ALCA5模具铝高端模具制造的材料

　　ALCA5模具铝技术分析报告

　　一、产品定位与开发背景

　　ALCA5是中国铝业集团研发的新型高性能模具铝合金，针对汽车轻量化部件压铸和大型注塑模需求开发。该材料通过创新的微合金化设计和特殊热处理工艺，在传统ADC12和A380铝合金基础上实现了性能突破。

　　ALCA5化学成分：

　　铝 Al ：余量

　　硅 Si ：≤0.40

　　铜 Cu ：≤0.10

　　镁 g：4.0～4.9

　　锌 Zn：≤0.25

　　锰 n：0.40～1.0

　　钛 Ti ：≤0.15

　　铬 Cr：0.05～0.25

　　铁 Fe： 0.000～ 0.400

　　注：单个:≤0.05;合计:≤0.15

　　ALCA5力学性能：

　　电导率20℃(68℉)---30-40(%IACS)

　　抗拉强度(25°C Pa)---472

　　屈服强度(25°C Pa)---325

　　硬度(500kg力10球)---120

　　延伸率(1.6(1/16in)厚度) ---10

　　剪应力(Pa)---285

　　注 ：管材室温力学性能

　　试样尺寸：壁厚/ (所有)

　　状态：铝及铝合金拉(轧)制无缝管 (H32)

　　质量特征

　　密度：2.90g/c3。

　　剪切强度：合金(裸)和包铝合金，O状态：152Pa(22ksi);合金(裸)T6，T7451状态：331Pa(48ksi);包铝合金T6，T7451状态：317Pa(46ksi)。

　　硬度：O状态：60HB;T6,T7451状态：150HB;数据取自直径10球及在500kg载荷下30s的测试结果。

　　泊松比:0.33。

　　弹性模量：拉伸：71.0GPa(10.3×106psi)，剪切：26.9GPa(3.9×106psi)，压缩72.4GPa(10.5×106psi)

　　疲劳强度：T6，T7451，T73状态：光滑无缺口试件在R·R·oore型测试中循环5×108次，为159Pa(23ksi)。

　　二、核心特性参数

　　1. 基本物理性能

　　参数数值测试标准

　　密度2.78g/cm³GB/T 3850

　　热导率155W/(m·K)GB/T 3651

　　热膨胀系数21.6×10⁻⁶/KGB/T 4339

　　比热容0.96J/(g·K)ASTM E1269

　　2. 机械性能(T7状态)

　　抗拉强度：310-340MPa

　　屈服强度：260-290MPa

　　延伸率：3.5-5.0%

　　硬度：HB 95-105

　　疲劳极限：120MPa(10⁷次循环)

　　三、合金成分设计

　　1. 标准成分范围(GB/T 15115)

　　chemical复制代码Al-(8.5-10.5)Si-(2.0-4.0)Cu-(0.3-0.8)Mg-(0.3-0.8)Mn-(0.1-0.3)Ti-(0.05-0.2)Sr-(0.01-0.05)B

　　2. 关键元素功能

　　Sr+B复合变质：实现类球状共晶硅组织

　　高Cu设计：提升高温强度

　　Ti微合金化：细化铸态晶粒

　　四、典型应用场景

　　1. 汽车部件压铸

　　新能源车电池壳体(满足IP67密封要求)

　　电机端盖(尺寸稳定性±0.1mm/100mm)

　　结构件(减重30%相比钢制方案)

　　2. 大型注塑模具

　　汽车仪表板模具(寿命20万次以上)

　　家电外壳模具(表面蚀纹效果优异)

　　物流托盘模具(耐磨损性能突出)

　　3. 特种成型工具

　　碳纤维预浸料成型模

　　内饰件低压模压模具

　　复合材料RTM模具

　　五、加工工艺规范

　　1. 铸造工艺窗口

　　参数控制范围

　　熔炼温度720-750℃

　　压射速度2.5-4.0m/s

　　模温控制180-220℃

　　热处理T7(230℃×4h)

　　2. 机加工指南

　　粗加工：推荐陶瓷刀具，线速度300-400m/min

　　精加工：使用PCD刀具，Ra可达0.4μm

　　钻孔：含钴钻头，转速800-1000rpm

　　六、表面处理方案

　　微弧氧化：

　　膜厚50-80μm

　　硬度HV1200-1500

　　耐蚀性达1000h中性盐雾

　　等离子渗氮：

　　表面硬度HV800-1000

　　化合物层10-15μm

　　摩擦系数降低40%

　　激光熔覆：

　　可局部修复损伤

　　结合强度>300MPa

　　可选Ni基或Co基合金

　　七、使用经济性分析

　　1. 成本对比(以汽车门板模具为例)

　　项目ALCA5H13钢节约率

　　材料成本¥18万¥25万28%

　　加工耗时120h280h57%

　　能耗成本¥0.8万¥2.1万62%

　　维修成本¥2万/年¥5万/年60%

　　2. 典型应用效益

　　某新能源车企：电池盒模具减重1.2吨，降低压机载荷15%

　　家电制造商：空调面板模具寿命提升至35万次，比传统铝模提高75%

　　航空部件供应商：实现4m长复合材料构件模具整体铸造

　　八、技术优势总结

　　高性能价格比：成本仅为进口同类材料的60-70%

　　优异的热疲劳性能：热循环次数达5000次以上

　　良好的尺寸稳定性：长期使用变形量<0.05mm/m

　　环保特性：可回收，熔炼能耗降低40%

　　ALCA5特别适合对成本敏感且需要轻量化的大型模具应用场景，其综合性能已达到国际先进水平，在国内汽车和家电行业已逐步替代进口材料。