产品设计常用金属材料

1、产品设计常用金属材料 内 容一GI料与EG料二不锈钢板SUS三电镀锡钢板（马口铁SPTE）四冷轧碳素钢板CRS五热轧碳素钢板SPHC六铝及其合金七铜及其合金八钛及其合金九压铸镁合金&铝合金十镁铝钛合金的使用讨论1.GI料生产基本流程解卷焊接前处理及退火热浸镀锌喷锌粉调锌花调质整平化成处理（铬酸盐耐指纹）收卷（1）热浸镀锌特点将钢卷连接连续浸入熔融（约460C）锌池中在板材两面浸镀均匀厚度的锌层（2）电镀锌特点以铅板/锌板为阳极钢板为阴极并用硫酸锌/氯化锌溶液通电镀锌2.材料识别标记（1）热浸镀锌GI 如HGCC1ZSFX 其中HG热浸镀锌制程C冷轧底材C1商用品质C2 改良商用品质D1

2、深拉伸品质Z无锌花 M细小锌花S调质处理： B亮面调质处理 F耐指纹涂覆 C铬酸盐处理 X不涂油 （2）电镀锌EG（SECC）S钢板 E电镀 C冷轧 C商用一. GI料和EG料3.区别与共性(1)镀层厚度:GI料56um, EG料23um(2)耐蚀性:GI料好. (3)成形性:EG料好; (4)涂装性:EG料好(5)外观:EG料为银灰色,均匀表面;GI料为亮晶状,细小锌花.(6)价格:GI料便宜30%以上镀锌层防腐原理 (1)隔绝原理使钢材不与腐蚀介质直接接触 (2)牺牲阳极保护原理锌较铁电位活性高，如锌层刮伤露出底材,锌会替代铁先行腐蚀.一. GI料和EG料5.镀层厚度GI用Z08/Z10;

3、EG用E16/E246.弯曲性能和镀层附着力 纵向180内边直径0T弯曲外边不能有镀层剥离底材裂纹4.机械性能 要求冲压成25mm宽的拉伸试片,进行拉力测试.GI料抗拉強度Mpa屈服強度Mpa伸長率%硬度HRBC129039523031030.55567C2250385220300325065D1230320170240384053EG料抗拉強度Mpa屈服強度Mpa不同厚度的伸長率%硬度HRB0.61.01.01.61.6270370180250343637384260一. GI料和EG料6.元素影响 在轧制工艺等不变时各成份对镀锌钢板性能影响如下（1）提高强度碳硅锰磷（2）降低塑性碳硅（3）

4、增加冷脆性磷碳硅（4）恶化焊接性硫磷碳（5）改善切削加工硫锰磷（6）恶化冲压性碳硅磷硫7.常用厚度及公差（1）GI料实际供货0.597 0.686 0.781 0.891 0.974 1.166 1.50 （2）EG料现用0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.2 2.0 另外可选择系列 0.4 0.65 0.75 0.9 1.4 1.6 1.8 2.3 2.58.形状公差侧边弧形度1.0mm/m; 任意板面放在平台上平坦度2mm一. GI料和EG料附件:制程缺陷分析和处理在了解GI和EG两种材料的各项性能后有必要注意镀锌钢板因为机械性能镀层制程环境等不同导致冲压开裂或变形引起耐蚀性差等一

5、系列问题现结合具体案例分析钢板常见缺陷并提出处理意见1切断边生锈镀锌板切断边放置几天后都难以避免生锈材料越厚镀锌层保护作用越差只要客户没有严格规定且不出现连续锈斑即可放行特殊要求的材料可以浸防油2冲压/弯边/凸台裂纹抽芽不完整 可能存在以下材料因素 （1）抗拉强度超上限 （2）伸长率偏低 （3）屈服强度太高,使屈服/抗拉强度之比高 （4）硬度偏高 （5）组织不均匀晶粒大小差异大3平坦度引起的尺寸偏差采用反向冲压或反卷校平 4冲压后尺寸变化冲压后,个别零件由于应力释放,局部尺寸将沿受力之反向变化.可适当加大正向预变形尺寸.一. GI料和EG料5制程中防止白锈(1)避免汗水洒在板材和零件上,如戴手

