la contrainte et à la température, la HDT n'augmentant que de 4 à 8°C lorsque la charge tombe à 0,45 MPa. Les qualités d'ABS résistantes à la chaleur peuvent atteindre une HDT d'environ 115°C. La température de fragilité de l'ABS est de -7°C, mais il conserve une résistance considérable à -40°C. Les produits ABS sont généralement utilisés dans une plage de températures allant de -40°C à 100°C.

Le coefficient de dilatation thermique linéaire de l'ABS est compris entre 6,4×10-?/°C et 11,0×10-?/°C, ce qui est relativement faible parmi les thermoplastiques. Cependant, la stabilité thermique de l'ABS est inférieure à celle d'autres plastiques techniques. Il se décompose à 260°C et libère des composés volatils toxiques. Il est également inflammable et n'a pas de propriétés d'auto-extinction.

Propriétés chimiques

La résine ABS présente une bonne résistance chimique, en grande partie grace à ses groupes nitrile, qui la rendent résistante aux acides dilués, aux alcalis et aux sels. Toutefois, elle se dissout dans les cétones, les aldéhydes, les esters et les hydrocarbures chlorés. Insoluble dans la plupart des alcools comme l'éthanol, l'ABS se ramollit dans le méthanol après plusieurs heures. Un contact prolongé avec des solvants à base d'hydrocarbures peut provoquer un gonflement. Sous contrainte, l'ABS est susceptible de se fissurer sous l'effet de produits chimiques tels que l'acide acétique et les huiles végétales. Tableau 1-4 (placeholder : insert chemical resistance table here) détaille les changements de masse et d'apparence après une exposition prolongée à divers produits chimiques.

Types de résines ABS modifiées

Malgré ses nombreux avantages, l'ABS présente des limites en tant que plastique technique, notamment une résistance insuffisante, une faible température de déviation de la chaleur, une mauvaise résistance aux intempéries, l'absence de propriétés d'auto-extinction et l'opacité. Pour y remédier, plusieurs variantes d'ABS modifié ont été mises au point, notamment l'ABS renforcé, l'ABS ignifugé, l'ABS transparent, les résines ASA, ACS et MBS.

ABS renforcé

L'ajout de 20 à 40% (en masse) de fibres de verre améliore considérablement la résistance à la traction, la résistance à la flexion et le module de l'ABS, tout en augmentant l'HDT et en réduisant le coefficient de dilatation thermique pour une meilleure stabilité dimensionnelle. Cependant, la résistance aux chocs diminue avec l'augmentation de la teneur en fibres de verre. Tableau 2-1 (insérer le tableau des propriétés de l'ABS renforcé ici) résume les performances de l'ABS renforcé de fibres de verre.

ABS ignifugé

L'ABS est inflammable par nature, mais il est possible de produire de l'ABS ignifugé en incorporant des retardateurs de flamme organiques de faible poids moléculaire et des synergistes. Cette variante est idéale pour les applications électroniques et électriques nécessitant une résistance à la flamme et une bonne résistance mécanique, telles que les bo?tiers de télévision et les rad?mes.

ABS transparent

L'ABS standard est opaque, mais l'ABS transparent peut être obtenu en incorporant du méthacrylate de méthyle aux composants acrylonitrile, butadiène et styrène par copolymérisation par greffage. L'ABS transparent offre une grande transparence, une excellente résistance aux solvants et une forte résistance aux chocs.

Résine ASA

La résine ASA (acrylonitrile-styrène-acrylate) est un copolymère ternaire obtenu par greffage d'acrylonitrile et de styrène sur du caoutchouc acrylique. également connue sous le nom de résine AAS, l'ASA excelle dans la résistance aux intempéries, la résistance aux chocs, la stabilité thermique et la résistance chimique. Elle est largement utilisée dans les composants automobiles tels que les panneaux de carrosserie, les réservoirs de carburant, les grilles de radiateur et les couvercles de feux arrière. Le tableau énumère les performances de la résine ASA.

Résine ACS

La résine ACS (acrylonitrile-polyéthylène-styrène chloré) est un copolymère ternaire formé par greffage d'acrylonitrile et de styrène sur du polyéthylène hydrogéné. Elle offre une excellente résistance aux intempéries et aux flammes. Le tableau énumère les détails des performances de la résine ACS.

Résine MBS

La résine MBS (méthacrylate de méthyle-butadiène-styrène) est un copolymère greffé de méthacrylate de méthyle, de butadiène et de styrène. Le remplacement de l'acrylonitrile par le méthacrylate de méthyle permet d'obtenir un matériau transparent dont la transmission de la lumière peut atteindre 90%. Le MBS conserve une bonne résistance aux chocs et une bonne ténacité à -40°C, ainsi qu'une bonne résistance aux acides inorganiques, aux alcalis, aux sels et aux huiles, bien qu'il soit moins résistant aux cétones, aux hydrocarbures aromatiques, aux hydrocarbures aliphatiques et aux hydrocarbures chlorés. Le tableau résume les performances de la résine MBS de Shanghai Pen Chemical Factory.

Propriétés de transformation et technologie des plastiques ABS

Propriétés d'écoulement

La résine ABS a un taux de fluidité à l'état fondu (MFR) généralement compris entre 0,02 et 1 g/min (200°C, 5 kg), certains grades se situant en dehors de cette plage. Un MFR plus élevé indique une meilleure fluidité. L'ABS dont le MFR est inférieur à 0,1 g/min convient à l'extrusion, tandis qu'un MFR supérieur à 0,1 g/min est idéal pour le moulage par injection. En tant que fluide pseudoplastique, l'ABS présente un comportement d'amincissement par cisaillement, ce qui permet d'ajuster la viscosité par le biais du taux de cisaillement. Pour obtenir une qualité de produit constante, il convient d'utiliser des taux de cisaillement où la viscosité est moins sensible aux fluctuations. L'ABS a une viscosité à l'état fondu modérée - moins fluide que le polyamide mais plus que le polycarbonate - avec une vitesse de refroidissement et de solidification relativement rapide.

