{
    "slug": "thermal-expansion-coefficients",
    "title": "CNC 材料热膨胀系数 (CTE) 对照表",
    "description": "22 种 CNC 常用材料的热膨胀系数（µm/m·°C）及各数值适用的温度区间，并用算例说明这些差异对配合与检测的影响，附不同温差下的伸长量对照，配合公差链计算时可直接取值。",
    "lang": "zh",
    "tables": [
        {
            "caption": "各材料在不同温度区间下的热膨胀系数 (CTE)",
            "columns": [
                "材料（牌号）",
                "CTE (µm/m·°C)",
                "温度区间",
                "工程意义",
                "来源"
            ],
            "rows": [
                {
                    "材料（牌号）": "Aluminum 1060 (commercially pure)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "23.6",
                    "温度区间": "20–100 °C",
                    "工程意义": "常见 CNC 金属中 CTE 最高；母线与散热器设计必须预留膨胀间隙",
                    "来源": "ASM Handbook Vol. 2 via matmake.com"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "Aluminum 6061-T6",
                    "CTE (µm/m·°C)": "23.6",
                    "温度区间": "20–100 °C",
                    "工程意义": "加工量最大的铝合金；CTE 与热处理状态无关（O、T4、T6、T651 均为 23.6）",
                    "来源": "ASM Handbook Vol. 2, 10th ed.; MIL-HDBK-5J"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "Aluminum 6061-T6",
                    "CTE (µm/m·°C)": "24.6",
                    "温度区间": "20–200 °C",
                    "工程意义": "高温段均值上升约 4%；150 °C 以上应使用对应区间的 CTE",
                    "来源": "MIL-HDBK-5J; ASM Handbook Vol. 2"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "Aluminum 7075-T6",
                    "CTE (µm/m·°C)": "23.6",
                    "温度区间": "20–100 °C",
                    "工程意义": "航空级铝合金；CTE 与 6061 相同而屈服强度翻倍——简化混合牌号工装设计",
                    "来源": "matmake.com; arcuscnc.com"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "Copper C11000 (ETP)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "17.0",
                    "温度区间": "20–100 °C",
                    "工程意义": "母线与连接器材料；与铝（23.6）的 CTE 失配会导致双金属接线端子接头疲劳",
                    "来源": "fabdigit.com (C11000-O properties)"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "Copper C11000 (ETP)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "17.0",
                    "温度区间": "20–300 °C",
                    "工程意义": "宽温度区间的平均 CTE；制造商数据手册数值",
                    "来源": "jtcopper.com C11000 datasheet"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "Brass C36000 (free-cutting)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "20.5",
                    "温度区间": "20–100 °C (approx.)",
                    "工程意义": "可切削性最好的铜合金；CTE 介于铜与铝之间——黄铜镶件装在铝壳体时需关注",
                    "来源": "mechcodex.com C36000 thermal table"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "Carbon steel AISI 1045 (annealed)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "11.6",
                    "温度区间": "0–100 °C",
                    "工程意义": "基础轴类与齿轮用钢；CTE 约为铝的一半——ΔT = 100 °C 时铝-钢螺栓连接每 100 mm 产生 0.12 mm 差异位移",
                    "来源": "theworldmaterial.com AISI 1045 physical properties"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "Carbon steel AISI 1045 (annealed)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "12.3",
                    "温度区间": "0–200 °C",
                    "工程意义": "高温段均值；随温度区间升高而增大",
                    "来源": "theworldmaterial.com AISI 1045"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "Alloy steel AISI 4140 (normalized)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "12.3",
                    "温度区间": "20–100 °C",
                    "工程意义": "高强度轴类用钢；CTE 与 1045 接近——热应力计算中可互换使用",
                    "来源": "ASM Handbook Vol. 1; metalzenith.com"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "Stainless steel 304/304L",
                    "CTE (µm/m·°C)": "17.3",
                    "温度区间": "0–100 °C",
                    "工程意义": "奥氏体不锈钢的膨胀量比碳钢高约 44%；对换热器管-管板连接至关重要",
                    "来源": "jnalloys.com CTE comparison table"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "Stainless steel 316/316L",
                    "CTE (µm/m·°C)": "15.9",
                    "温度区间": "0–100 °C",
                    "工程意义": "虽同为奥氏体组织，CTE 低于 304（添加了钼）；船舶管路膨胀设计优先选用",
                    "来源": "jnalloys.com CTE comparison table"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "Stainless steel 17-4PH (H900)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "10.8",
                    "温度区间": "0–100 °C",
                    "工程意义": "马氏体沉淀硬化钢；不锈钢中 CTE 最接近碳钢——与钢结构配合的精密航空接头理想选择",
                    "来源": "xometry.com; alloy-materials.com (20–100 °C)"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "8.6",
                    "温度区间": "20–100 °C",
                    "工程意义": "常见结构金属中 CTE 最低；与 CFRP（0–2）匹配良好，适用于航空混合连接",
                    "来源": "arcuscnc.com CTE comparison"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "8.8",
