FORTAL模具铝加工高刚性耐腐蚀材料

　　FORTAL模具铝综合技术分析

　　一、材料背景与发展

　　FORTAL是法国Pechiney公司（现为Constellium集团）开发的高强度铝合金系列，属于Al-Zn-Mg-Cu系合金，专为模具和航空航天应用设计。FORTAL系列主要包括FORTAL NEU（FORTAL 3）、FORTAL 5等型号。

　　FORTAL实测化学成分：

　　铝 Al(小值)：余量

　　硅 Si：0.30~0.6

　　铁 Fe：0.10~0.30

　　铜 Cu：≤0.10

　　锰 Mn：≤0.10

　　镁 Mg：0.35~0.6

　　铬 Cr：≤0.05

　　锌 Zn：≤0.15

　　钛 Ti：≤0.10

　　未指定的其他元素：单个：≤0.05;合计：≤0.15

　　注：①在生产者或供者与买方都同意下，挤压件和锻件(Zr+Ti)限量大可定为0.25%

　　FORTAL力学性能：

　　抗拉强度 σb (MPa)：≥245

　　条件屈服强度 σ0.2 (MPa)：≥140

　　伸长率 δ10 (%)：≥10

　　注 ：型材室温纵向力学性能

　　试样尺寸：所有厚度

　　状态：铝及铝合金拉(轧)制无缝管 (H32)

　　质量特征

　　密度：2.75g/cm3。

　　弹性模量：拉伸：70.3GPa(10.2×106psi)，剪切26.4GPa(3.83×106psi)，压缩71.7GPa(10.4×106psi)

　　疲劳强度：H321和H116状态：循环5106次时160MPa(23ksi);R.R.Moore型试验。

　　性能：具有良好的延展性、抗蚀性;

　　应用：电子、电气用弹簧、开关、接插件、引线框架、连接器、端子、振动片等。FORTAL用于弹性材料;弹性要求特别高时，选用FORTAL;

　　功能：适用于制作弹性元件、零件、耐蚀零件和抗磁零件等材料。

　　二、典型应用领域

　　1. 模具制造

　　注塑模具：大型家电外壳、汽车内饰件

　　压铸模具：铝/镁合金压铸模

　　吹塑模具：PET容器成型模具

　　橡胶模具：轮胎、密封件生产模具

　　2. 航空航天

　　飞机结构件

　　航天器部件

　　直升机旋翼系统

　　3. 其他工业应用

　　机器人结构件

　　高精度测量仪器框架

　　半导体设备部件

　　三、关键材料特性

　　1. 机械性能（以FORTAL 5为例）

　　性能指标典型值范围热处理状态

　　抗拉强度450-500 MPaT651

　　屈服强度390-440 MPaT651

　　延伸率8-12%T651

　　硬度140-160 HBT651

　　断裂韧性28-32 MPa√mT651

　　2. 物理特性

　　密度：2.82 g/cm³

　　热导率：155 W/(m·K) (25°C)

　　热膨胀系数：23.5×10⁻⁶/°C (20-100°C)

　　弹性模量：72 GPa

　　3. 特殊性能优势

　　高比强度：强度/重量比优于大多数钢材

　　加工性能：优良的切削性和抛光性

　　尺寸稳定性：热处理变形小

　　耐蚀性：优于常规7xxx系铝合金

　　四、化学成分(wt.%)

　　典型FORTAL铝合金成分：

　　Al：余量

　　Zn：5.5-6.5

　　Mg：2.2-2.8

　　Cu：1.2-2.0

　　Mn：≤0.3

　　Cr：0.18-0.28

　　Zr：0.08-0.15

　　其他：≤0.15

　　五、热处理工艺

　　固溶处理：

　　温度：475±5°C

　　时间：1-2小时/25mm厚度

　　冷却方式：水淬

　　时效处理：

　　单级时效：120°C/24h

　　双级时效：120°C/8h + 160°C/16h

　　六、加工建议

　　1. 切削加工

　　车削速度：200-300 m/min

　　进给量：0.1-0.3 mm/rev

　　刀具材料：推荐使用硬质合金或PCD刀具

　　2. 表面处理

　　阳极氧化（建议膜厚20-30μm）

　　化学镀镍

　　喷砂处理（用于纹理效果）

　　七、与常用模具材料对比

　　FORTAL vs 7075铝合金：

　　强度提高10-15%

　　耐蚀性更优

　　抗应力腐蚀性能更好

　　FORTAL vs P20模具钢：

　　重量减轻60%

　　热传导率提高3倍

　　加工周期缩短50%

　　八、典型应用案例

　　汽车工业：仪表板注塑模具，寿命达50万模次

　　电子行业：笔记本电脑外壳模具，实现Ra0.05μm表面光洁度

　　包装行业：PET瓶胚模具，生产效率提升30%