Propriétés thermiques

En tant que polymère amorphe, l'ABS n'a pas de point de fusion distinct, avec une température de transition vitreuse (Tg) d'environ 115°C. Les températures de transformation doivent être supérieures à ce point, et généralement inférieures à 250°C pour éviter la décomposition, qui se produit au-dessus de 260°C et libère des substances volatiles toxiques. Les températures de traitement recommandées sont les suivantes

• Moulage par injection: 160-230°C
• Extrusion: 160-195°C
• Moulage par soufflage: 200-240°C
• Formage sous vide: 140-180°C

La plage de température entre la température d'écoulement et la température de décomposition détermine la facilité de transformation. La température de fusion relativement basse de l'ABS (160-190°C) et sa large fenêtre de traitement le rendent facile à mettre en ?uvre. Toutefois, les températures de transformation élevées nécessitent des temps de séjour plus courts pour éviter les réactions chimiques. L'ajout de stabilisateurs thermiques permet d'élargir la fenêtre de transformation et d'allonger les temps de séjour admissibles. En raison de sa mauvaise stabilité thermique, il convient de réduire le temps de séjour et de nettoyer le f?t de la machine après le traitement.

Caractéristiques de séchage

Les groupes cyano polaires de l'ABS entra?nent une absorption d'eau plus élevée (0,3%-0,8%, moins de 1%) que le polystyrène, mais moins que le polyamide. Le pré-séchage est essentiel avant le traitement pour réduire la teneur en humidité en dessous de 0,1%. Sécher à environ 80°C pendant 2 à 4 heures, en utilisant des méthodes telles que le séchage par circulation d'air (70-80°C, 4+ heures) ou le séchage en étuve conventionnelle (80-100°C, 2 heures, épaisseur de la couche de granulés <50 mm).

Moulage par injection

L'ABS est généralement traité à l'aide d'un système à vis moulage par injection avec une vis à tête unique, équidistante, graduelle et à filetage intégral (rapport longueur/diamètre de 20, taux de compression de 2,0-2,5). Les buses ouvertes ou allongées sont préférables aux buses autobloquantes pour éviter la réduction du débit ou la décoloration du matériau.

Les températures d'injection varient en fonction de la qualité :

• Grades à usage général et à fort impactTempérature d'utilisation : 200-260°C (inférieure pour éviter la décomposition)
• Résistance à la chaleur et grades de placageTempérature d'utilisation : 220-270°C (plus élevée pour un meilleur remplissage du moule ou une meilleure performance de placage)
• Qualités ignifuges: 190-240°C

Des pressions d'injection plus élevées sont nécessaires pour les pièces à parois minces, les longues voies d'écoulement, les petites vannes ou les qualités résistantes à la chaleur/retardatrices de flamme, tandis que des pressions plus faibles suffisent pour les pièces à parois épaisses avec de grandes vannes. Pour minimiser les contraintes internes, la pression de maintien ne doit pas être excessive. La température du moule est généralement de 50°C mais peut être portée à 70°C pour améliorer l'état de surface, réduire les lignes de soudure et minimiser la déformation. Le tableau énumère les conditions de traitement pour différentes qualités d'ABS.

Extrusion

L'extrusion de l'ABS utilise des extrudeuses monovis polyvalentes (rapport longueur/diamètre de 18-20, taux de compression de 2,5-3,0), avec des vis à compression graduelle ou abrupte. La viscosité modérée de la matière fondue élimine le besoin de refroidissement de la vis. L'extrusion permet de produire des profilés en ABS tels que des tuyaux, des barres et des feuilles. Le tableau énumère les conditions de traitement détaillées pour les tubes et les barres en ABS, respectivement.

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

Qu'est-ce que le laiton ?

Le laiton est l'un des alliages métalliques les plus utilisés dans l'industrie manufacturière. Composé essentiellement de cuivre et de zinc, ce métal est apprécié des designers pour sa facilité d'usinage, sa solide résistance à la corrosion et son aspect net et poli. Le laiton est obtenu par la fusion minutieuse du cuivre et du zinc dans un mélange adéquat, généralement 55-95% de cuivre et 5-45% de zinc, en fonction des propriétés recherchées. Le processus de fabrication du laiton commence par la fusion du cuivre dans un four à environ 1 050 °C jusqu'à ce qu'il soit fondu, puis par l'ajout du zinc, dont le point de fusion est beaucoup plus bas, à environ 420 °C. Les deux sont bien mélangés pour obtenir un mélange homogène de cuivre et de zinc. Les deux sont bien mélangés pour obtenir un mélange homogène, parfois avec une pincée de plomb ou d'étain pour ajouter des qualités telles que l'usinabilité ou la dureté. Une fois le mélange terminé, nous le coulons en lingots ou en billettes à l'aide de moules, nous le laissons refroidir et nous le préparons pour le laminage, l'extrusion ou l'usinage.

Couleur du laiton

L'aspect jaune vif ou doré du laiton est à la fois esthétique et pratique.

Cette couleur est également déterminée par le rapport précis entre le cuivre et le zinc dans l'alliage, la teneur élevée en cuivre donnant une couleur rougeatre au laiton, et la teneur élevée en zinc une couleur plus pale, plus jaune argenté. Au cours de la fabrication, des procédés tels que le moulage, l'extrusion ou l'usinage exposent de nouvelles surfaces de l'alliage et mettent en évidence son éclat métallique intrinsèque. Un traitement de surface ultérieur, tel que le polissage ou le lustrage, l'éclaircit et assombrit sa couleur dorée.

