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.

ステンレス鋼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.

機(jī)械的特性

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.

電気的特性

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.

射出成形

Due to PEEK’s high melting point and melt viscosity compared to general engineering plastics, 射出成形 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.

エレクトロニクス

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

機(jī)械

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

航空宇宙

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.

醫(yī)療機(jī)器

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.

エネルギー

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

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

Modified and New PEEK Grades

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

Conductive PEEK

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

High-Strength PEEK

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

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

PEEK Alloys

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

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

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

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

Aluminum Alloys in Powertrains

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

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

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

Applications of aluminum in powertrain components include:

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

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

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

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

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

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

Figure 3: Aluminum Alloy Piston

Aluminum Alloy Wheels

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

Figure 4: Aluminum Alloy Wheel

Aluminum Alloy Body Solutions

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

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

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

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

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

Key elements of aluminum alloy monocoque body structures include:

• Load-bearing profiles
• Reinforcing panels
• Connecting elements

Figure 5: Sheet + Profile + Node Aluminum Alloy Body

Aluminum Alloy Body Examples

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

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

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

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

Figure 7: Audi Space Frame Body

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

Extruded Profiles

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

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

Aluminum Alloy Sheets

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

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

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

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

Body Examples

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

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What is density?

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

Density of Aluminum

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

How to Calculate Weight by the Aluminum Density?

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

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

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

Step 2: Calculate the volume of aluminum alloy

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

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

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

Step 3: Calculate the mass of aluminum alloy

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

What is the Density of Aluminum？最先出現(xiàn)在SogaWorks。

強(qiáng)さ

(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%

硬度

(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.

耐食性

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.

ソガワークスについて

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9 Mechanical Properties of Material and How to Measure Them最先出現(xiàn)在SogaWorks。

ABS樹脂とは?

ABS樹脂は、アクリロニトリル（A）、ブタジエン（B）、スチレン（S）からなる三元共重合體およびその変性物である。ABS樹脂から作られたプラスチックは、一般にABS樹脂と呼ばれる。この材料は、ポリアクリロニトリルの剛性、耐薬品性、耐熱性、ポリスチレンの加工性と美観、ポリブタジエンの耐衝撃性と低溫性能を兼ね備えている。

ABS樹脂は通常、淡黃色の顆粒または粉末狀である。無毒、無臭、軽量（密度1.04～1.07g/cm3）で、耐衝撃性、低溫性能、耐薬品性に優(yōu)れています。また、寸法安定性、高い表面光沢、塗裝や著色のしやすさも自慢です。しかし、ABSには引火性があり、熱変形溫度が比較的低く、耐候性に劣るという制限がある。

ABSの種類と性能

ABS樹脂は、特定の性能ニーズを満たすために、幅広い組成と構(gòu)造を調(diào)整することができる。

機(jī)械的特性

ABSの引張強(qiáng)さはグレードによって大きく異なり、通常33～52MPaです。ABSは、その卓越した衝撃強(qiáng)度で有名です。高衝撃性ABSグレードは、室溫で約400J/mのノッチ付きアイゾット衝撃強(qiáng)度を達(dá)成することができ、-40℃でも120J/m以上の値を保持します。これはABSの二相構(gòu)造によるもので、連続した樹脂相にゴム粒子が分散しています。このゴム粒子は衝撃エネルギーを吸収し、亀裂の伝播を防ぎ、靭性を高めます。

衝撃性能は、ゴム含有量、グラフト化度、粒子徑などの要因に依存する。ゴムの含有量が高いほど（通常25～40%）衝撃強(qiáng)度は著しく向上するが、ゴムが過剰になると引張強(qiáng)度や弾性率など他の機(jī)械的特性が低下する。

ABSはまた、優(yōu)れた耐クリープ性を示す。例えば、室溫で7.2MPaの圧力にさらされたABSパイプのサンプルは、2年半後でも寸法変化がほとんど見られない。自己潤滑性材料としては適さないが、ABSの優(yōu)れた寸法安定性により、耐摩耗性に優(yōu)れ、中負(fù)荷のベアリングに適している。

電気的特性

ABS樹脂は、溫度や濕度による影響を最小限に抑え、広い周波數(shù)範(fàn)囲にわたって信頼性の高い電気絶縁性を提供します。その電気的特性を表にまとめました。.

熱特性

1.82MPa荷重下でのABSの熱変形溫度（HDT）は約93℃であるが、アニールにより6～10℃上昇する。ABSはアモルファス構(gòu)造であるため、安定した応力-溫度特性を示し、荷重が0.45MPaに低下してもHDTは4～8℃上昇するだけである。耐熱ABSグレードは、約115℃のHDTを達(dá)成できる。ABSの脆性溫度は-7℃だが、-40℃でもかなりの強(qiáng)度を保つ。ABS製品は通常、-40℃～100℃の溫度範(fàn)囲で使用される。

ABSの線熱膨張係數(shù)は6.4×10-?/℃から11.0×10-?/℃で、熱可塑性プラスチックの中では比較的低い。しかし、ABSは他のエンジニアリング?プラスチックに比べて熱安定性が低く、260℃で分解し、有毒な揮発性化合物を放出する。また、引火性があり、自己消火性に欠ける。

化學(xué)的性質(zhì)

ABS樹脂は優(yōu)れた耐薬品性を示すが、その主な理由はニトリル基によるもので、希酸、アルカリ、塩に対して耐性を持つ。しかし、ケトン、アルデヒド、エステル、塩素化炭化水素には溶ける。エタノールなどのアルコール類にはほとんど溶けないが、メタノールには數(shù)時(shí)間で軟化する。炭化水素系溶剤に長時(shí)間接觸すると膨潤することがある。応力がかかると、ABSは酢酸や植物油などの化學(xué)物質(zhì)による応力割れを起こしやすくなります。 表1-4 (プレースホルダ：ここに耐薬品性表を挿入)は、様々な化學(xué)薬品に長時(shí)間さらされた後の質(zhì)量と外観の変化について詳述している。

