QC-7模具铝热处理工艺优化及其对模具寿命的影响

　　QC-7模具铝合金深度技术分析

　　一、材料基础信息

　　QC-7是由美国Kaiser Aluminum开发的高强度模具专用铝合金，属于Al-Zn-Mg-Cu系超硬铝合金。其设计初衷是替代传统钢模，满足轻量化、高导热、快速冷却的现代模具需求，特别适合长寿命、高精度的注塑和压铸应用。

　　QC-7化学成分

　　铝(Al) 余量

　　铬(Cr)≤0.04

　　锆(Zr)0.08～0.15

　　锌(Zn)5.7～6.7

　　硅(Si)≤0.12

　　铁(Fe)0.000～0.150

　　锰(Mn)≤0.10

　　镁(Mg)1.9～2.6，

　　钛(Ti)≤0.06

　　铜(Cu)2.0～2.6

　　QC-7铝棒力学性能：

　　抗拉强度 σb (MPa)：≥530

　　伸长应力 σp0.2 (MPa)：≥400

　　伸长率 δ10 (%)：≥5

　　弹性模量：72GPa，

　　热膨胀系数23.5

　　熔点范围490-630

　　电导率41

　　电阻率0.0415

　　退火温度415，

　　固溶温度475，

　　时效温度125-175

　　斯录注 ：管材室温纵向力学性能

　　试样尺寸：所有

　　二、核心性能参数

　　性能指标QC-7典型值对比参考（P20钢）

　　密度 (g/cm³)2.817.85

　　硬度 (HRB)90-9528-32 (HRC)

　　抗拉强度 (MPa)550-620950-1050

　　热导率 (W/m·K)160-17529-33

　　热膨胀系数 (×10⁻⁶/K)23.5 (20-100℃)12.5

　　三、化学成分与强化机理

　　1. 典型成分（wt%）

　　元素含量范围功能作用

　　Zn5.8-6.8主强化元素（形成η'-MgZn₂相）

　　Mg2.0-2.6协同强化+提高耐蚀性

　　Cu1.2-1.8提升高温稳定性

　　Zr0.08-0.15抑制再结晶（形成Al₃Zr纳米颗粒）

　　Fe+Si≤0.15严格控制杂质

　　2. 微观组织特征

　　时效强化相：

　　主要强化相为**GP区→η'相→η相（MgZn₂）**的连续析出序列

　　晶界处分布断续的Al₂CuMg（S相）

　　晶粒结构：

　　通过Zr微合金化实现亚微米级等轴晶（平均晶粒尺寸0.8-1.2μm）

　　四、核心特性优势

　　1. 机械性能

　　比强度：220 MPa·cm³/g（优于7075-T6的200）

　　疲劳强度：10⁷次循环下达260 MPa

　　耐磨性：体积磨损率3.2×10⁻⁶ mm³/N·m（等同氮化钢）

　　2. 热性能

　　冷却效率：相比钢模可缩短冷却时间40-50%

　　热稳定性：

　　150℃下强度保持率＞85%

　　连续工作温度上限180℃

　　3. 加工特性

　　切削性：

　　推荐使用金刚石涂层刀具（Vc=300-400m/min，fz=0.05mm/tooth）

　　抛光性：

　　可达#12000镜面（Ra≤0.01μm）

　　适用于光学透镜模

　　五、典型应用场景

　　1. 注塑模具

　　高光表面需求：

　　汽车格栅/内饰件（PC+ABS）

　　透明PET饮料瓶胚模

　　耐腐蚀场景：

　　阻燃塑料（含卤素/磷系）成型

　　医疗级PEEK部件模具

　　2. 压铸模具

　　轻合金压铸：

　　镁合金笔记本外壳（寿命8-12万次）

　　铝合金5G基站壳体（导热优势显著）

　　特种应用：

　　金属粉末注射成型（MIM）模芯

　　3. 其他工装

　　半导体封装冲压模

　　复合材料热压成型模板

　　六、热处理工艺

　　1. 标准热处理流程（T6状态）

　　工序工艺参数关键控制点

　　固溶处理475±5℃×2h→水淬（60℃/s）转移时间＜10秒

　　人工时效120℃×8h + 160℃×12h阶梯时效提升韧性

　　2. 特殊处理选项

　　过时效（T73）：

　　165℃×24h → 耐蚀性提升（晶间腐蚀评级A）

　　深冷处理：

　　-196℃×4h → 尺寸稳定性提升30%

　　七、与竞品对比

　　特性13钢

　　热导率 (W/m·K)1701305028

　　比强度 (MPa·cm³/g)220200120135

　　模具寿命（注塑）50-80万次30万次100万次150万次

　　成本指数1.81.02.51.2

　　八、使用技术规范

　　冷却系统设计：

　　推荐变径水道（入口8mm→出口6mm）

　　流速需＞3m/s（防止局部沸腾）

　　表面处理建议：

　　硬质阳极氧化：膜厚20-25μm（HV≥800）

　　CrN涂层：摩擦系数降至0.15-0.2

　　维护要点：

　　每5000模次检查型腔尺寸（温差变形补偿）

　　停机时需涂布防锈油（RH＞60%环境）

　　QC-7在轻量化与高热效需求场景中表现zhuoyue，其Zn-Mg-Cu-Zr四元强化体系实现了钢模80%的强度却仅重36%，是新能源汽车、消费电子等领域精密模具的革新性材料选择。