Grades de laiton couramment utilisés pour l'usinage

Il existe plusieurs qualités de laiton utilisées dans l'usinage, les plus courantes étant C26000, C27400, C28000 et C36000, chacune ayant une composition et des propriétés différentes et étant bien adaptée à des applications d'usinage spécifiques.

Laiton C26000

Le C26000, ou laiton pour cartouches, contient environ 70% de cuivre et 30% de zinc et offre un excellent mélange de ductilité, de résistance à la corrosion et de solidité, en particulier dans les environnements humides. Sa formabilité le rend apte au travail à froid et à l'usinage de produits tels que les douilles de munitions, les noyaux de radiateurs automobiles et les garnitures de quincaillerie, bien que son usinabilité ne soit que moyenne comparée à celle du laiton au plomb.

Laiton C27400

Le C27400, ou laiton jaune, contient environ 63% de cuivre et 37% de zinc, avec une excellente usinabilité et une économie due à l'augmentation du pourcentage de zinc, ce qui réduit le co?t du matériau. Il convient aux raccords de plomberie, aux tubes et à la quincaillerie bon marché pour lesquels une solidité modérée et une résistance satisfaisante à la corrosion sont souhaitées.

Laiton C28000

Le C28000, également appelé métal Muntz, contient environ 60% de cuivre et 40% de zinc. Il offre une plus grande solidité et une meilleure résistance à la corrosion dans des conditions marines. Il présente une bonne usinabilité et est utilisé dans les panneaux architecturaux, la quincaillerie marine et les composants structurels nécessitant de la robustesse.

Laiton C36000

Le C36000 ou laiton de décolletage contient 61,5% de cuivre, 35,5% de zinc et 2-3% de plomb, ce qui améliore considérablement son usinabilité, raison pour laquelle il est utilisé dans l'usinage à grande vitesse. La présence de plomb nécessite une manipulation spéciale pour respecter les normes réglementaires. Le choix de la nuance à usiner sur CNC est un compromis entre la solidité, l'usinabilité, la résistance à la corrosion et les exigences spécifiques à l'application pour une performance et une économie optimales.

équivalents mondiaux des alliages de laiton

Le tableau suivant indique les équivalences pour les qualités de laiton les plus courantes :

Propriétés mécaniques des alliages de laiton

Les nuances standard C26000, C27400, C28000 et C36000 ont chacune une composition et des propriétés qui les rendent adaptées à des applications d'usinage spécifiques. Voici un examen approfondi de leurs propriétés mécaniques.

Résistance à la traction : 338 à 469 MPa

Les alliages de laiton typiques ont une résistance à la traction comprise entre 338 et 469 MPa, qui varie en fonction de l'état (par exemple, recuit ou mi-dur) et de la composition de l'alliage. Cela suggère que ces alliages résisteront à des forces de traction ou d'étirement significatives avant de se rompre. Dans les applications d'usinage où les composants sont exposés à des forces de traction intermittentes ou répétées, comme dans l'automobile ou les composants structurels, leur résistance à la traction garantit que les composants ne se briseront pas sous l'effet de la tension.

Limite d'élasticité : 120 à 350 MPa

La limite d'élasticité des alliages de laiton standard varie de 120 à 350 MPa, en fonction de la trempe et de la composition de l'alliage. Il s'agit d'une mesure de la contrainte à laquelle le matériau commence à se déformer plastiquement, ce qui est essentiel pour les opérations d'usinage telles que le formage ou le cintrage. Dans le cas de composants tels que les tubes de radiateur, les attaches ou les raccords marins, où la conservation de la forme sous charge est de la plus haute importance, cette limite d'élasticité garantit que les pièces supportent la déformation, de sorte que les machinistes sont assurés d'atteindre des tolérances exigeantes et l'intégrité structurelle.

Module d'élasticité : 110 GPa

Le module d'élasticité des alliages de laiton standard est de 110 GPa, soit leur rigidité élastique. Il mesure le degré de résistance du matériau à la déformation sous l'effet de la force d'usinage, et convient donc parfaitement à l'usinage de pièces complexes telles que les connecteurs ou les tiges de vannes. Pour les applications de stabilité dimensionnelle, telles que l'usinage de précision de composants électriques ou de plomberie, le module garantit un retour élastique minimal, ce qui permet de maintenir des tolérances étroites lors de l'usinage.

Rapport de Poisson : 0,31

Les alliages de laiton typiques ont un coefficient de Poisson d'environ 0,31, ce qui illustre le rapport entre la déformation transversale et la déformation axiale du matériau. Ce rapport de décalage permet une déformation prévisible lors de l'usinage, et les alliages peuvent donc être utilisés pour fa?onner des formes complexes telles que de la quincaillerie décorative ou des raccords de précision. Lorsque la précision des dimensions est une préoccupation, comme dans le cas d'emboutissages complexes ou d'usinage à grande vitesse, ce rapport de Poisson garantit que le matériau se déforme de manière uniforme, en évitant tous les types de distorsions inattendues.

élongation : 10% à 55%

L'allongement des alliages de laiton standard varie entre 10% et 55%, en fonction de l'état et de la teneur, ce qui détermine la ductilité. La capacité du matériau à s'étirer sans se rompre est très utile pour le formage à froid ou l'usinage de composants complexes tels que les tubes ou les raccords. Lorsque des niveaux extrêmes de formage sont requis, tels que les noyaux de radiateurs ou les pièces de plomberie, un allongement élevé permet d'obtenir des pièces qui ne se fissureront pas lors du formage, ce qui confère aux machinistes souplesse et fiabilité dans la fabrication.