                    "温度区间": "20–100 °C (approx.)",
                    "工程意义": "另一公开数值；差异在测量不确定度（±2%）范围内",
                    "来源": "mechcodex.com Ti-6Al-4V properties"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "Tool steel P20 (pre-hardened, 28–32 HRC)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "11.7",
                    "温度区间": "20–100 °C",
                    "工程意义": "模架钢；CTE 必须与镶块钢匹配，避免注塑模热循环期间出现热应力开裂",
                    "来源": "ASM Handbook Vol. 1; firstmold.com (P20 context)"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "Tool steel H13 (hot-work, 44–52 HRC)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "12.0",
                    "温度区间": "20–200 °C",
                    "工程意义": "压铸与锻模用钢；表面工作温度 500–650 °C，模芯镶块配合需用高温段 CTE",
                    "来源": "ASM Handbook Vol. 1; metalzenith.com"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "Delrin / POM (acetal homopolymer)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "110",
                    "温度区间": "23–60 °C",
                    "工程意义": "约为钢的 5×；温度升高时塑料对金属的过盈配合会变松——按最高工作温度设计过盈量",
                    "来源": "firstmold.com; DuPont Delrin 500P datasheet"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "Nylon 6/6 (unfilled, dry-as-molded)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "80",
                    "温度区间": "23–60 °C",
                    "工程意义": "吸湿会在热膨胀项之外叠加吸湿膨胀；50% RH 使有效尺寸变化增加约 0.2%",
                    "来源": "DuPont Zytel 101L datasheet; ASM Handbook Vol. 21"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "PEEK (unfilled, e.g. Victrex 450G)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "47",
                    "温度区间": "23–100 °C",
                    "工程意义": "未增强工程塑料中 CTE 最低；高温下接近铝——热循环环境下金属替代的可行选择",
                    "来源": "makerstage.com (citing Victrex); criterionprecision.com (45–55)"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "PEEK (30% glass-filled, GF30)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "27",
                    "温度区间": "23–100 °C",
                    "工程意义": "玻纤增强使 CTE 降低约 43%；热循环下要求尺寸稳定时选用",
                    "来源": "makerstage.com PEEK grade comparison (Victrex)"
                },
                {
                    "材料（牌号）": "ABS (general purpose, unfilled)",
                    "CTE (µm/m·°C)": "90",
                    "温度区间": "23–60 °C",
                    "工程意义": "CTE 高，限制其在精密装配中的使用；间隙宽裕的消费品外壳可以接受",
                    "来源": "firstmold.com; Cycolac/Terlux datasheets"
                }
            ]
        },
        {
            "caption": "当差异变成一个尺寸",
            "columns": [
                "情形",
                "计算",
                "结果",
                "设计对策"
            ],
            "rows": [
                {
                    "情形": "6061-T6 壳体（CTE 23.6）螺栓连接 1045 钢底座（CTE 11.6），紧固孔距 200 mm，ΔT = 50 °C",
                    "计算": "ΔL(Al) = 23.6 × 10⁻⁶ × 200 × 50; ΔL(steel) = 11.6 × 10⁻⁶ × 200 × 50",
                    "结果": "0.236 mm vs 0.116 mm — 0.120 mm differential",
                    "设计对策": "螺栓间隙只有 0.1 mm 时，ΔT = 50 °C 接头就会卡死。采用长圆孔、间隙 ≥ 0.3 mm 或弹性垫圈；精密工装尽量做成铝对铝或钢对钢。"
                },
                {
                    "情形": "钢结构（CTE 12.0）直接螺栓连接 CFRP 板（纤维方向 CTE ~1.0），跨距 300 mm，ΔT = 80 °C",
                    "计算": "(12.0 − 1.0) × 10⁻⁶ × 300 × 80",
                    "结果": "0.264 mm relative slip per cycle",
                    "设计对策": "Ti-6Al-4V 镶件（CTE 8.6）把两侧失配降到 7.6 µm/m·°C，差异位移减少约 30%——钛合金接头在复合材料航空结构中占主导的原因。"
                },
                {
                    "情形": "Delrin 衬套（CTE 110）压入钢壳体（CTE 11.6）：外径 25 mm，20 °C 过盈量 0.05 mm，工作温度 80 °C",
                    "计算": "ΔL(POM) = 110 × 10⁻⁶ × 25 × 60; ΔL(steel) = 11.6 × 10⁻⁶ × 25 × 60",
                    "结果": "0.165 mm vs 0.017 mm — 0.148 mm of interference lost (−0.098 mm, i.e. clearance)",
                    "设计对策": "到 80 °C 时过盈配合变成间隙配合。按最高工作温度计算过盈量，用机械方式固定 POM（卡环、滚花），或改用 PEEK (CTE 47) 或玻纤增强 PEEK (CTE 27)。"
                },
                {
                    "情形": "500 mm 6061 零件在 30 °C 车间温度加工，在 20 °C（ISO 1 标准参考温度）检测",
                    "计算": "23.6 × 10⁻⁶ × 500 × 10",
                    "结果": "0.118 mm — reads 500.000 mm at 30 °C, 499.882 mm at 20 °C",
                    "设计对策": "对 ±0.05 mm 的工件，这个误差是公差带的 2.4×：最终检测前把零件均温到 20 °C ± 1 °C，或在加工中做补偿。"
                },
                {
                    "情形": "P20 模架（CTE 11.7）装 H13 模芯镶块（CTE 12.0），镶块直径 100 mm，ΔT = 60 °C，设计间隙 0.02 mm",
                    "计算": "12.0 × 10⁻⁶ × 100 × 60; 11.7 × 10⁻⁶ × 100 × 60",
                    "结果": "0.072 mm vs 0.070 mm — clearance grows only 0.002 mm",
                    "设计对策": "P20 与 H13 热匹配良好（失配 0.3 µm/m·°C）。同样 ΔT 下，铍铜镶块（CTE 16.6）对 P20 会损失 0.029 mm 间隙——设计铍铜镶块须预留膨胀余量。"
                }
            ]
        }
    ]
}