6、套配毛巾.(2)防止潮湿水份结露,改进包装增加干燥剂.(3)重要大型零件产生少量白锈,可用0.400.600.601.01.01.61.62.52.5SPCC270323436373839SPCD270 370343638394041SPCE270350363840414243四冷轧碳素钢板CRS1化学成份 （）2机械性能3.表面加工板材热轧后应要求经过酸洗或喷砂清除氧化皮这样有利于焊接表面处理等表面应无孔眼分层脏污氧化皮等 . 有些缺陷可通过打磨清除(A)或焊接返修(B)A.打磨后应符合厚度公差清理干净分界线应光滑B.焊接前有害缺陷应修凿或打磨干净修磨深度应不超过公称厚度的20%修磨面积不超

7、过板面的2%焊接后应清理平整 代码CMnpSSPHC0.150.600.0500.050抗拉强度MPa伸长率（按板厚划分mm)1.21.61.63.23.2270 272931五热轧碳素钢板(SPHC)在公司现有产品中,铝板应用于手机壳 NB外壳、磁架前板后板分隔板支撑架连接架支架等牌号及状态为6061-T65052-H321100-H16,主要材料厚度是0.5 0.6 1.0 2.0 3.0mm六 . 铝及其合金1.1 铝及铝合金基本特性质轻:轻量化角色耐蚀性:自然(人工)氧化薄膜,优良耐蚀性成形性:适于各种成形加工,如灯罩,外壳等强度: 可强化至不同强度等级260Kg/mm2表面处理:阳极

8、处理/化成处理/电镀/涂覆导电性:纯铜之60%,但成本便宜.导热性:极佳,散热片,热交换器加工性:特佳,棒,线,板及各种挤型材焊接性:佳,各种结构体及船舶应用广.无毒性:食品用途方面再生性:回收重熔,充分且有效利用.六 . 铝及其合金 1.2 铝合金的分类六 . 铝及其合金合金系合金編號純鋁(99.0%)1*Al-Cu2*Al-Mn3*Al-Si4*Al-Mg5*Al-Mg-Si6*Al-Zn7*合金SiFeCuMnMgCrZnTi1100(Si+Fe)0.950.050.200.05/0.1030030.60.70.050.201.01.5/0.1050520.250.400.100.102

9、.22.80.150.250.10/20240.500.503.84.90.30.91.21.80.10.250.1560610.40.80.70.150.400.150.81.20.040.350.250.1570750.400.51.22.00.302.12.90.180.285.16.10.21.3 变形铝合金牌号对照主要铝合金成份六 . 铝及其合金ItemSPEC对机械性能的影响阳极膜颜色Si0.25 形成强化相Mg2Si, Mg/Si 质量比1.73/1偏高,暗灰色Fe0.40 杂质元素,引起铸造裂纹暗黑色Cu0.10 适量铜提高强度,但对抗蚀性不利暗色Mn0.10 补充强化作用,加

10、锰可降低镁含量,降低热裂倾向,使Mg5Al8 化学物鋆沉淀,改善抗蚀性及焊接性能Mg2.22.8 强化作用,每增加1%镁,抗拉强度约升高34MpaCr0.150.35 形成(CrFe)Al7及(CrMn)Al12抵消铜对抗蚀性不利的影响.使阳极氧化膜呈黄色Zn0.10 强化作用不透明乳白色Ti0.05 细化组织Al基体5052 元素的影响六 . 铝及其合金1.4 调质度之基本定义六 . 铝及其合金调质度之HX定义六 . 铝及其合金调质度之HXY定义六 . 铝及其合金调质度之TX(TXY)定义六 . 铝及其合金六 . 铝及其合金1.5 铝合金之选用原则耐蚀性:1*纯铝最佳,5*亦良好,次为3*及