変性ABS樹脂の種類

ABSには多くの利點(diǎn)があるにもかかわらず、強(qiáng)度不足、熱たわみ溫度の低さ、耐候性の低さ、自己消火性の欠如、不透明性など、エンジニアリングプラスチックとしての限界がある。これらに対処するため、強(qiáng)化ABS、難燃ABS、透明ABS、ASA、ACS、MBS樹脂など、いくつかの改良ABSが開発されてきた。

強(qiáng)化ABS

20～40%（質(zhì)量比）のガラス繊維を添加すると、ABSの引張強(qiáng)さ、曲げ強(qiáng)さ、弾性率が著しく向上し、同時(shí)にHDTが増加し、熱膨張係數(shù)が減少して寸法安定性が向上する。しかし、衝撃強(qiáng)度はガラス繊維の含有率が高くなるにつれて低下する。 表2-1 (プレースホルダー：ここに強(qiáng)化ABSの特性表を挿入)は、ガラス繊維強(qiáng)化ABSの性能をまとめたものである。

難燃性ABS

ABSは本來可燃性であるが、低分子量の有機(jī)難燃剤と相乗剤を配合することで、難燃性ABSを製造することができる。このABS樹脂は、テレビハウジングやレドームなど、難燃性と優(yōu)れた機(jī)械的強(qiáng)度を必要とする電子?電気機(jī)器用途に最適です。

透明ABS

標(biāo)準(zhǔn)的なABSは不透明だが、グラフト共重合によってアクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの各成分にメタクリル酸メチルを組み込むことで、透明なABSを?qū)g現(xiàn)できる。透明ABSは透明度が高く、耐溶剤性に優(yōu)れ、衝撃強(qiáng)度が強(qiáng)い。

ASA樹脂

ASA（アクリロニトリル-スチレン-アクリレート）樹脂は、アクリルゴムにアクリロニトリルとスチレンをグラフト重合した三元共重合體です。AAS樹脂とも呼ばれ、耐候性、耐衝撃性、熱安定性、耐薬品性に優(yōu)れています。ボディパネル、燃料タンク、ラジエーターグリル、テールランプカバーなどの自動(dòng)車部品に広く使用されている。表 はASA樹脂の性能を示しています。

ACS樹脂

ACS（アクリロニトリル-塩素化ポリエチレン-スチレン）樹脂は、水添ポリエチレンにアクリロニトリルとスチレンをグラフト重合した三元共重合體である。優(yōu)れた耐候性と難燃性を持つ。表はACS樹脂の性能の詳細(xì)です。

MBS樹脂

MBS（メチルメタクリレート-ブタジエン-スチレン）樹脂は、メチルメタクリレート、ブタジエン、スチレンのグラフト共重合體です。アクリロニトリルをメチルメタクリレートに置き換えると、最大90%の光線透過率を持つ透明な材料が得られる。MBSは、無機(jī)酸、アルカリ、塩、油に対する耐性とともに、-40℃でも優(yōu)れた衝撃強(qiáng)度と靭性を保持しますが、ケトン、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、塩素化炭化水素に対する耐性は劣ります。表 は、上海ペンケミカル工場のMBS樹脂の性能をまとめたものである。

ABS樹脂の加工特性と技術(shù)

フロー特性

ABS樹脂のメルトフローレート（MFR）は、通常0.02～1g/分（200℃、5kg）であるが、この範(fàn)囲外のグレードもある。MFRが高いほど流動(dòng)性が良いことを示す。MFRが0.1g/分以下のABSは押出成形に適しており、0.1g/分以上のものは射出成形に最適である。疑似塑性流體であるABSは、せん斷減粘挙動(dòng)を示すため、せん斷速度による粘度調(diào)整が可能です。安定した製品品質(zhì)を得るためには、粘度変動(dòng)の影響を受けにくいせん斷速度で操作する必要があります。ABSの溶融粘度は中程度で、ポリアミドよりは流動(dòng)性が低いですが、ポリカーボネートよりは流動(dòng)性が高く、冷卻固化速度は比較的速いです。

熱特性

非晶性ポリマーであるABSには明確な融點(diǎn)がなく、ガラス転移溫度（Tg）は約115℃である。260℃を超えると分解が起こり、有毒な揮発性物質(zhì)を放出するため、加工溫度はこれを超えなければならず、通常は250℃以下に保たなければならない。推奨加工溫度は以下の通り：

• 射出成形:160-230°C
• 押出:160-195°C
• ブロー成形: 200-240°C
• 真空成形:140-180°C

流動(dòng)溫度と分解溫度の間の溫度範(fàn)囲が加工のしやすさを決定する。ABSの溶融溫度は比較的低く（160～190℃）、加工窓も広いため、加工は容易である。しかし、加工溫度が高いと、化學(xué)反応を防ぐために滯留時(shí)間を短くする必要がある。熱安定剤を添加することで、加工範(fàn)囲を広げ、滯留時(shí)間を延長することができます。熱安定性が低いため、滯留時(shí)間を最短にし、加工後は機(jī)械バレルを洗浄してください。

乾燥特性

ABSは極性シアノ基を持つため、ポリスチレンに比べ吸水率が高い（0.3%～0.8%、1%以下）が、ポリアミドよりは低い。含水率を0.1%以下にするためには、加工前の予備乾燥が不可欠である。循環(huán)式空気乾燥（70～80℃、4時(shí)間以上）や通常のオーブン乾燥（80～100℃、2時(shí)間、顆粒層の厚さ50mm以下）などの方法で、約80℃で2～4時(shí)間乾燥させる。