Dureté : 55 à 93 HRB

La dureté standard des alliages de laiton courants est comprise entre 55 et 93 HB (Rockwell B), ce qui reflète leur résistance aux outils de coupe. Cette plage permet un usinage facile sans sacrifier la durabilité dans la quincaillerie décorative, les composants structurels ou les engrenages de précision. Dans les applications où l'état de surface et la durée de vie de l'outil sont critiques, comme l'usinage à grande vitesse, cette dureté permet aux outils de produire des coupes nettes grace à une usure contr?lée, avec une garantie de cohérence et d'efficacité des résultats de l'usinage.

Le tableau suivant présente les principales propriétés des alliages de laiton courants en Usinage CNC.

Le laiton se corrode-t-il ?

Oui, même si le laiton présente une excellente résistance à la corrosion, il se corrode dans certains environnements. Le laiton se corrode très lentement dans l'air et pratiquement pas dans l'eau douce propre, avec un taux typique de 0,0025 à 0,025 mm par an. Dans l'eau de mer, ce taux est légèrement plus élevé, de 0,0075 à 0,1 mm par an. Les fluorures présents dans l'eau ont un effet négligeable sur le laiton, mais les chlorures entra?nent une grave corrosion et les iodures des dommages importants. Le laiton est très sensible à la corrosion dans l'eau contenant des gaz tels que l'oxygène (O?), le dioxyde de carbone (CO?), le sulfure d'hydrogène (H?S), le dioxyde de soufre (SO?) et l'ammoniac (NH?). Le laiton est également sensible à la corrosion simple dans l'eau minérale, en particulier lorsqu'elle contient du sulfate de fer (Fe?(SO?)?). Le laiton est fortement corrodé par l'acide nitrique et l'acide chlorhydrique, mais se corrode lentement dans l'acide sulfurique. Le laiton résiste étonnamment bien à la corrosion dans les solutions d'hydroxyde de sodium (NaOH).

Applications en laiton

Les propriétés uniques du laiton permettent de l'utiliser dans un grand nombre d'industries.

Industrie de la construction : Le laiton est largement utilisé dans l'industrie de la construction pour les radiateurs, les robinets, les raccords de tuyauterie, les attaches et les composants de quincaillerie. Sa grande résistance à la corrosion et ses propriétés mécaniques en font un matériau incontournable pour les conduites d'eau et les systèmes de plomberie, offrant longévité et fiabilité dans des conditions humides.

Industrie électronique : La conductivité électrique élevée du laiton en fait un excellent matériau pour les appareils électroniques, les terminaux, les connecteurs et autres appareils électriques. Sa grande résistance mécanique en fait également un bon choix pour les connecteurs électroniques, dont il assure la fonctionnalité et la longévité.

Instruments de musique : Le laiton est largement utilisé dans la production d'instruments de musique tels que les trompettes et les tubas en raison de sa finition agréable et de ses caractéristiques acoustiques. En tant que matériau horloger, son usinabilité et son aspect en font un élément très apprécié pour la réalisation de pièces esthétiques et complexes qui mettent en valeur la forme et la fonction.

Secteur automobile et mécanique : Le laiton est utilisé pour fabriquer des composants mécaniques de précision tels que des roulements, des engrenages et des ressorts, ainsi que certaines pièces automobiles. Son usinabilité permet de fabriquer des pièces de haute précision qui résistent aux contraintes mécaniques dans des applications sévères.

Aérospatiale et défense : Le laiton est utilisé pour fabriquer des pièces de précision destinées aux machines aérospatiales et à certaines applications de l'industrie de la défense. Sa résistance à la corrosion et ses caractéristiques mécaniques garantissent des performances dans les applications où la durabilité et la précision sont les plus importantes.

Industrie de l'énergie : Le laiton est largement utilisé dans la production d'énergie, en particulier dans les condenseurs des centrales thermiques et les réchauffeurs solaires, ainsi que dans les équipements des usines pétrochimiques tels que les cuves, les pipelines et les échangeurs de chaleur. Son excellente conductivité thermique et sa résistance aux environnements difficiles font du laiton un choix fiable pour les applications énergétiques.

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Prix actuel du titane par livre

Alliages de titane commerciaux sont principalement classés en deux catégories : le titane commercialement pur et les alliages de titane, qui sont classés en plusieurs qualités en fonction de leur teneur en oxygène, de leurs éléments d'alliage et de leurs propriétés, et qui sont utilisés dans différentes industries. Les principaux types d'alliages de titane commercial et les prix unitaires ($/lb) sont présentés ci-dessous, sur la base des données les plus récentes du marché :

Titane commercialement pur

Première année: Plus faible teneur en oxygène, excellente ductilité et résistance à la corrosion, convient pour l'emboutissage et le moulage, les équipements chimiques (par exemple, les échangeurs de chaleur) et les implants médicaux (par exemple, les stents dentaires). Le prix du titane de grade 1 par livre est d'environ $6.00-$9.00/lb, c'est le moins cher et il convient aux applications civiles à grande échelle en raison de l'absence d'éléments d'alliage et de la facilité de traitement.

Niveau 2: Il est largement utilisé dans l'industrie chimique (réacteurs), l'ingénierie marine (équipement de désalinisation) et l'industrie médicale (appareils orthopédiques). Le prix du titane de grade 2 par livre est d'environ $6.50-$10.00/lb, il est très demandé et représente 40% du marché du titane pur.

Niveau 3: Résistance moyenne, convient pour les récipients sous pression et les composants de travail à froid tels que les réservoirs et les systèmes de tuyauterie. Le prix à la livre du titane de grade 3 est d'environ $7.00-$11.00/lb, légèrement plus élevé que celui du grade 2 en raison des exigences de résistance plus élevées.