11、6*铝钟,2*及7*较差.耐蚀性较佳者通常其阳极处理性及表面处理,涂装性亦均优良,依使用场合选用. 1*5*3和6*2和7*强度:纯铝材质最软,而2*及7*热处理型强度最高,成品设计时需考虑铝合金组件需承受之压力,以选择适当之合金. 7251成形性:完全退火料之成形性最佳,反之热处理料之成形性最差,成形性因与调质度有关,故选择铝合金后,再考虑各调质度之强度范围,强度高者较不易成形.切削性:通常强度较高之合金切削性较佳,反之低强度者切削性较差,部分产品经成形后须经车削加工,此时其切削性应列入考虑溶接性:溶接无问题,仅部分2*及7*合金无法溶接六 . 铝及其合金1.6 铝合金焊接特点 铝极易氧化生

12、成0.10.2高熔点致密薄膜,它保护着基材表面,焊接时如不将其清除,将会阻碍基材熔化和熔合,且氧化膜比重大,不易浮出熔池而形成焊缝夹杂.铝比钢导热性好,要达到相同的焊速,焊接能量应为钢的24倍;铝的导电性好,电阻焊比钢需更大功率电源.铝的高温强度低,塑性差,焊接时易产生热应力/变形/及裂纹,氢在焊接熔池快速冷却和凝固过程中易在焊缝中聚集形成气孔.焊接过程无颜色变化,难掌握加热温度.六 . 铝及其合金1.7 铝合金阳极氧化特点 化学氧化/装饰性阳极/硬质阳极 极佳的防护性与装饰性/耐磨性,有较高硬度 色泽均一,膜层透明/外观不允许有缺陷; 纯铝/防锈铝染色较鲜艳, 铝硅合金氧化膜发暗只能染深色

13、铝素材不允许有严重的划伤等缺陷 热处理晶粒不能粗大, 避免桔皮外观.ABC鋁 基 件阻 擋 層多 孔 層Al2O3. H2O六 . 铝及其合金1.8 铝材外观缺陷分级面定义:装饰面与非装饰面 检视方法:缺陷分析及解释:裂纹/非金属压入物/腐蚀斑点/硝盐痕/脏污/折痕/压痕/金属压入物/刮痕/夹痕 /摩擦痕/乳液痕/松树枝状花纹/气泡/小黑点/色差/黑线/贴膜印痕/毛刺/轧辊及模具 六 . 铝及其合金1.8 各国铝合金介绍 日铝/美铝/法铝/中铝组织致密性:独有的晶粒细化工艺保证,航空产品系列全部通过超声波探伤工序检验,无沙孔、横纹、气泡及杂质。残余内应力:完美的预拉伸消除内应力工艺处理，彻底消

14、除内应力，产品在加工和受力时也不会翘曲、开裂及变形。公差精度:产品全部符合美国材料及试验学会规范(ASTM)和航空航天材料规范(AMS)。加工性能:将化学成分、强度及硬度的偏差降至最小，加工中不会发生粘刀 、崩刀现象。均匀性:热处理技术卓越，在300mm以下，强度、硬度可保持一致。稳定性:生产工序全部计算机控制，不同批次生产保证性能一样。染色效果:染色处理效果均匀而有光泽，表面无“条纹”状或“斑点”状、颜色不一的现象发生。抗腐蚀性能:通过金属及合金的显微检验，具有优良的抗应力腐蚀性能及抗腐蚀鳞状剥落性能，在各种介质（如水蒸气、弱酸、弱碱等）环境下长久使用不会产生凹坑或发黑现象。弯曲性能:全部通

15、过半导弯曲检验，弯曲180度不会产生开裂现象。六 . 铝及其合金1 铜的特性 电及热传导率高,光泽性好:微量的不纯物/冷间加工,会减少约2% 铜fcc结晶构造,塑性加工容易; 耐蚀性优秀,易于电镀涂装等. 铜板屋顶等的表面发生美观灰绿色的绿锈,这是因为大气中CO2、SO2及水分等的作用生成的盐基性碳酸铜CuCO3Cu(OH)2、盐基性硫酸铜CuSO4Cu(OH)2 等主要成份,形成不溶于水的保护层. 铜为反磁性,若含铁0.04%,既成顺磁性.七 . 铜及其合金分类 纯铜- 含Cu量在99.3%,主要用在电线/线缆上; 洋白NSS :耐蚀性佳 ,加工容易,经适度低温处理 ; 其弹性、导电性、延展