射出成形

ABSは通常、スクリュータイプで加工される。 射出成形 単一ヘッド、等距離、段階的、全ネジスクリュー（長さ対直徑比20、圧縮比2.0～2.5）の機(jī)械。流量の減少や材料の変色を避けるため、セルフロック式ノズルよりもオープンノズルや拡張ノズルが好ましい。

射出溫度はグレードによって異なる：

• 汎用グレードと高衝撃グレード200～260℃（分解を防ぐためそれ以下）
• 耐熱グレードとめっきグレード220-270°C (金型への充填やメッキの性能を向上させるため、より高い溫度)
• 難燃グレード:190-240°C

薄肉部品、長い流路、小さなゲート、耐熱?難燃グレードの場合は高い射出圧力が必要ですが、厚肉部品で大きなゲートの場合は低い圧力で十分です。內(nèi)部応力を最小限に抑えるため、保持圧力は過大にならないようにする。金型溫度は通常50℃であるが、表面仕上げの向上、ウェルドラインの減少、変形の最小化のために70℃まで上げることができる。表 は、さまざまなABS グレードの加工條件を示している。

押出

ABSの押出成形には、汎用の単軸スクリュー押出機(jī)（長さ対直徑比18～20、圧縮比2.5～3.0）が使用され、スクリューは段階的または急激な圧縮が可能である。適度な溶融粘度のため、スクリュー冷卻の必要がない。押出成形により、パイプ、ロッド、シートなどのABSプロファイルが製造されます。表 には、それぞれABSパイプとロッドの詳細(xì)な加工條件が記載されている。

ソガワークスについて

SogaWorksは、カスタムメカニカルパーツのためのオールインワンオンラインプラットフォームです。ラピッドプロトタイピング、少量テスト、大量生産のための柔軟な製造ソリューションを提供します。 ABS CNC加工3Dプリンティング、ウレタン鋳造、射出成形。SogaWorksは、AIを搭載した見積もりエンジンにより、5秒で見積もりを提出し、最適なキャパシティをマッチングし、すべてのステップを追跡することができます。これにより、納期が短縮され、製品の品質(zhì)が向上します。

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

ブラスとは？

真鍮は、主に銅と亜鉛からできており、加工が容易で、耐食性に優(yōu)れ、シャープで洗練された外観のため、デザイナーに好まれています。真鍮は、銅と亜鉛を慎重に溶かし、どのような特性を求めるかにもよりますが、通常55～95%の銅と5～45%の亜鉛を混ぜ合わせます。真鍮の製造工程は、まず銅を溶鉱爐で約1050℃まで溶かし、融點(diǎn)が約420℃と低い亜鉛を加えます。この2つをよく混ぜて均一な混合物にし、加工性や硬度などの品質(zhì)を高めるために鉛や錫を加えることもあります。すべてが混ざったら、金型を使ってインゴットやビレットに流し込んで冷やし、圧延、押し出し、機(jī)械加工ができる狀態(tài)にします。

真鍮の色

真鍮の明るい黃色から金のような外観は、美観の問題であると同時(shí)に実用性の問題でもある。

この色は、合金中の銅と亜鉛の正確な比率によっても決まり、銅の含有量が多いほど真鍮は赤みを帯び、亜鉛の含有量が多いほど淡い銀黃色になります。製造中、鋳造、押し出し、機(jī)械加工などの工程で合金の新しい表面が露出し、本來の金屬光沢が発揮されます。さらに研磨やバフ研磨などの表面処理を施すと、合金は明るくなり、黃金色が濃くなります。

機(jī)械加工に使用される一般的な黃銅の等級(jí)

機(jī)械加工に使用される一般的な黃銅の等級(jí)はいくつかあり、最も一般的な等級(jí)はC26000、C27400、C28000、C36000で、それぞれ異なる組成と特性を持ち、特定の機(jī)械加工用途に適しています。

真鍮 C26000

C26000、またはカートリッジ黃銅は、およそ70%の銅と30%の亜鉛を含み、延性、耐食性、強(qiáng)度、特に濕潤環(huán)境において優(yōu)れたブレンドを提供します。その加工性は有鉛黃銅と比較するとまずまずだが、冷間加工や機(jī)械加工が可能で、弾薬の薬莢、自動(dòng)車のラジエーター?コア、ハードウェア?トリムなどの製品に適している。

真鍮 C27400

C27400（黃銅）は、約63%の銅と37%の亜鉛を含み、加工性に優(yōu)れ、亜鉛の割合が多いため経済的で、材料費(fèi)を抑えることができる。適度な強(qiáng)度と十分な耐食性が求められる配管継手やチューブ、低価格の金物に適している。

真鍮 C28000

C28000はマンツ?メタルとも呼ばれ、銅含有量60%、亜鉛含有量40%程度で、海洋環(huán)境下での作業(yè)において、より高い強(qiáng)度と優(yōu)れた耐食性を発揮する。機(jī)械加工性が良く、建築用パネル、海洋金物、靭性が必要な構(gòu)造部品に使用される。

真鍮 C36000

C36000または快削黃銅は、銅61.5%、亜鉛35.5%、鉛2～3%を含み、被削性を著しく向上させるため、高速加工に使用される。鉛が含まれているため、規(guī)制基準(zhǔn)を遵守するために特別な取り扱いが必要となる。CNCで加工する材種の選択は、強(qiáng)度、加工性、耐食性、および最適な性能と経済性を?qū)g現(xiàn)するための用途固有の要件の妥協(xié)點(diǎn)である。

黃銅合金の世界同等品

次の表は、一般的な黃銅等級(jí)の等価物である：

黃銅合金の機(jī)械的性質(zhì)

