铸造铝合金（压铸为主）的材料特性与热管理壳体选材

课程大纲

• 能把一个热管理承压铸件归入高压压铸族 / 低压重力族 / 免热处理族，并说出该族对应的典型件类，以及 H1-01 的变形铝判据为什么一条都不能平移过来
• 能说清 Si / Cu / Mg / Fe 四个元素各改变了什么，并解释共晶组织与 β-Al5FeSi 针片相的形成条件、形貌判据与后果
• 能解释 Fe 的「防粘模—降韧性」两难，以及 N5-01「流动性 vs 延伸率、Cu/Fe vs 耐蚀」两难的冶金根源，并判断这两难能不能靠换牌号解决
• 能为一个铸件给出导热率 k、温度相关 E / 屈服、线胀系数 α 的取值来源与取值层级（单铸试棒 / 本体取样 / 设计许用），并判断沿用变形铝物性会把设计裕度算偏到哪一侧
• 能读懂铸态 F 与 T5 / T6 / T7 在铸件上的差别，并说明大型薄壁高压压铸件回避固溶处理的冶金原因
• 能判断服役温度下过时效与蠕变对铸件许用值和密封压紧力的影响方向，并说明什么时候必须索取高温/长时数据而不能用室温数据表

1. 铸造铝合金的三族分野：先归族，再取判据
   • 按成型工艺归三族，族别一定就把物性档位、可达延伸率与可用后处理一起定了：**高压压铸族（HPDC）**＝ADC12 / A380 / AlSi9Cu3(Fe)，高 Si 高 Cu、流动性好、薄壁可成形，代价是致密性与延伸率；**低压/重力铸造族**＝A356 / AlSi7Mg，Si 较低、可走完整固溶时效、致密性与延伸率明显优于 HPDC，但节拍与薄壁下限受限；**免热处理压铸族**＝低 Cu 的 AlSi 体系，铸态直接交付，为的是躲开固溶（动因见第 4 讲与 N5-01）
   • 归族的第一个后果是「H1-01 的判据一条都不能带过来」：变形铝那套（钎后 O 态取值、包覆率、牺牲阳极层、Mg 毒化钎剂）建立在「变形加工＋钎焊」这条链上，铸件走的是「凝固＋机加＋密封/焊接/胶接」另一条平行链。两条链只在同一水冷回路上共存时才交接，交接点恰好三处：电偶腐蚀（→H6-02）、线胀系数失配（→本课公式条）、连接工艺（→H2-01 / H3 系）
   • 件类到族的映射就是选材入口，也是本课与产品课的分工线：电机机壳水道（E1-01）、电驱共壳体油/水道（E4-01）、OBC/DCDC 盒体一体水道（E3-01）、TMM/阀岛壳体（G8-03）、电子泵与 PTC 壳体（G9-01/G9-02 侧）多走高压压铸族；发动机缸体缸盖水套腔体（F1-02，砂芯成型）走低压/重力族；车身级流道铸入件（N5-01）走免热处理族
   • ⛔ 各国牌号对照与状态代号登记体系不在本课：GB/T 1173 的 ZL/YL 系、JIS 的 ADC12、ASTM 的 A380/A356、EN 的 AC-46000/AC-42100 之间不可互查互译，以及 F/T5 与变形铝 O/H1x/H2x 的语义分野，一律归 H1-01「铝合金体系与牌号命名」节。本课不做对照表，只做「族—件类—判据」的映射
   • 判「这件能不能按铸铝常规判据走」，先过三个准入问题：① 它承压吗——承压则致密性与本体取值成为主判据（取值口径归 J5-01）；② 它要不要与钎焊换热器同炉——要则直接否，判据是液相线而非固相线（见第 4 讲与 H2-01）；③ 它要不要大面积绝缘/装饰性阳极氧化——要则直接否（判据与替代路线见 H6-02「材料限制」条）。三问过不了的改族或改结构，别靠调牌号硬解
2. 成分—组织：Si / Cu / Mg / Fe 各改了什么
   • Si 是这套体系的第一变量，且是双刃：提 Si 改善充型流动性与薄壁成形性、减小凝固收缩，同时把共晶组织比例推高——高 Si 共晶族的导热率因此显著低于变形铝，延伸率也随共晶量劣化。牌号名本身给出量级：AlSi9Cu3(Fe) 约 9% Si、AlSi7Mg 约 7% Si；Al-Si 二元共晶位于约 12.6 wt% Si / 577℃（与 H2-01 同口径），越靠共晶点流动性越好、导热越差