16、性等均可增强.磷铜PBS :与 NSS 有相同的物理特性且耐磨性及导电性更佳 ,适用于继电器、通信机器、弱电开关等弹片. 铍铜:高导电/高弹性,是铜硬度及强度最佳者 ; 微动开关、各种高级端子、继电器等精密弹片用材料.系 列合 金C1XXCoppers and high-copper alloys C2XXCu-Zn alloys (brasses)C3XXCu-Zn-Pb alloys (leaded brasses)C4XXCu-Zn-Sn alloys (tin brasses) C5XXCu-Sn alloys (phosphor bronzes)C6XXCu-Al alloys ,

17、Cu-Si alloys and miscellaneous Cu-Zn alloysC7XXCu-Ni and Cu-Ni-Zn alloys (nickel silvers)C8XXCsat coppers, cast high-copper alloys, the cast brasses of various, cast Mn-bronze alloys, cast Cu-Zn-Si alloys C9XXCast Cu-Sn alloys, Cu-Sn-Pb alloys, Cu-Sn-Ni alloys, Cu-Al-Fe alloys, Cu-Ni-Fe alloys, Cu-N

18、i-Zn alloys 七 . 铜及其合金2.2 黄铜 Cu-Zn合金 美术工艺品及装饰品等,为30 - 40%Zn含量,延展性/冲压性极佳, 适于电镀/深冲. 95Cu-5Zn 与纯铜差不多,容易压印,称为镀金铜。 90Cu-10Zn (丹铜),用于拉压加工,称为商用黄铜。 85Cu-15Zn -称为red brass; 80Cu-20Zn-low brass。 70Cu-30Zn (七三黄铜),容易冷加工,广供深压拉用。 65Cu-35Zn 与七三黄铜同为深压拉加工用铜材。 60Cu-40Zn ,六四黄铜,组织为(+),做为螺栓、螺帽等。黄铜机械性质 相强化: Zn含量超过35%时,硬度和

19、强度骤增。 经年变化:若在室温放置,各种性能逐渐变化。例如70/30黄铜经75%冷轧后,随着时间的增长会稍软化而有稳定的倾向,这是因为加工所致的不均匀应变均齐化。加工度愈低时,此种经年变化愈显着。此种现象可经由适当的退火处理予以减轻.黄铜的时效破裂:深冲拉制品,经1个月后发生龟裂而遭退货,加工时并未龟裂,原因何在?冷加工件残留内部应力,若接触铵盐,则结晶粒间遭受局部腐蚀而引起应力集中,在使用中或储藏中发生破裂。黄铜可在200左右退火20-30分钟消除应力。七 . 铜及其合金牌号CuPbFeZnC260068.5 71.50.050.05余量C268064.0 68.00.050.05余量C27

20、2062.0 64.00.070.07余量C280159.0 62.00.100.07余量黄铜带材(ES03-034)七 . 铜及其合金合金狀態抗拉強度,Mpa伸長率,%硬度HVC2600H/43404053575125H/23954402885145H490540/105175C2680H/43404053575125H/23804402885145H470540/105175C2720H/43404053575125H/23854402885145H485550/105C2801H/43554252585145H/241048515105160H485585/130黄铜带材机械性能七 .

21、铜及其合金2.3 洋白铜洋白又称洋银,为添加镍的黄铜,色泽近于银,以前供装饰用、餐器、乐器等银器代用品。弹簧特性佳、耐蚀性优秀、可为弹簧、化学机械用材料。通常用 10-20% Ni,15-30%Zn的组成。洋白的重要用途是弹簧材料,弹簧材料的要件是疲劳限度高、耐蚀性、容易焊接及熔接、非磁性适当的弹性系数,制品要求厚度、粗细均匀。洋白也可用于通信机器的弹簧,弹簧的弹性疲劳造型变形问题,可用弹簧界限值(Kb)为判定良否的数值规准。七 . 铜及其合金2.4 磷青铜Cu - Sn - P 磷青铜系由青铜(铜锡合金)添加脱氧剂，磷(P)含量0.030.35%及其它微量元素如Fe、Zn等组成。延展性、耐疲