Grade 4: Très résistant, il est utilisé dans les composants aérospatiaux (par exemple, les fixations), l'ingénierie médicale (implants à haute résistance) et les environnements à haute température. Le prix à la livre du titane grade 4 est d'environ $8.00-$12.00/lb, près de la limite inférieure de la gamme d'alliages, avec une demande croissante dans l'aérospatiale qui tire les prix vers le haut.

Alliages de titane

Ti-6Al-4V (grade 5): Alliage alpha+bêta couramment utilisé, contenant 6% d'aluminium et 4% de vanadium, représentant plus de 50% du marché des alliages de titane, largement utilisé dans l'aérospatiale (fuselage d'avion, pales de moteur, comme le Boeing 787), la médecine (implants orthopédiques) et l'armée (plaques de blindage) en raison de sa grande solidité, de sa résistance à la corrosion et de sa biocompatibilité. Le prix du titane de grade 5 par livre est d'environ $10.00-$30.00/lb, les hautes performances et les traitements complexes (par exemple, la fusion sous vide) faisant grimper le co?t, et les produits de qualité aérospatiale et de haute précision atteignant $40-$60/lb.

Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo: Alliage α+β de haute performance avec une excellente résistance aux températures élevées pour les moteurs aéronautiques (par exemple les pales de turbines) et les composants structurels à haute température. Le prix par livre de l'alliage de titane α+β est d'environ $15.00-$22.00/lb et est plus élevé que le grade 5 en raison des éléments d'alliage spéciaux et des exigences de traitement à haute température.

Ti-3Al-2,5V (grade 9)) : Résistance moyenne, bonne soudabilité et résistance à la corrosion pour une utilisation dans les conduites hydrauliques de l'aérospatiale, les équipements sportifs (par exemple, les clubs de golf) et les cadres de bicyclettes. Le prix du titane de grade 9 est d'environ $9.00-$15.00/lb, son prix est modéré et il se développe dans les applications du marché civil.

Alliages de titane bêta (par exemple, Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn): Haute résistance, fa?onnable à froid, utilisé dans les fixations aérospatiales, les orthèses médicales et les montures de lunettes haut de gamme. Le prix du titane Beta par livre est d'environ $12.00-$25.00/lb. La résistance élevée et la difficulté d'usinage en font un produit onéreux.

Facteurs influen?ant le prix du titane

Le titane est un métal résistant à la corrosion, largement utilisé dans l'aérospatiale, la médecine et d'autres industries. Les prix sont influencés par divers facteurs, notamment l'offre et la demande, le co?t des matières premières, la technologie de production, l'environnement macroéconomique, les facteurs géopolitiques et les matériaux de substitution. Ces facteurs sont énumérés ci-dessous.

Dynamique de l'offre et de la demande

L'équilibre entre l'offre et la demande de titane est le principal facteur de prix. Lorsque la demande augmente (par exemple, en raison de l'accroissement des commandes dans le secteur aérospatial) et que l'offre est limitée, les prix grimpent. à l'inverse, une demande faible ou une offre excédentaire entra?ne une baisse des prix. Le secteur aérospatial représente environ 40% de la demande mondiale de titane, les importantes commandes de Boeing et d'Airbus ayant un impact significatif sur le marché. Du c?té de l'offre, le titane provient principalement de l'ilménite et du rutile. Les contraintes liées à la capacité d'extraction et de traitement des minerais ont un impact sur la stabilité de l'offre. Par exemple, en 2022, un effondrement de la demande d? à une pandémie a entra?né une chute des prix du minerai de titane à Panzhihua, en Chine.

Co?t des matières premières

La production de titane dépend de l'ilménite, du rutile et d'autres minerais, les fluctuations des prix des matières premières affectant directement les co?ts de production. Les principaux producteurs d'ilménite, comme l'Australie et l'Afrique du Sud, peuvent voir leurs prix augmenter si l'approvisionnement est perturbé par les conditions météorologiques, la politique ou la logistique. En 2022, le marché mondial du minerai de titane a été touché par la pandémie et une logistique déficiente, ce qui a entra?né une baisse de la demande en aval et une chute des prix du minerai. Toutefois, les prix peuvent rapidement remonter en cas d'offre restreinte. En outre, la production de titane est une activité à forte intensité énergétique, qui nécessite beaucoup d'électricité et de gaz naturel. En 2023, la hausse des co?ts de l'énergie a entra?né une augmentation des prix des produits à base de dioxyde de titane.

Technologie de production et co?t du processus

Le titane est principalement produit selon le procédé Kroll, qui est complexe et gourmand en énergie, ce qui entra?ne des co?ts élevés. Les avancées technologiques, telles qu'un raffinage ou un recyclage efficaces, peuvent réduire les co?ts et les prix. Toutefois, la R&D et la mise en ?uvre de nouvelles technologies nécessitent des capitaux importants, ce qui rend difficile la modification de la structure des prix à court terme. Par exemple, Xinpu Titanium Metal Materials Co. Ltd. recycle et traite 30 000 tonnes de lingots de titane par an, mais les co?ts élevés de maintenance des équipements et de traitement limitent encore les réductions de prix.

