铝合金、锌合金、镁合金、钛合金对比

对于消费类产品而言，常用的合金材料有铝合金、锌合金和镁合金。钛合金由于其生物相容性好，常用在医疗领域。

今天，我们就来扒一扒这几种合金材料的特性，做个对比。归纳性的总结放在前面，见以下性能对比表。

物理性能对比表

这四种合金，钛合金最硬，强度也最好。硬度方面，钛合金要远硬于其他三种合金。就抗拉强度而言，钛合金强于锌合金，其次是镁合金。

强度和硬度对比

对产品结构设计而言，还需要考虑重量，如果将比重考虑进去，锌合金由于密度最大，比强度反而最小了。钛合金和镁合金比强度高，但钛合金价格昂贵，加工性不好，因此在要综合考虑重量和强度的结构，多采用镁合金。

铝合金的密度为2.63～2.85g/cm，有较高的强度(σb为110～270MPa)，比强度接近高合金钢，比刚度超过钢，有良好的铸造性能和塑性加工性能，良好的导电、导热性能，良好的耐蚀性和可焊性。

压铸铝合金的流动性比较好，熔点为熔点660℃。

铝合金在产品结构设计中的工艺应用形式也最丰富，常用加工工艺有：压铸、挤出成型、机加工、冲压、锻造。建筑门窗大量应用铝合金型材，机械设备也常用铝型材搭建框架。电子产品和生活快消品的外壳也不乏铝合金，这类产品外观要求较高，比较常见的工艺是挤出，机加工，冲压等。

苹果MacBook系列采用铝合金CNC一体成型机身

快消品的外壳比较少用压铸铝，因为压铸铝合金含有较高成分的Si，所以在做Anodizing（阳极氧化）时，直接与药液产生反应，氧化后表面效果比较差。铝铸件常用于内部结构件和对外观要求不高的零件，摩托车的发动机外壳需要复杂的结构，要求重量轻同时也需要足够的强度，大都旋转铝合金压铸作为坯料。

常用铝合金性能表

锌合金熔点低，流动性好，易熔焊。按制造工艺可分为铸造锌合金和变形锌合金。铸造锌合金流动性和耐腐蚀性较好，适用于压铸仪表，汽车零件外壳等。变形锌合金有很好的可塑性和延展性，主要用作电池外壳、印刷板、屋面板和日用五金等。铸造合金的产量远大于变形合金，对于快消品的结构件，很少用到变形合金。因此下文就仅针对压铸锌合金了。

锌合金密度为6.3~6.7g/cm，抗拉强度σb为280~440MPa，熔点低，在385℃熔化，容易压铸成型。

锌合金比重大，是本文所述的四种合金中比重最大的，流动性也是最好的，有很好的铸造性能，可以压铸形状复杂、薄壁的精密件，铸件表面光滑。

常温下，锌合金的强度好。需要注意的是，锌合金不宜在高温和低温（0℃以下）的工作环境下使用，锌合金在常温下有较好的机械性能。但在高温下抗拉强度和低温下冲击性能都显著下降。锌合金抗蚀性差，当合金成分中杂质元素铅、镉、锡超过标准时，导致铸件老化而发生变形。锌合金压铸件存在时效作用，有老化现象，即长时间后强度自然降低，变得易脆。这就是为什么很多人吐槽，更换锌合金水龙头时往往会发生脆断，导致水龙头螺纹部分残留在水管里无法弄出来。因此，方工还是建议大家装修时尽量选择铜质的水龙头，不要选锌合金的。

目前国际上用作铸件的标准系列有两大类，—类是ZAMAK合金、一类是ZA系列合金。

使用的ZAMAK合金有ZAMAK2、ZAMAK3、ZAMAK5及ZAMAK7。(为简便起见，统称上述合金为2号、3号、5号及7号合金)。

ZA系列有ZA-8、ZA-12、ZA-27及ZA-35。ZA-8主 要用于热室压铸，ZA-12及ZA-27因有特殊熔化要求，只能用于冷室压铸。ZA-35一般用于重力铸件。而ZAMAK合金发展要先于ZA系列合金、主要用于压力铸造。应用最广泛的是3号锌合金。