22、劳性均佳，可用于电气及机械材料，且耐蚀性，材料可靠度高于一般铜合金制品，以连续熔解铸造(板片、铜卷)方式制成，具高度之材质均匀性。 C5111錫含量，強度佳，耐蝕性好，加工性優良，可用於高性能電氣用精密材料。 C5102錫含量，強度佳，耐蝕性好，加工性優良，可用於高性能電氣用精密材料。 C5191錫含量6%，電機材料，接著端子，IC元件等均可使用，高強硬度特質。 C5212錫含量8%，有良好的強度特性，用於電氣材料。C5210錫含量8%，耐疲勞及彈性特性佳，最適用於高性能電子連接器。 七 . 铜及其合金2.5 铍铜（CuBe合金）约在2%铍左右, 有析出硬化性, 强度/耐磨耗性/弹簧特性/导电

23、率优秀, 具良好耐腐蚀性, 加工性. 铍铜的时效特性七 . 铜及其合金牌号BeCoNiNi + CoPbC170001.601.790.20C172001.802.000.200.10C173001.802.000.200.20.6C174000.150.50.150.3C174100.150.50.350.6C175000.400.72.42.7C175100.200.60.31.42.21.72.5C175300.20.41.872.5铍铜带材(ES03-048)(1)TB00(A或O)固溶热处理 (2)TD01(1/4H)TD02(1/2H)TD04(H)固溶热处理冷轧 (3)TF00(

24、AT)沉淀硬化(4)TH01(1/4HT),TH02(1/2HT),TH04(HT)固溶热处理冷轧沉淀热处理(5)TM00(AM)TM01(1/4HM) TM02(1/2HM)TM04(HM)轧制硬化七 . 铜及其合金铍铜弹片专案3K006-02替代国外产品（Laird）,为ESBG/ NWE/等服务器提供质优价廉的铍铜弹片,COST DOWN 效果约50100%铍铜弹片的制程: 柔性带料-专用成形机成形清洗真空时效热处理铍铜弹片专用成形设备组合成形模具真空热处理項項 目目測試條件測試條件性能要求性能要求材 料Spark spectrumC17200-1/2H硬 度Vickers hardne

25、ss 373抗疲勞壓縮量為高度的30,3萬次反復變形尺寸變化量 0.25mm彈 性在壓縮量50狀態下壓縮24hrs高度變化量 5 h初始高度七 . 铜及其合金 疲劳测试 疲劳机开发 疲劳治具开发动压缩疲劳 静压缩疲劳七 . 铜及其合金測試項目SPEC.結果硬度373367 NG抗疲勞測試尺寸變化量 0.25mm5片尺寸超差彈性測試高度變化量 5 h初始高度5片尺寸超差3K006-02开发初步测试结果分析对策:要求厂商找出设备参数差异,严格执行315C*2H标准时效热处理工艺,确保材质硬度(379HV).效果: 再次验证硬度/抗疲劳性能和弹力测试性能等均合格,首次开发的零件已被ESBG认可,量产

26、中七 . 铜及其合金測試項目SPEC.結果硬 度373375 OK抗疲勞 0.25mm5個樣品全斷裂3K006-15开发初步测试结果分析分析1: 弹片屋顶内侧有明显刮痕而原材料带材外观质量良好,且批量产品随机抽检100有刮痕对策1: 抛光冲压模具表面消除产品外观缺陷效果15个试片仍有3个疲劳断裂刮痕(内表面)七 . 铜及其合金分析2: 3K006-15和3K006-02结构尺寸略有不同对策2改善疲劳测试治具(宽度加宽/定位槽数量增加/增加弹片定位导杆)效果2做2片仍全部疲劳断裂,但转移到底部R角处 改善 改善后断口转移七 . 铜及其合金分析3: 3K00615结构尺寸不良且R角处外侧有刮痕尺寸