Environnement macroéconomique

Les prix du titane sont étroitement liés à l'économie mondiale. En période d'essor économique, l'augmentation de la demande dans l'industrie et les infrastructures entra?ne une hausse de la consommation et des prix du titane. La taille du marché mondial du titane métal était de 35,525 milliards de yuans en 2024 et devrait atteindre 52,379 milliards de yuans d'ici 2029, avec un TCAC d'environ 6,7%. Cela reflète l'augmentation de la demande due à la reprise économique. à l'inverse, la pandémie de 2020 a provoqué une forte baisse de la demande aérospatiale et une baisse des prix du titane. En 2024, le ralentissement économique de la Chine a entra?né une baisse record des prix de l'éponge de titane, démontrant l'impact direct de la macroéconomie sur la demande. Les fluctuations des taux de change affectent également les prix ; un dollar américain fort peut réduire la demande dans les régions où le dollar n'est pas présent, ce qui fait indirectement baisser les prix.

Géopolitique et politique commerciale

Les événements géopolitiques et les politiques commerciales influencent considérablement les prix du titane. Les principaux producteurs comme la Chine, la Russie, l'Australie et les états-Unis peuvent être confrontés à des pénuries d'approvisionnement et à des hausses de prix en raison de différends commerciaux ou de restrictions à l'exportation. Par exemple, un changement dans la politique tarifaire des états-Unis sur les poudres chinoises à base de titane en 2025 a entra?né un TCAC prévu de 15,61% pour la taille du marché chinois de $2,981 milliards en 2024. Les restrictions potentielles à l'exportation imposées par la Russie en raison de conflits géopolitiques pourraient entra?ner des contraintes d'approvisionnement et des augmentations de prix au niveau mondial. Les droits de douane et les mesures antidumping peuvent également augmenter les co?ts d'importation et affecter indirectement les prix.

Matériaux alternatifs et avancées technologiques

Le co?t élevé du titane a incité l'industrie à rechercher des alternatives telles que les alliages d'aluminium ou les composites à base de fibres de carbone. Si ces alternatives offrent des performances similaires à celles du titane à un co?t inférieur, la demande de titane pourrait diminuer, ce qui entra?nerait une baisse des prix. Les composites à base de fibres de carbone ont partiellement remplacé le titane dans les applications aérospatiales. Toutefois, les propriétés uniques du titane dans les domaines de la médecine et de la fabrication haut de gamme le rendent irrempla?able dans ces secteurs. Le marché mondial des alliages de titane a atteint 6,5 milliards en 2023 et devrait atteindre 10,3 milliards d'ici 2029, avec un TCAC de 6,3%, ce qui indique une demande de titane résistante malgré l'effet modérateur des matériaux alternatifs.

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Cet article vous donnera un aper?u des propriétés de l'acier inoxydable 304. Cet article vous fournira une fa?on structurée de penser à ces propriétés afin que vous puissiez facilement comprendre les aspects essentiels de l'acier inoxydable 304. Après le pli, nous aborderons brièvement la composition, les propriétés physiques et les propriétés mécaniques.

Qu'est-ce que l'acier inoxydable 304 ?

L'acier inoxydable 304 est défini par la norme ASTM A240/A240M qui couvre les aciers inoxydables austénitiques renforcés par une solution solide de carbone ordinaire avec une résistance modérée à élevée, généralement utilisés dans les récipients sous pression à des températures supérieures à 260 °C (500 °F). L'acier inoxydable 304 est également connu sous le nom de "Acier inoxydable 18-8"car il contient généralement 18% de chrome et 8% de nickel en masse.

L'acier inoxydable 304 est l'un des aciers inoxydables austénitiques les plus couramment utilisés. Il présente une excellente résistance à la corrosion, une bonne aptitude au formage et d'excellentes propriétés mécaniques à des températures élevées. à l'état recuit, l'acier inoxydable 304 est non magnétique.

Composition de l'acier 304

La composition chimique de l'acier inoxydable 304 est contr?lée pour fournir des propriétés allant de bonnes à supérieures en termes de résistance à la corrosion et de solidité. Voici la composition de base de l'acier inoxydable 304 selon la norme ASTM.

Impact de la composition sur les propriétés :

• Résistance à la corrosion : La teneur élevée en chrome (18-20%) permet le développement d'un film d'oxyde de chrome autoréparateur qui passive l'acier dans une large gamme d'environnements oxydants, y compris les acides et la corrosion atmosphérique.
• Structure austénitique : La teneur en nickel (8-10.5%) stabilise la phase austénitique cubique à faces centrées (FCC). Cela permet à l'acier inoxydable 304 d'être non magnétique et d'offrir une bonne ductilité, même à des températures cryogéniques.
• Soudabilité et résistance : La faible teneur en carbone (≤0,08%) minimise la formation de carbures de chrome et la corrosion localisée associée dans la zone affectée thermiquement de la zone soudée.

Propriétés de l'acier inoxydable 304

La compréhension managériale des caractéristiques physiques et mécaniques reste vitale pour l'examen des propriétés de l'acier inoxydable 304. Cette partie explore les caractéristiques individuelles qui déterminent les performances de l'acier inoxydable 304 ainsi que son domaine d'application.

L'acier inoxydable 304 est-il magnétique ?

La question du magnétisme est souvent une source de perplexité pour les personnes qui s'intéressent à l'acier inoxydable 304. à l'état traité thermiquement, l'acier inoxydable 304 ne présente aucune propriété magnétique. Le travail à froid par des procédés tels que le laminage, le pliage et le formage introduit le magnétisme car il convertit une partie de l'austénite en une phase magnétique connue sous le nom de martensite. Des niveaux plus élevés de travail à froid conduisent à une transformation amplifiée du matériau.

Densité

La mesure de la densité de l'acier inoxydable 304 indique une valeur de 7,93 g/cm3. La valeur de la densité des aciers inoxydables austénitiques correspond à ce niveau spécifique qui détermine leurs propriétés de masse ainsi que leur résistance structurelle.