   • 共晶 Si 的**形态**（片状 vs 细化/球化）与**含量**是两个独立变量，别混成一件事：片状共晶 Si 是裂纹择优路径，改善延伸率靠改形态的空间比靠降 Si 更大；而形态由凝固冷速与变质处理决定——冷速与工艺参数归 G8-03 / N5-01，本课只取「形态决定延伸率、含量决定导热」这个材料侧后果
   • Cu 提强度与耐热（这正是 ADC12/A380 族含 Cu 的理由），代价是耐蚀性下降、导热进一步下拉，故带冷却液流道的铸件倾向**低 Cu** 的 AlSi 体系。N5-01「材料两难」那条的冶金解释就在这里：流动性要 Si、延伸率怕 Si 与 Fe、耐蚀怕 Cu 与 Fe——三个诉求指向不同的成分方向，同一炉合金只能取折中，不存在三项全占的牌号
   • Mg 在低压/重力族（AlSi7Mg）里是可热处理强化的来源（Mg₂Si 析出），这才是 A356 族能做 T6 的前提；在高压压铸族里 Mg 反而受限——既加剧热裂倾向，又是 CAB 钎剂的毒化物。毒化机理归 H2-01 / H2-02，本课只记结论：Mg 偏高会让「铸件与钎焊件同炉」这条路封死得更早
   • Fe 是全课最反直觉的一项：高压压铸**有意**保留一定 Fe 以抑制铝液对钢模的粘附（粘模 die soldering），Fe 低到某档则粘模与取件困难显著加剧；代价是 Fe 与 Al、Si 形成 **β-Al5FeSi 针片相**，针片相是应力集中源与裂纹起裂点，使延伸率塌陷。所以「Fe 越低越好」不成立，这是两难而非可单向优化的杂质。针片相带来的取值后果（判据靠脆性侧、用最大主应力而非 von Mises）归 J5-01 / J5-06，本课只给形成条件与金相形貌判据
   • Fe 容限同时是一条供应链约束：再生料掺比会推高 Fe/Si/Cu 累积，而铸造铝流本身就是变形铝混料的降级去处（变形铝侧的降级路径 H1-01 已给）。有再生料掺比要求的项目，选材阶段就要确认目标牌号的 Fe 上限还留不留得住延伸率指标，而不是等首件拉伸不合格再回头查料
3. 热物性与力学取值：数从哪来、取哪一层
   • 导热率 k 是本课对热设计侧最硬的一项交付，判据只有一条：**必须按铸铝物性另取，不能沿用 H1-01 的变形铝 k≈150~230 W/(m·K)**。定性排序是确定的——高 Si 共晶族 < 低 Si 亚共晶族 < 变形铝，Cu 与 Fe 各再下拉一档；沿用变形铝 k 的后果是把壁面导热热阻算小、把机壳/水套的散热裕度**系统性高估**（E1-01「一体铸铝水道 vs 内外壳压装水道」那条取值就死在这里）
   • ⛔ 本大纲不给 k 的具体区间数值：ADC12 族与 A356 族的 k 须取自牌号标准与供应商牌号数据表（来源清单见 standards），并与 H1-01 的变形铝区间并排成一张表才算交付。取不到就在决策表里标「缺料」，不许用「行业惯例」补数——这条纪律本身是本讲要教的动作
   • 力学取值必须分三层报，混层就是把安全系数算虚：**单铸试棒值**（标准里那一档，代表合金潜力）→ **本体取样值**（代表这个件这个位置的真实水平，随壁厚、热节与充型而变）→ **设计许用值**（按铸件质量分级下调后）。本课只负责讲清三层为什么不同（气孔/缩松使强度随位置分散、针片相消掉塑性储备），**下调档位、安全系数口径与脆性侧判据整段归 J5-01「材料与本构模型」节**，不在本课重讲