標(biāo)準(zhǔn)鋼種C26000、C27400、C28000、およびC36000は、それぞれ特定の機(jī)械加工用途に適した組成と特性を持っています。以下は、それぞれの機(jī)械的特性について詳しく調(diào)べたものである。

引張強(qiáng)度：338～469MPa

典型的な黃銅合金の引張強(qiáng)さは338MPaから469MPaで、調(diào)質(zhì)（例えば焼きなましや半硬質(zhì)）や合金組成によって異なる。このことは、これらの合金が破斷する前に大きな引張力や伸張力に耐えることを示唆しています。自動(dòng)車部品や構(gòu)造部品のように、部品が斷続的または反復(fù)的な引張力に曝される機(jī)械加工用途では、その引張強(qiáng)度は、部品が引張で破損しないことを保証します。

降伏強(qiáng)度：120～350MPa

標(biāo)準(zhǔn)的な黃銅合金の降伏強(qiáng)度は、調(diào)質(zhì)および合金の組成によって120～350MPaの範(fàn)囲にある。これは、材料が塑性変形を始める応力の指標(biāo)であり、成形や曲げなどの機(jī)械加工に不可欠な考慮事項(xiàng)です。ラジエーター?チューブ、ファスナー、船舶用継手など、荷重下での形狀保持が最も重要な部品の場合、この降伏強(qiáng)度が部品の変形に耐えることを保証するため、機(jī)械加工技術(shù)者は厳しい公差と構(gòu)造的完全性を達(dá)成することが保証される。

弾性係數(shù)：110 GPa

標(biāo)準(zhǔn)的な黃銅合金の弾性係數(shù)は110GPaからで、弾性剛性です。この弾性率は、材料が加工力を受けても変形しにくい度合いを示すため、コネクターやバルブステムのような複雑な部品の加工に最適です。電気部品や配管部品の精密加工のような寸法安定性の高い用途では、弾性率はスプリングバックを最小限に抑え、機(jī)械加工で近い公差を保持する信頼性を提供します。

ポアソン比：0.31

典型的な黃銅合金のポアソン比は約0.31で、材料の軸方向のひずみに対する橫方向のひずみを示している。このオフセット比により、機(jī)械加工時(shí)の変形が予測可能となり、裝飾金具や精密金具のような複雑な形狀の成形に利用することができます。複雑なプレス加工や高速機(jī)械加工のように、寸法の精度が問題となる場合、このポアソン比は、材料が均等に変形することを保証し、あらゆる種類の予期せぬ歪みを回避します。

伸び10%?55%

標(biāo)準(zhǔn)的な黃銅合金の伸びは10%から55%の間で、調(diào)質(zhì)度と含有量によって異なり、延性を決定する。破斷することなく大きく伸びるため、冷間成形や、 チューブや継手のような複雑な部品の加工に便利であ る。ラジエーター?コアや配管部品など、極端 なレベルの成形が必要な場合、高伸び材は成形時(shí)に 割れない部品を提供し、機(jī)械加工技術(shù)者に柔軟 性と信頼性のある製造を可能にする。

硬度：55～93HRB

一般的な黃銅合金の標(biāo)準(zhǔn)硬度は55～93HB（ロックウェルB）で、切削工具耐性を反映しています。この範(fàn)囲は、裝飾金物、構(gòu)造部品、精密歯車などの耐久性を犠牲にすることなく、容易な加工性をサポートします。高速加工など、表面仕上げと工具壽命が重要な用途では、この硬度により、工具が摩耗を制御してきれいな切削を行うことができ、一貫性と効果的な加工結(jié)果が保証されます。

次の表は、一般的な黃銅合金の主な特性を示しています。 CNC加工.

真鍮は腐食するのか？

真鍮は耐食性に優(yōu)れていますが、環(huán)境によっては腐食します。真鍮の腐食速度は、空気中では非常に遅く、きれいな淡水ではほとんど腐食しません。海水ではわずかに高く、年間0.0075～0.1mmです。水中のフッ化物は黃銅にほとんど影響を與えないが、塩化物は深刻な腐食につながり、ヨウ化物は大きな損傷につながる。黃銅は、酸素（O?）、二酸化炭素（CO?）、硫化水素（H?S）、二酸化硫黃（SO?）、アンモニア（NH?）などのガスを含む水中では腐食の影響を強(qiáng)く受けやすい。真鍮はまた、ミネラルウォーター中、特に硫酸鉄（Fe?（SO?）?）が含まれている場合、単純な腐食に弱い。真鍮は、硝酸と塩酸では激しく腐食するが、硫酸ではゆっくりと腐食する。真鍮は、水酸化ナトリウム（NaOH）水溶液では驚くほど激しく腐食に抵抗する。

真鍮の用途

真鍮のユニークな特性は、様々な産業(yè)での使用を可能にしている。

建設(shè)業(yè)界： 真鍮は、ラジエーター、蛇口、管継手、ファスナー、ハードウェア部品など、建設(shè)業(yè)界で幅広く使用されています。耐食性と機(jī)械的特性が高いため、水道管や配管システムには避けて通れない素材であり、濕潤條件下でも長壽命と信頼性を提供します。

エレクトロニクス産業(yè)： 黃銅の高い電気伝導(dǎo)性は、電子機(jī)器、端子、コネクター、その他の電気機(jī)器に最適な材料です。また、機(jī)械的強(qiáng)度が高いため、電子コネクターにも適しており、長壽命とともに機(jī)能性を提供します。

楽器： 真鍮は、その美しい仕上げと特徴的な音響特性により、トランペットやチューバなどの楽器の製造に広く応用されている。時(shí)計(jì)製造の材料としては、その機(jī)械加工性と外観から、形と機(jī)能を向上させる見栄えの良い複雑な部品の要素として人気があります。