Superloy: 流动性最佳，应用于压铸薄壁、大尺寸、精度高、形状复杂的工件，如电器元件及其盒体。

镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌合金。镁合金因其优良的铸造、挤压、切削和弯曲加工等性能，可以广泛地应用于汽车、电子、纺织、建筑和军事领域。

镁合金的熔点是650℃，熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达250MPa，最高可达600多MPa。

镁合金密度小（1.8g/cm3左右），强度高。镁合金是最轻的金属结构材料，比重只有1.8，分别为铝的2/3和铁的1/4，其比强度高达133，这使得镁合金可用作高强度材料。高强度镁合金的比强度甚至可以和钛相媲美。

镁合金弹性模量大，消震性好，在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。

镁合金具有良好的压铸成型性能，压铸件壁厚最小可达0.5mm, 适应制造汽车各类压铸件。镁合金件稳定性较高，压铸件的铸造性加工尺寸精度高，可进行高精度机械加工。

镁合金的散热相对于合金来说有绝对的优势，对于相同体积与形状的镁合金与铝合金材料的散热器，某热源生产的热量（温度）镁合金比铝合金更容易由散热片根部传递到顶部的速度，顶部更容易达到高温。

但镁合金线膨胀系数很大，达到25～26 μm/m℃，而铝合金则为23 μm/m℃，黄铜约20 μm/m℃，结构钢12 μm/m℃，铸铁约10μm/m℃，岩石（花岗岩、大理石等）仅为5～9 μm/m℃，玻璃5～11 μm/m℃。应用在热源处时一定要考虑温度对结构尺寸的影响。

镁合金的应用举例：一般中高端及专业数码单反相机都采取镁合金做骨架，使其坚固耐用，手感好；手机，笔记本电脑的壳体；在内部产生高温的电脑和投影仪等的外壳和散热部件上使用镁合金；汽车方向盘、转向支架、刹车支架、座椅框架、车镜支架、分配支架等要求重量轻而强度大的结构件。

图 镁合金笔记本电脑C件

按成型方法分为变形镁合金和铸造镁合金两类。

镁合金牌号以英文字母+数字+英文字母的形式表示。前面的英文字母是其最主要的合金组成元素代号（元素代号如下表规定），其后的数字表示其最主要的合金组成元素上下极限值的平均值。最后面的英文字母为标识代号，用以标识各具体组成元素相异或元素含量有微小差别的不同合金。

镁合金常用牌号有AZ31B、AZ31S、AZ31T、AZ40M、AZ41M、AZ61A、AZ61M、AZ61S、AZ62M、AZ63B、AZ80A、AZ80M、AZ80S、AZ91D、AM60B、AM50A、M1C、M2M、M2S、ZK61M、ZK61S、ME20M、LZ91、LZ61、LZ121、LA141、LA191、LAZ933、LA81、LA91、LAZ931、MA18、MA21、MA14等。

钛合金指的是多种用钛与其他金属制成的合金金属，强度高、耐蚀性好、耐热性高。钛合金广泛应用于制作飞机发动机压气机部件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等。钛合金也应用在火箭、导弹和高速飞机的结构件。

钛是同素异构体，熔点为1668℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方晶格结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素而得到不同组织的钛合金。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。我国分别以TA、TC、TB表示。

钛合金的密度一般在4.51g/cm3左右，仅为钢的60%，一些高强度钛合金超过了许多合金结构刚的强度，因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。

部分钛和钛合金的力学性能

钛合金产品

机壳采用钛合金的ThinkPad X1 Titanium Yoga 2 合 1 笔记本电脑

钛合金制品可以通过压铸和机械加工方法得到。钛合金熔化温度很高，对于模具钢材要求也较高。钛合金机械加工的方法很多，主要包括：车削、铣削、镗孔、钻削、磨削、攻丝、锯削、电火花加工等。

钛合金机械加工性能同样不佳。钛合金切削加工时切削力只是略高于同等硬度的钢，但大多数钛合金热导率很低，只有钢的1/7，铝的1/16，因此切削产生的热量不会迅速散走，聚集在切削区域，导致刀具刃口迅速磨损，崩塌和生成积屑瘤。

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文章｜铝拓，铝深加工，知乎方工rich、材子笔记、钛谷之声

 

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