27、异常裂纹位置 七 . 铜及其合金华红 合格天瑞合格分析4: 热处理厂商的显微组织大小形状有明显差别;对策4: 实验室试验, 探索延长时效时间以长大晶粒;效果4: 德力特正在按不同方法试作中.Foxconn-3K006-15不合格Foxconn-3K006-02 合格Laird合格金属室热处理七 . 铜及其合金类别主要合金性能用途紫铜无氧铜（TU）;工业纯铜比重8.9熔点1083良好导电性导热性抗腐蚀性.塑性很好,强度太低不直接用于结构材料,用作配制合金青铜锡青铜铝青铜铍青铜抗腐蚀性好弹性高耐磨性好 但BeSn很贵弹性抗磁耐磨组件黄铜以Zn为主元素分普通特殊强度比紫铜高抗腐蚀性比青铜差常见腐蚀:

28、脱锌（加元素）季裂（消除应力或电镀）优良加工性,拉伸性散热片类深拉伸件七 . 铜及其合金性能比較钛的基本特性航空航天/造船/医疗行业钛的分类 高纯钛, 工业纯钛 钛合金(, + ,)类型.工业纯钛能被应用于手机外壳原因:钛的比强度高,可做出薄壁件;常温下化学稳定性好,在海水/大气中抗蚀性好;膨胀系数小,良好的导电及导热性;机械性能类同一般低碳钢,塑性好容易冲压成形;焊接性好等八 . 钛及其合金纯钛的分类及性质JIS分类： Class 1， Class 2， Class 3及Class 4 ,最适用的冲件材料.化学成分: 主要是靠调整氧及铁的含量来控制强度.随着氧及铁含量的增加,纯钛板强度上升，

29、延展性下降，冲压成形性变差。性质:强度接近普通低碳钢;E约为低碳钢和SUS的一半，降伏强度/E比值最大, 成形回弹大。加工硬化指数(n值)较其他金属小。塑性异向性r值极大,六方晶系结构特性所决定.Class 1纯钛板较软且有极佳的成形性。同等级如Class 2分为硬质及软质。八 . 钛及其合金国家牌号类别NHOCFe抗拉強度Mpa0.2%永久變形屈服強度Mpa伸長率,%中国TA 00.030.0150.150.100.15280 420 17045TA 10.200.25370 530 25040TA 1-A0.0120.100.050.15 240 17047美国Grade 10.030.0

30、150.180.080.20 240170 31024Grade 20.250.30 345275 45020日本Class 10.050.0130.15/0.20270 410 16527Class 20.200.25纯钛常见牌号及其机械性能八 . 钛及其合金钛合金常见牌号及其机械性能牌号AlSnVMnFeCNHOTA20.300.100.050.0150.25TA30.400.30TA74.06.02.03.00.500.20TC11.02.50.72.00.300.0120.15TC23.55.00.82.0TC34.56.00.015TC45.56.80.20八 . 钛及其合金牌号厚

31、度mm抗拉度MPa0.2%永久變形屈服強度 MPa伸長率5 TA20.3 1.0440 62032035TA30.3 1.0540 72041030TA70.8 1.5735 93068520TC10.5 2.0590 735/25TC20.5 2.0685/25TC30.8 2.0880/12TC40.8 2.089583012八 . 钛及其合金八 . 钛及其合金纯钛的加工特性 晶粒度与破裂及起皱 模具的烧着(Galling): 极强的亲和力,模具材料和润滑剂的选择; 钛的Laser Welding: 过热/变脆/变色 /C & N污染 其它问题: 化成处理/成本高模具材料碳工钢SK3合工钢SKD11延性铸铁铜合金HZ,WR铜合金ARPCO 烧着抵抗力可可不良极佳极佳八 . 钛及其合金镁合金特性 熔液的流动性良好,可以铸造薄壁之铸件,但有高温脆性,容易破裂,压铸性不良; 由于熔液甚易氧化,且接触空气会引起燃烧,需加以 保护,防止合金在675度以下之氧化. 镁