自動(dòng)車?機(jī)械部門 真鍮は、ベアリング、ギア、スプリングなどの精密機(jī)械部品や、特定の自動(dòng)車部品の製造に使用されています。その切削性は、過酷な用途での機(jī)械的ストレスに耐える高精度の部品製造を可能にします。

航空宇宙と防衛(wèi) 黃銅は、航空宇宙機(jī)械や一部の防衛(wèi)産業(yè)用の精密部品の製造に使用されています。その耐食性と強(qiáng)度特性は、耐久性と精度が最も重要な用途で保証された性能を保証します。

エネルギー産業(yè)： 黃銅は、発電、特に火力発電所のコンデンサーやソーラーヒーター、石油化學(xué)プラントの容器、パイプライン、熱交換器などで幅広く使用されています。その優(yōu)れた熱伝導(dǎo)性と過酷な環(huán)境に対する耐性により、黃銅はエネルギー用途で信頼できる選択肢となっています。

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現(xiàn)在のチタン価格

市販のチタン合金 チタンは主に商業(yè)純チタンとチタン合金の2種類に分類され、酸素含有量、合金元素、特性によっていくつかのグレードに分類され、様々な産業(yè)で使用されています。以下は最新の市場データに基づく主な商業(yè)用チタン合金の種類と単価（$/lb）である：

市販の純チタン

グレード1:酸素含有量が最も低く、延性と耐食性に優(yōu)れ、深絞り成形、化學(xué)裝置（熱交換器など）、醫(yī)療用インプラント（歯科用ステントなど）に適している。チタン等級(jí)1のポンドあたりの価格は約$6.00-$9.00/ポンドであり、合金元素がなく加工が容易なため、最も安価で大規(guī)模な民間用途に適しています。

グレード2:最も一般的に使用されている市販の純チタンで、優(yōu)れた強(qiáng)度と耐食性を兼ね備えており、化學(xué)工業(yè)（リアクター）、海洋工學(xué)（海水淡水化裝置）、醫(yī)療産業(yè)（整形外科用器具）に広く使用されています。チタングレード2の1ポンドあたりの価格は約$6.50-$10.00/ポンドで、需要が高く、純チタン市場の40%を占めています。

グレード3:中程度の強(qiáng)度で、圧力容器、タンクや配管システムなどの冷間加工部品に適しています。チタン等級(jí)3のポンド當(dāng)たりの価格は約$7.00-$11.00/ポンドで、より高い強(qiáng)度が要求されるため等級(jí)2より若干高くなっています。

グレード4:最も強(qiáng)度が高く、航空宇宙部品（例：ファスナー）、醫(yī)療工學(xué)（高強(qiáng)度インプラント）、高溫環(huán)境で使用される。チタン等級(jí)4のポンドあたりの価格は約$8.00-$12.00/ポンドで、合金範(fàn)囲の下限に近く、航空宇宙需要の高まりにより価格は上昇傾向にある。

チタン合金

Ti-6Al-4V (グレード 5):6%のアルミニウムと4%のバナジウムを含む一般的なα＋β合金は、チタン合金市場の50%以上を占め、高強(qiáng)度、耐食性、生體適合性により、航空宇宙（航空機(jī)の機(jī)體、ボーイング787などのエンジンブレード）、醫(yī)療（整形外科用インプラント）、軍事（裝甲板）に広く使用されている。チタングレード5の1ポンドあたりの価格は約$10.00-$30.00/ポンドで、高性能で複雑な加工（真空溶解など）がコストを押し上げ、航空宇宙グレードの高精度製品は$40-$60/ポンドまで上昇します。

Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo:耐高溫性に優(yōu)れた高性能α+β合金で、航空エンジン（タービンブレード等）や高溫構(gòu)造部品に使用される。α+βチタン合金の1ポンドあたりの価格は約$15.00-$22.00/ポンドであり、特殊な合金元素と高溫処理の必要性からグレード5よりも高くなっています。

Ti-3Al-2.5V（グレード9):中程度の強(qiáng)度、良好な溶接性、耐食性を持ち、航空宇宙用油圧ライン、運(yùn)動(dòng)器具（ゴルフクラブなど）、自転車フレームなどに使用される。チタン等級(jí)9のポンドあたりの価格は約$9.00-$15.00/lbで、それは適度な価格であり、民間市場のアプリケーションで成長しています。

ベータチタン合金（例：Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn）:高強(qiáng)度、冷間加工可能、航空宇宙用ファスナー、醫(yī)療用裝具、高級(jí)眼鏡フレームに使用されています。ベータチタンの1ポンドあたりの価格は約$12.00-$25.00/ポンドです。強(qiáng)度が高く、加工が難しいため高価になります。

チタン価格に影響を與える要因

チタンは、航空宇宙、醫(yī)療、その他の産業(yè)で広く使用されている耐食性金屬である。価格は、需給、原料コスト、生産技術(shù)、マクロ経済環(huán)境、地政學(xué)的要因、代替材料など様々な要因に影響される。これらの要因を以下に挙げる。

需要と供給のダイナミクス

チタンの需要と供給のバランスが主な価格ドライバーです。需要が急増し（例：航空宇宙産業(yè)の受注増）、供給が制限された場合、価格は上昇する。逆に、需要が弱かったり供給が過剰だったりすると、価格は下落する。航空宇宙セクターは世界のチタン需要の約40%を占めており、ボーイングとエアバスからの大量注文が市場に大きな影響を與えています。供給面では、チタンは主にイルメナイトとルチルから産出される。鉱物の採掘と加工能力における制約は供給の安定性に影響を與える。例えば、2022年、パンデミックによる需要低迷は、中國の攀枝花における國內(nèi)チタン鉱石価格の下落をもたらした。

原材料費(fèi)

