ALUMOLD铝合金在轨道交通结构件中的应用

　　ALUMOLD铝合金的用途及特性分析

　　基本概况

　　ALUMOLD是一种专门为模具制造设计的铝合金，属于Al-Cu-Mg-Si系合金（2xxx系列）。它由美国铝业公司(Alcoa)开发，特别针对塑料注塑模具和压铸模具应用进行优化，兼具良好的机械加工性能和热传导特性。

　　ALUMOLD化学成分：

　　硅 Si ：0.40 ;

　　铜 Cu ：0.10;

　　镁 Mg：2.6～3.6 ;

　　锌 Zn：0.2 ;

　　锰 Mn：0.50 ;

　　铬Cr ：0.30 ;

　　铁 Fe： 0.40;

　　Ti：0.05;

　　铝 Al ：余量 。

　　ALUMOLD力学性能：

　　抗拉强度 σb (MPa)：165～265。

　　条件屈服强度 σ0.2 (MPa)≥90

　　弹性模量(E)： 69.3～70.7Gpa

　　密度：20℃(68℉)时为 2.83g/cm3(0.102lb/in3)。

　　退火温度 415℃(775℉)

　　固溶温度 475℃(890℉)

　　时效温度 120-175℃(250-350℉)

　　注 ：无缝管的力学性能

　　试样尺寸：直径>12.5

　　ALUMOLD热处理工艺：

　　均匀化退火:加热440℃;保温12～14h;空冷。

　　快速退火:加热350～410℃;保温时间30～120min;空或水冷。

　　高温退火:加热350～420℃;成品厚度≥6或<6时,保温时间为2～10min或10～30min;空冷。

　　低温退火:加热250～300℃或150～180℃;保温时间为1～2h,空冷.

　　物理性能

　　密度：2.80 g/cm³

　　熔点范围：510-635°C

　　热膨胀系数：23.2×10⁻⁶/K (20-100°C)

　　导热系数：170 W/(m·K)

　　比热容：960 J/(kg·K)

　　弹性模量：72 GPa

　　力学性能（典型值）

　　状态抗拉强度(MPa)屈服强度(MPa)延伸率(%)硬度(HB)疲劳强度(10⁷ cycles)

　　T651420-450380-41010-12120-135140-160

　　T7351380-410340-37012-15110-125150-170

　　主要特性

　　优势特点

　　优异的机械加工性：切削速度可比钢模具快5-10倍

　　高热传导性：快速散热，缩短注塑周期

　　良好的抛光性：可达镜面光洁度(Ra<0.05μm)

　　适中的强度重量比：密度仅为钢的1/3

　　的尺寸稳定性：热处理后残余应力低

　　耐腐蚀性：表面处理后耐塑料分解产物腐蚀

　　局限性

　　硬度低于工具钢

　　高温强度有限（长期使用温度<200°C）

　　耐磨性需通过表面处理增强

　　热处理工艺

　　1. 固溶处理

　　温度：495-505°C

　　时间：1-2小时（根据厚度）

　　冷却方式：水淬（60-80°C水）

　　2. 人工时效

　　T6处理：150-160°C/16-18小时

　　T73处理：两级时效（120°C/6h + 175°C/8h）

　　T7351处理：特殊应力消除时效工艺

　　主要应用领域

　　1. 塑料模具

　　注塑模具（特别是光学部件模具）

　　吹塑模具

　　挤出模头

　　热成型模具

　　2. 压铸模具

　　锌合金压铸模

　　镁合金压铸模

　　低熔点合金压铸模

　　3. 其他模具应用

　　发泡模具

　　复合材料成型模具

　　橡胶模具

　　蜡模

　　4. 非模具应用

　　半导体设备部件

　　医疗设备框架

　　精密机械基座

　　光学平台

　　加工工艺要点

　　1. 切削加工

　　推荐参数：

　　车削速度：300-500 m/min

　　铣削速度：600-1000 m/min

　　钻削速度：60-80 m/min

　　进给量：0.1-0.3 mm/齿

　　刀具选择：

　　金刚石刀具（佳选择）

　　硬质合金刀具

　　高转速加工

　　2. 表面处理

　　抛光工艺：

　　粗抛：金刚石砂轮

　　精抛：氧化铝或二氧化硅抛光液

　　镜面抛光：绒布+钻石膏

　　硬化处理：

　　硬质阳极氧化（膜厚50-100μm）

　　微弧氧化

　　化学镀镍

　　涂层技术：

　　TiN/TiCN涂层

　　DLC类金刚石涂层

　　CrN涂层

　　模具设计要点

　　冷却系统设计：

　　充分利用铝的高导热性

　　优化冷却水道布局

　　建议冷却水道距型腔表面15-25mm

　　结构设计：

　　减轻重量设计

　　考虑铝的弹性模量特点

　　关键部位可采用钢嵌件

　　寿命估算：

　　塑料模具：通常50-100万次

　　锌压铸模：约20-50万次

　　需定期检查抛光面状态

　　维护保养指南

　　日常维护：

　　每次使用后清洁型腔

　　检查冷却水道通畅性

　　定期润滑运动部件

　　防腐蚀措施：

　　储存时涂防锈油

　　避免接触腐蚀性塑料添加剂

　　及时修复受损表面处理层

　　修复技术：

　　局部焊接修复（需特殊焊丝）

　　镶嵌修补

　　表面重熔处理

　　市场同类材料对比

　　特性ALUMOLD7075铝合金P20钢H13钢

　　密度(g/cm³)2.802.817.857.80

　　导热系数1701303025

　　切削性良好中等较差

　　模具寿命中等较短长很长

　　成本较高中等中等高