QC-10铝合金加工汽车轻量化模具革命

　　QC-10模具铝全面技术解析

　　一、基础材料特性

　　QC-10是美国Alcoa公司开发的专用模具铝合金，属于Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金，经特殊热处理后具有zhuoyue的综合性能平衡，是航空模具领域的材料。

　　关键特性矩阵：

　　性能维度典型表现测试标准

　　机械性能强度-韧性优异组合ASTM B209

　　热性能高热导率+低热膨胀ASTM E1461

　　工艺性切削性+焊接性优良ISO 3685

　　耐久性抗应力腐蚀+疲劳ASTM G47

　　QC-10实测化学成分：

　　硅Si：0.50

　　铁Fe: 0.50

　　铜Cu：3.8-4.9

　　锰Mn：0.30-1.0

　　镁Mg：1.2-1.8

　　铬Cr：0.10

　　锌Zn：0.25

　　铝Al：余量

　　QC-10力学性能：

　　抗拉强度 σb (MPa)：110-136

　　伸长率 δ10 (%)： ≥20

　　退火温度为：415℃。

　　屈服强度 σs (MPa) ≥110

　　伸长率 δ5 (%) ≥12

　　试样毛坯尺寸 所有壁厚

　　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5*106次时160MPa(23ksi);R.R.Moore型试验。

　　三、核心性能参数

　　1. 机械性能（T7451状态）

　　抗拉强度：585-620MPa

　　屈服强度：540-565MPa

　　延伸率：10-12%

　　断裂韧性：K₁c=34MPa√m

　　2. 热物理性能

　　热导率：155W/(m·K) @25℃

　　线胀系数：23.8×10⁻⁶/℃ (20-100℃)

　　比热容：900J/(kg·K)

　　3. 特殊性能优势

　　各向同性指数：1.02（接近完美各向同性）

　　疲劳极限：240MPa @10⁷ cycles

　　应力腐蚀阈值：75%YS

　　四、典型应用领域

　　1. 航空模具

　　复材成型模：工作温度175-200℃

　　钛合金热成型模：接触压力>50MPa

　　机翼蒙皮拉伸模：型面精度0.1mm/m

　　2. 高端工业模具

　　赛车碳纤维部件模：固化压力10-15bar

　　风力叶片阳模：尺寸稳定性<0.05mm/24h

　　卫星反射镜模：热变形<1μm/℃

　　3. 精密制造

　　光学镜头阵列模：面形精度λ/10

　　MEMS器件冲压模：特征尺寸5-10μm

　　惯性导航零件模：微振动敏感性<0.01g

　　五、热处理工艺

　　优热处理路线：

　　固溶处理：475℃±5℃×90min → 水淬（淬火速率>300℃/s）

　　应力消除：-50℃冷处理×4h + 100℃×6h

　　双级时效：

　　段：120℃×8h（预沉淀）

　　第二段：160℃×12h（峰值时效）

　　热处理后性能变化：

　　状态强度(MPa)导电率(%IACS)残余应力(MPa)

　　T662038120-150

　　T745158042<50

　　六、机加工指南

　　推荐切削参数：

　　工序刀具材质切削速度(m/min)进给(mm/rev)备注

　　粗加工硬质合金180-2200.20-0.25大水流量冷却

　　精加工PCD350-4000.05-0.08小切深0.1mm

　　钻孔钴高速钢60-800.08-0.12啄钻方式

　　特殊加工技术：

　　超声振动车削：振幅15μm，表面粗糙度可达Ra0.1

　　激光辅助铣削：局部预热180℃，切削力降低40%

　　电解机械复合加工：复杂型腔精度±0.01mm

　　七、表面处理方案

　　1. 常规处理组合

　　机械抛光：钻石膏逐级抛光至Ra0.01μm

　　阳极氧化：硬质阳极氧化20-25μm（HV≥500）

　　PTFE浸渍：摩擦系数降至0.05-0.08

　　2. 高端涂层系统

　　CrAlN/TiSiN多层涂层：硬度HV3500，工作温度800℃

　　类金刚石碳膜(DLC)：厚度2-3μm，适用于无润滑成型

　　等离子电解氧化：50μm陶瓷层，绝缘电阻>10¹²Ω

　　八、模具设计要点

　　关键设计原则：

　　热管理优先：冷却水道距型面8-12mm，流速>2m/s

　　应力均衡设计：对称结构+过渡圆弧(R≥5mm)

　　模块化设计：建议分割线设在低应力区