チタンの生産はイルメナイト、ルチル、その他の鉱石に依存しており、原料価格の変動(dòng)は生産コストに直接影響する。オーストラリアや南アフリカのような主要イルメナイト生産國は、天候、政策、物流によって供給が途絶えた場合、価格が上昇する可能性がある。2022年、世界のチタン鉱石市場はパンデミックと物流不良に見舞われ、川下需要の低下と鉱石価格の下落を招いた。しかし、供給が逼迫している間は、価格はすぐに回復(fù)する。さらに、チタン生産はエネルギー集約型であり、大量の電力と天然ガスを必要とする。2023年には、エネルギーコストの上昇が二酸化チタン製品の値上げにつながった。

生産技術(shù)とプロセス?コスト

チタンは主にクロール?プロセスで生産されるが、これは複雑でエネルギー集約型であるため高コストとなる。効率的な精錬やリサイクルのような技術(shù)の進(jìn)歩は、コストと価格を下げることができる。しかしながら、研究開発や新技術(shù)の導(dǎo)入には多額の資本を必要とするため、短期的に価格構(gòu)造を変えることは困難である。例えば、Xinpu Titanium Metal Materials Co., Ltd.は年間30,000トンのチタンインゴットをリサイクル?加工しているが、高い設(shè)備維持費(fèi)と加工費(fèi)が依然として価格引き下げを制限している。

マクロ経済環(huán)境

チタン価格は世界経済と密接に結(jié)びついています。好景気の間、産業(yè)とインフラ需要の増加はチタン消費(fèi)と価格の上昇につながる。世界のチタン金屬市場規(guī)模は2024年に355億2500萬元で、2029年には523億7900萬元に達(dá)すると予想され、年平均成長率は約6.7%である。これは景気回復(fù)による需要の押し上げを反映している。逆に、2020年のパンデミックは航空宇宙需要の急激な落ち込みとチタン価格の低迷を引き起こした。2024年、中國の景気後退は記録的な低スポンジチタン価格をもたらし、マクロ経済が需要に直接影響することを?qū)g証した。為替レートの変動(dòng)も価格に影響を及ぼします；米ドル高は非米ドル地域での需要を減少させ、間接的に価格を下落させます。

地政學(xué)と貿(mào)易政策

地政學(xué)的な出來事や貿(mào)易政策はチタン価格に大きく影響します。中國、ロシア、オーストラリア、米國のような主要生産國は、貿(mào)易紛爭や輸出制限により供給不足や価格高騰に直面する可能性がある。例えば、2025年の中國産チタンベースの粉末に対する米國の関稅政策の変更により、中國市場規(guī)模は2024年の$29億8100萬から15.61%のCAGRが予測される。地政學(xué)的紛爭によるロシアの潛在的輸出制限は、世界的な供給制約と価格上昇を引き起こす可能性がある。関稅やアンチダンピング措置も輸入コストを引き上げ、間接的に価格に影響を與える可能性がある。

代替素材と技術(shù)の進(jìn)歩

チタンのコストが高いため、業(yè)界はアルミニウム合金や炭素繊維複合材料のような代替品を求めている。これらの代替品がチタンと同様の性能を低コストで発揮すれば、チタンの需要は減少し、価格下落につながる可能性がある。炭素繊維複合材は、航空宇宙用途において部分的にチタンに取って代わっている。しかしながら、醫(yī)療やハイエンド製造におけるチタンのユニークな特性は、それらの分野においてチタンを代替不可能なものにしている。世界のチタン合金市場は2023年に65億に達(dá)し、2029年にはCAGR6.3%で103億に達(dá)すると予想されており、代替材料の減衰効果にもかかわらずチタン需要が底堅(jiān)いことを示している。

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この記事では、304ステンレス鋼の特性の概要を説明します。この記事は、あなたが簡単に304ステンレスのコアな側(cè)面を理解できるように、これらの特性について考えるための構(gòu)造化された方法を提供します。折り畳みの後、我々は簡単に組成、物理的性質(zhì)と機(jī)械的性質(zhì)に觸れる.

304ステンレス鋼とは？

304ステンレス鋼はASTM A240/A240M規(guī)格で定義され、普通炭素固溶體強(qiáng)化オーステナイト系ステンレス鋼で、強(qiáng)度は中程度から高強(qiáng)度であり、通常500 °F (260 °C)以上の圧力容器に使用される。304ステンレス鋼は、別名"18-8ステンレス鋼"というのは、通常、質(zhì)量比で18%のクロムと8%のニッケルを含むからである。

304ステンレス鋼は、最も一般的に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼の一つです。それは、優(yōu)れた耐食性、成形性と高溫での機(jī)械的特性を持っています。アニールされた狀態(tài)では、304ステンレス鋼は非磁性である。

304スチール組成

304ステンレス鋼の化學(xué)組成は、良好な耐食性と強(qiáng)度の優(yōu)れたから範(fàn)囲の特性を提供するために制御される。

組成が特性に與える影響：

• 耐食性： 高いクロム含有量（18-20%）により、酸や大気腐食を含む幅広い酸化環(huán)境で鋼を不動(dòng)態(tài)化する自己修復(fù)性クロム酸化皮膜が形成される。
• オーステナイト組織： ニッケル含有量 (8-10.5%)は、面心立方 (FCC)オーステナイト相を安定化させる。これにより、極低溫でも304ステンレスの非磁性と良好な延性特性が得られる。
• 溶接性と強(qiáng)度： 低炭素 (≤0.08%)は、溶接部の熱影響部における クロム炭化物の生成とそれに伴う局部腐食を最小限に 抑える。

304ステンレス鋼の特性

304ステンレス鋼の特性を検討するためには、物理的および機(jī)械的特性の管理上の理解が不可欠である。このパートでは、304ステンレス鋼の性能とその適用範(fàn)囲を決定する個(gè)々の特性を探る。