Conductivité thermique

à 20 °C, la conductivité thermique de l'acier inoxydable 304 est de 16,2 W/(m-K). L'acier inoxydable 304 convient parfaitement aux applications nécessitant un transfert de chaleur efficace en raison de ses propriétés de conductivité thermique dans les échangeurs de chaleur et les composants de chaudières.

Résistance à la traction

La résistance ultime à la traction (UTS) de l'acier inoxydable 304 atteint des valeurs d'au moins 515 MPa. Le matériau subit une contrainte maximale jusqu'à ce point avant de se rompre. La résistance élevée à la traction permet à l'acier inoxydable 304 de supporter de lourdes charges avant de se rompre, ce qui le rend idéal pour la conception de structures.

Limite d'élasticité

La limite d'élasticité minimale de l'acier inoxydable 304 est de 205 MPa. Le matériau commence à présenter une déformation permanente lorsqu'il est soumis à ce niveau de contrainte spécifique. Après avoir dépassé ce seuil, le matériau reste déformé de manière permanente lorsque la force extérieure est relachée. Les concepteurs utilisent la limite d'élasticité comme un facteur essentiel pour empêcher les pièces de se déformer lorsqu'elles sont exposées à des forces opérationnelles.

élongation

La valeur d'allongement de l'acier inoxydable 304 atteint 70% lorsqu'elle est mesurée sur une longueur de 50 mm (2 pouces). Ce matériau fait preuve d'une ductilité exceptionnelle grace à son pourcentage d'allongement élevé qui permet une déformation avant la rupture. Les applications qui nécessitent une déformation du matériau par des méthodes de formage, de pliage ou d'étirement réussissent grace aux propriétés de ductilité du matériau.

Dureté

La mesure de la dureté de l'acier inoxydable 304 par l'essai de dureté Brinell (HB) montre des valeurs qui ne dépassent pas 187. Le matériau présente le double avantage d'une protection contre l'usure et d'une malléabilité. L'acier inoxydable 304 conserve une dureté appropriée qui convient à de nombreux usages généraux pour lesquels une résistance modérée à l'usure est nécessaire.

Module d'élasticité

Le module d'Young élastique de l'acier inoxydable 304 se situe entre 193 GPa et 200 GPa. Le matériau présente une grande rigidité élastique ainsi qu'une résistance à la déformation élastique en raison de la valeur élevée de son module. L'application d'une charge permet à l'acier inoxydable 304 d'obtenir des structures stables en conservant sa forme.

Module de cisaillement

Le module de cisaillement (module de rigidité) de l'acier inoxydable 304 s'élève à 86 GPa. La résistance des matériaux mesurée par le module de cisaillement est obtenue par l'application parallèle d'une contrainte de cisaillement qui permet aux couches de matériaux de glisser l'une par rapport à l'autre. L'excellente résistance à la torsion de l'acier inoxydable 304 provient de son module de cisaillement élevé qui permet aux constructeurs de créer des structures solides et rigides utilisées pour les arbres, les fixations et les applications de tuyauterie.

Résistance aux chocs

L'évaluation de l'impact Charpy montre que l'acier inoxydable 304 obtient d'excellents résultats pour la détermination des propriétés de résistance à l'impact. Ce matériau absorbe bien l'énergie lors d'un impact brutal afin d'éviter tout dommage. Le maintien d'une bonne résistance aux chocs dans les applications devient essentiel car la fiabilité opérationnelle peut être atteinte lorsque des protocoles de sécurité sont mis en ?uvre.

En conclusion, les applications industrielles adoptent l'acier inoxydable 304 car ce matériau présente des caractéristiques physiques fiables ainsi que des propriétés mécaniques supérieures. Le matériau est largement utilisé dans les travaux de construction, l'ingénierie automobile, les applications agroalimentaires et la production d'équipements médicaux parce qu'il présente un non-magnétisme à l'état recuit ainsi que d'excellentes propriétés de substrats mécaniques, de ductilité et de résistance aux chocs. Les propriétés précises servent de base pour déterminer les applications appropriées de l'acier inoxydable 304 et prolonger sa durée de vie opérationnelle.

L'acier inoxydable 304 rouille-t-il ?

Parmi les mécanismes de résistance à la corrosion, la couche active provient de l'acier inoxydable 304, car le chrome favorise la formation en surface de ce film d'oxyde protecteur. Le film protecteur de surface crée un bouclier qui sépare le métal de l'oxygène nocif, de l'humidité et des substances acides. Les propriétés de l'acier inoxydable 304 ne permettent pas de prévenir tous les types de corrosion dans des conditions environnementales particulières.

Mécanismes de corrosion

• Formation d'une couche passive : Une teneur en chrome supérieure ou égale à 18% dans les nuances 304 génère une couche d'oxyde adhérente par réaction à l'oxygène qui se maintient après endommagement de la surface.
• Corrosion par piq?res : Les fortes concentrations de chlorure présentes dans l'eau de mer détruisent la surface de la couche passive, ce qui entra?ne une corrosion par piq?res localisée. Le risque de corrosion par piq?res augmente lorsque les niveaux de chlorure sont élevés, que la température est élevée et que la zone est mal ventilée.
• Corrosion par crevasses : Les espaces étanches tels que les interstices dans les fixations empêchent les agents corrosifs de s'échapper, ce qui accélère la dégradation localisée de la couche passive.

état de la rouille

• Environnements à forte teneur en chlorure : La corrosion par piq?res se produit dans des environnements où les niveaux de chlorure sont supérieurs à 35 ppm, tels que l'exposition à l'eau de mer et aux embruns salins, ainsi qu'aux sels de dévergla?age.
• Décroissance de la soudure : La dégradation des soudures se produit lorsque la chaleur de soudage entra?ne la précipitation de carbure de chrome dans la zone affectée thermiquement, ce qui provoque un appauvrissement de la couche passive et une faiblesse du matériau.
• Dommages mécaniques : Le métal nu devient accessible lorsqu'un nettoyage inadéquat, des rayures de surface ou des abrasions mécaniques se produisent et permettent à la corrosion de commencer.