304ステンレス鋼は磁性がありますか？

304ステンレス鋼については、磁性の問題が頻繁に人々を當(dāng)惑させる。304ステンレスの熱処理狀態(tài)は、磁性を示さない。それはマルテンサイトとして知られている磁性相にオーステナイトの一部を変換するため、圧延や曲げ成形などのプロセスを通じて冷間加工は磁性を?qū)毪筏蓼?。冷間加工のレベルが高くなると、材料の変態(tài)が増幅される。

密度

304ステンレ ス鋼の密度測定値は7.93 g/cm3である。オーステナイト系ステンレス鋼の密度値は、構(gòu)造強(qiáng)度とともに質(zhì)量特性を決定するこの特定のレベルに一致する。

熱伝導(dǎo)率

20℃で304ステンレス鋼の熱伝導(dǎo)率の値は16.2 W /（m?K）を測定する。ステンレス鋼304は、熱交換器やボイラー部品におけるその熱伝導(dǎo)特性のため、効率的な熱伝達(dá)を必要とするアプリケーションのための優(yōu)れた適性を示しています。

引張強(qiáng)度

304ステンレスの極限引張強(qiáng)さ（UTS）は、少なくとも 515 MPaに達(dá)する。材料は壊れる前に、このポイントまで最大応力を経験する。高い引張強(qiáng)さは、304ステンレス鋼が構(gòu)造設(shè)計(jì)で使用するための完璧なそれを作る壊れる前に大きな負(fù)荷を扱うことができます。

降伏強(qiáng)度

304ステンレスの最小降伏強(qiáng)度は205MPaである。この材料は、この特定レベルの応力を受けると永久的な形狀の歪みを示し始める。この閾値を超えた後、外力が解放されると、材料は永久に歪んだままになります。設(shè)計(jì)者は、操作上の力にさらされたときに部品が変形するのを防ぐために、降伏強(qiáng)度を重要な要素として使用します。

伸び

304ステンレスの伸び値は、50 mm (2インチ)のゲージ長で測定した場合、70%に達(dá)する。この材料は、破損する前に変形を可能にするその高い伸び率を通じて卓越した延性を示しています。成形や曲げまたは延伸方法を介して材料の変形を必要とするアプリケーションは、材料の延性特性のために成功した。

硬度

304ステンレス鋼 ブリネル硬度（HB）試験による硬度測定は187を超えない値を示す。前進(jìn)材料は、複合摩耗保護(hù)と可鍛性の二重の利點(diǎn)を達(dá)成する。304ステンレス鋼は、摩耗に対する適度な抵抗が目的を果たす多くの汎用用途に適合する適切な硬度を維持しています。

弾性係數(shù)

304ステンレス鋼のヤング率は193GPaから200GPaの間に存在する。高弾性率のため、弾性変形抵抗とともに高い弾性剛性を示す。荷重を加えることにより、304ステンレス鋼はその形狀を維持し、安定した構(gòu)造を得ることができる。

せん斷弾性率

304ステンレスのせん斷弾性率（剛性率）は86GPaである。せん斷弾性率としての材料抵抗測定は、材料層が互いに相対的にスライドすることができ、せん斷応力の平行印加を介して行われる。304ステンレス鋼の優(yōu)れた耐ねじり荷重性は、シャフトファスナーや配管アプリケーションに使用される剛性固體構(gòu)造を作成するために建築業(yè)者を可能にする、その高いせん斷弾性率に由來する。

衝撃靭性

シャルピー衝撃評(píng)価では、304ステンレス鋼が衝撃靭性特性の決定において優(yōu)れた結(jié)果を達(dá)成することがわかった。この材料は、突発的な衝撃の際にエネルギーをよく吸収し、損傷の発生を防ぎます。安全プロトコルが実施される場合、操作上の信頼性が達(dá)成されるため、用途において良好な衝撃靭性を維持することは不可欠となる。

結(jié)論として、工業(yè)用途では304ステンレス鋼材料が採用されているが、これはこの材料が優(yōu)れた機(jī)械的特性とともに信頼性の高い物理的特性を示すからである。この材料は、優(yōu)れた機(jī)械的基材、延性および衝撃靭性特性と並んで焼鈍狀態(tài)非磁性を示すため、建設(shè)工事、自動(dòng)車工學(xué)、食品加工用途や醫(yī)療機(jī)器の製造に広範(fàn)な用途を見つける。正確な特性は、304ステンレス鋼のための適切なアプリケーションを決定し、その運(yùn)用壽命を延ばすための下地として機(jī)能します。

304ステンレス鋼は錆びるか？

クロムがこの保護(hù)酸化膜の表面形成を促進(jìn)するためである。保護(hù)表面膜は、有害な酸素や水分、酸性物質(zhì)から金屬を分離するシールドを作成します。304ステンレス鋼の特性は、特定の環(huán)境條件下で動(dòng)作するときに腐食のすべてのタイプを防ぐことはできません。

腐食メカニズム

• 受動(dòng)層の形成： 304グレードの18%以上のクロム含有量は、酸素反応により付著酸化膜を生成し、表面損傷後もその狀態(tài)を維持する。
• 孔食： 海水に含まれる高濃度の塩化物は不動(dòng)態(tài)層表面を破壊し、その結(jié)果、局部的な孔食が発生する?？资长违辚攻撙蓼毪韦?、塩化物濃度が高く、溫度が高く、換気の悪い場所である。
• 隙間腐食： ファスナーの隙間のような狹い空間は、腐食剤の流出を防ぎ、不動(dòng)態(tài)層の局所的な破壊を促進(jìn)する。