Grades équivalents d'acier inoxydable 304

Acier inoxydable 304 vs 304L

La principale différence entre les qualités 304 et 304L est due à la teneur en carbone, car cette variation contr?le les propriétés mécaniques ainsi que les caractéristiques de résistance à la corrosion de l'acier inoxydable 304.

Différences de composition

• 304: Teneur en carbone ≤0,08% (max).
• 304L : Teneur en carbone ≤0,03% (max).

Résistance à la corrosion

La soudabilité de l'acier inoxydable 304L s'améliore car la faible teneur en carbone empêche les zones affectées par la chaleur de la soudure de développer des carbures de chrome et prévient ainsi la corrosion intergranulaire dans les environnements contenant du chlorure.

Un recuit thermique post-soudure doit être systématiquement effectué sur l'acier 304 pour empêcher la corrosion intergranulaire de se produire.

Résistance mécanique

La résistance à la traction de l'acier 304 atteint son point le plus élevé dans la plage de température de 800°F et 427°C parce qu'il contient 0,04 à 0,10 pour cent de carbone.

A température ambiante, la limite d'élasticité de 304L montre une réduction mineure par rapport à 304, mais les deux grades ont des propriétés de résistance de base similaires.

Soudabilité

Les constructions soudées situées dans des environnements corrosifs doivent utiliser la nuance d'acier 304L, car ce matériau présente une excellente protection contre la corrosion intergranulaire.

Les structures soudées non critiques fabriquées en 304 bénéficient d'une bonne soudabilité après que le recuit post-soudure soit devenu possible.

Applications

304: Ce matériau est utilisé à des fins industrielles, notamment pour les équipements alimentaires et les ustensiles de cuisine, ainsi que pour les matériaux de construction et les composants structurels exposés à des zones de corrosion moyenne.

304L : Le matériau trouve sa place dans les sites nécessitant une résistance à la corrosion et des possibilités de soudage avancées dans les cuves sous pression, les échangeurs de chaleur et les systèmes d'équipements pharmaceutiques.

Les ingénieurs et les concepteurs choisissent les nuances d'acier inoxydable 304 appropriées en procédant à une analyse équilibrée des propriétés de résistance combinées aux caractéristiques mécaniques et aux exigences de co?t pour des situations particulières.

Applications de l'acier inoxydable 304

L'acier inoxydable 304 présente des propriétés exceptionnelles qui lui permettent de trouver de nombreuses applications industrielles grace à sa capacité à résister à la corrosion et à conserver sa forme, ainsi qu'à ses caractéristiques de résistance aux acides. Ce matériau convient à de multiples applications car il offre un service durable associé à des performances sanitaires et à des caractéristiques visuelles agréables.

Architecture et construction

• éléments structurels : Les garde-corps, balustrades et escaliers en acier inoxydable utilisent le matériau 304 parce qu'il offre une résistance aux intempéries et un aspect visuel attrayant.
• Bardage et fa?ades : Les facteurs environnementaux difficiles tels que le brouillard salin et la pollution n'affectent pas les murs rideaux et les systèmes de toiture grace aux excellentes propriétés de résistance à la corrosion de l'acier inoxydable 304.

Secteurs de la chimie et de l'énergie

• échangeurs de chaleur : Les échangeurs tubulaires et à plaques utilisés dans les installations pétrochimiques ont des propriétés de conductivité thermique qui leur permettent de résister à la formation de tartre.
• Réservoirs sous pression : Le stockage de produits chimiques corrosifs et de systèmes de gaz à haute pression nécessite un matériau à la fois ductile et résistant à la traction. C'est pourquoi les récipients sous pression sont spécifiés en 304.

Transport et automobile

• Systèmes d'échappement : Une combinaison de silencieux et de convertisseurs catalytiques pour les tuyaux d'échappement sont frappés par la corrosion par des températures de 870°C, 304 est la solution.
• Applications marines : Les fixations résistantes à l'eau de mer ou tout autre garde-corps ou équipement de navire, l'acier inoxydable 304 a la capacité de résister à la corrosion par les ions de chlorure.

Biens de consommation et d'équipement

• ustensiles de cuisine : Acier inoxydable 304 de qualité alimentaire répond aux normes de précipitation des métaux lourds spécifiées par l'ASTM et d'autres réglementations. Il peut être utilisé pour fabriquer des ustensiles de cuisine, des équipements de salle de bains, des meubles, etc.
• Art et design : La combinaison de l'acier inoxydable 304 se caractérise à la fois par une excellente maniabilité et un aspect agréable dans les installations de sculptures et les applications de signalisation et de construction architecturale.

Un tel aper?u organisé démontre que les propriétés de l'acier inoxydable 304 conduisent à des avantages de produit qui établissent son statut central dans les projets d'ingénierie.

Conclusion

Les propriétés de l'acier inoxydable 304 ont permis à ce type d'acier inoxydable d'être largement utilisé dans les industries, et les tuyaux en acier inoxydable 304, qui héritent des excellentes propriétés de l'acier inoxydable 304, ont également joui d'une grande popularité. Les propriétés de l'acier inoxydable 304 en font un choix économique pour les industries. Projets d'usinage CNC également.

Les bonnes propriétés de l'acier inoxydable 304 devraient s'étendre à l'avenir, car le développement des batiments écologiques et des énergies renouvelables ouvrira certainement de nouvelles applications pour l'acier inoxydable 304.

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