錆の狀況

• 高塩化物環(huán)境： 孔食の発生は、海水暴露や塩水噴霧條件、解氷塩など、塩化物レベルが35ppmを超える環(huán)境で起こる。
• 溶接崩壊： 溶接崩壊は、溶接熱によって熱影響部に炭化クロムが析出し、不働態(tài)層が減少して材料が弱くなることで発生する。
• 機(jī)械的なダメージ： ベアメタルは、不適切な洗浄や表面の傷、機(jī)械的な摩耗が発生した場合にアクセス可能になり、腐食が始まる。

304ステンレス鋼の同等グレード

304 vs 304L ステンレス鋼

304鋼種と304L鋼種の間の主要な違いは、炭素含有量に起因するものである。

構(gòu)成の違い

• 304: 炭素含有量≦0.08%（最大）。
• 304L: 炭素含有量≦0.03%（最大）。

耐食性

304Lステンレス鋼の溶接性は、炭素含有 量が低いほど溶接熱影響部にクロム炭化物が 発生せず、塩化物を含む環(huán)境での粒界腐食を防 止できるため向上する。

粒界腐食の発生を防止するため、304鋼では溶接後の熱処理を定期的に行う必要がある。

機(jī)械的強(qiáng)度

304鋼は0.04～0.10％の炭素を含むため、引張強(qiáng)さは800°Fと427°Cの溫度範(fàn)囲で最高點(diǎn)を達(dá)成する。

室溫では、304Lの降伏強(qiáng)度は304と比較してわずかな低下を示すが、両鋼種とも基本的な強(qiáng)度特性は同様である。

溶接性

腐食環(huán)境下にある溶接構(gòu)造物には、粒界腐食に対して優(yōu)れた保護(hù)効果を示す304L鋼種を使用すべきである。

304材で作られた重要でない溶接構(gòu)造物は、溶接後焼鈍が可能になった後、良好な溶接性の恩恵を受ける。

アプリケーション

304: この材料は、食品機(jī)器や臺(tái)所用品製品、平均的な腐食領(lǐng)域にさらされる建築材料や構(gòu)造部品などの工業(yè)用途に使用される。

304L: この材料は、圧力容器や熱交換器、製薬機(jī)器システムなど、高度な耐食性と溶接の可能性を必要とする現(xiàn)場で使用されている。

設(shè)計(jì)者と共にエンジニアは、特定の狀況に必要な機(jī)械的特性やコスト要件と組み合わせた抵抗特性のバランスのとれた分析を使用して、適切な304ステンレス鋼のグレードを選択します。

304ステンレス鋼の用途

304ステンレス鋼は、耐食性、成形性、耐酸性などの優(yōu)れた特性を持ち、産業(yè)用途に広く使用されています。この材料は、衛(wèi)生的な性能と美しい視覚的特性と組み合わせた耐久性のあるサービスを?qū)g証するため、複數(shù)のアプリケーションに適しています。

建築?建設(shè)

• 構(gòu)造的要素： 手すりや階段に使われるステンレス手すりは、耐候性に優(yōu)れ、見た目も美しい304を使用しています。
• クラッディングとファサード 304ステンレスの優(yōu)れた耐食性により、塩水噴霧や汚染などの過酷な環(huán)境要因もカーテンウォールや屋根システムに影響を與えません。

化學(xué)?エネルギー部門

• 熱交換器： 石油化學(xué)設(shè)備のチューブラー型およびプレート型熱交換器は、スケールが形成されにくい熱伝導(dǎo)特性を持っている。
• 圧力容器： 腐食性の化學(xué)薬品や高圧ガスシステムの貯蔵には、延性と引張性を兼ね備えた材料が必要である。そのため、圧力容器は304として指定されている。

運(yùn)輸?自動(dòng)車

• 排気システム： マフラーや觸媒コンバーターと排気管との組み合わせは、870℃の溫度によって腐食に見舞われる。
• マリン?アプリケーション： 耐海水ファスナー、あるいはその他の手すりや船舶用金具の場合、304ステンレス鋼は塩化物イオン腐食に抵抗する能力があります。

家庭用品?消費(fèi)財(cái)

• 調(diào)理器具： 食品用304ステンレス鋼 ASTMなどで規(guī)定された重金屬の析出基準(zhǔn)に適合している。調(diào)理器具、浴室設(shè)備、家具などに使用できる。
• アート＆デザイン： 304ステンレスの組み合わせは、彫刻の設(shè)置や看板の割り當(dāng)て、建築物の用途において、優(yōu)れた加工性と美しい外観の両方を特徴とする。

このように整理された概要は、304ステンレス鋼の特性が、エンジニアリング?プロジェクトにおける中心的地位を確立する製品の利點(diǎn)につながることを示している。

結(jié)論

304ステンレス鋼の特性は、このタイプのステンレス鋼が産業(yè)界で広く使用されることを可能にし、304ステンレス鋼の優(yōu)れた特性を継承する304ステンレス鋼管も大きな人気を誇っています。304ステンレス鋼の特性は、それはのための経済的な選択肢を作る CNC機(jī)械加工プロジェクト も同様だ。

304ステンレス鋼の優(yōu)れた特性は、グリーンビルディングや再生可能エネルギーの開発が304ステンレス鋼のより多くのアプリケーションを確実に開くので、將來的に拡張されることが期待される。

ソガワークスについて

SogaWorksは、カスタムメカニカルパーツのためのオールインワンオンラインプラットフォームです。CNC機(jī)械加工、3Dプリント、板金加工、ウレタン鋳造、射出成形などのサービスで、ラピッドプロトタイピング、少量テスト、大規(guī)模生産のための柔軟な製造ソリューションを提供します。AIを活用した見積もりエンジンにより、SogaWorksは5秒で見積もりを提出し、最適なキャパシティをマッチングさせ、すべてのステップを追跡することができます。これにより、納期が短縮され、製品の品質(zhì)が向上します。

Ultimate Guide to 304 Stainless Steel Properties最先出現(xiàn)在SogaWorks。