   • 温度相关物性不能只拿室温值：E 与屈服随温度下降、α 随温度上升，而压铸壳体的工况温度（水道壁、电驱共壳体、PTC/OBC 壳体）离室温有可观距离。判据是一句可核的话——「这份仿真用的是温度相关材料卡还是常温卡」；J5-06 tools 那条「温度相关 E、屈服与线胀系数」就指向本课，本课交付取值来源与温度区间口径，建模层（单元类型、本构类型）归 J5-06
   • 气孔/缩松在本课只是「物性数据的分散源」，不是工艺题：本课只用它解释两件事——为什么同一牌号只能给区间而不能给一个数、以及取样位置为什么必须随图纸指定。气孔/缩孔的形成机理、真空压铸、含浸封孔、机加不得切穿表皮致密层一律归 G8-03（放大到米级件后的尺度劣化归 N5-01），本课不碰
   • 致密性与气密性的关系只保留材料侧一句：孔隙连成通路即成漏路，但**换牌号解决不了渗漏**——渗漏由高速充型卷气、热节缩松与壁厚突变决定，对策在工艺侧（G8-03 / N5-01 已写全）。这句要在选材评审上主动说出来，否则会出现「用免热处理低 Cu 牌号治渗漏」这种错误动作（N5-01 已点明该轴不通）
4. 状态谱系与服役演化：为什么不做 T6、以及跑久了会怎样
   • 状态谱系先记住「铸件不套变形铝的 O/H1x/H2x」：压铸件常以**铸态 F** 或 **T5**（铸后直接人工时效、无固溶）交付；低压/重力族的 A356 可走完整 **T6**（固溶＋淬火＋人工时效）或 **T7**（过时效稳定化，用强度换尺寸稳定性与韧性）。状态代号本身的语义与登记体系归 H1-01，本课只讲各档在铸件上做得到做不到、代价是什么
   • 大型薄壁高压压铸件回避固溶的**冶金原因**只有一条属材料侧：固溶温度下内部残留气孔中的气体膨胀，在近表层形成起泡（blistering），件废且不可返修。另两条动因——固溶淬火后的热变形吃掉大件尺寸精度、多一道工序的成本与节拍代价——已由 N5-01 第三节写完，本课只作引用，不重讲三重动因
   • 于是免热处理族的强度只能从**成分与凝固**里拿，不能从热处理里拿，这把第 2 讲的两难顶到极限：不能靠 T6 补强度，就更依赖 Si/Mg 配比与 Fe 控制，而这两项又与流动性、延伸率、耐蚀互相拉扯。判断口径因此要改——免热处理不是「更先进的合金」，是「用成分设计换掉一道工序」的交换，收益在尺寸精度与节拍，代价记在成分自由度上
   • 服役侧两条演化是本课在 T5/T6 之后必须补的一段：① **过时效**——T5/T6 件长期在偏高温度下服役（电驱共壳体、PTC/OBC 壳体离热源近），析出相继续粗化，强度与硬度单向下降，室温初始值不能当寿命末期值用；② **蠕变**——温度叠加持续载荷（螺栓预紧、密封压紧力）导致缓慢变形，密封面比压随时间衰减。判据是「服役温度离时效温度多远」与「载荷是不是长期恒定」，两条都要求供应商给高温/长时数据，室温数据表撑不住
   • 状态选择的工程结论收成三问：这件要不要尺寸稳定（要则考虑 T7 或铸态而不是 T6）· 长期工作温度离时效温度多远（近则必须索取过时效数据）· 密封力靠不靠金属件自身保持（靠则要蠕变/应力松弛数据；非金属密封件侧的松弛与超弹标定归 J5-08）
   • 第 4 讲收一条材料侧的连接边界（只留数值判据，结论不重讲）：ADC12 等共晶族固相线约 515℃、液相线约 580℃ 量级，已低于铝钎焊 CAB 常用峰值约 595~605℃——这是「压铸件不能进钎焊炉」的材料侧根据。⛔ 该结论及其替代连接路线（机械连接/密封垫/焊接/胶接）归 H2-01「工艺窗口从哪来」节，本课到数值判据为止

• 以为铸铝的 k 与变形铝差不多、直接套 150~230 W/(m·K) 做热阻链——其实高 Si 共晶族显著更低、Cu 与 Fe 再各下拉一档；后果是把机壳/水套的散热裕度系统性高估，且偏向不安全一侧，往往到台架温升才暴露（E1-01 那条热阻链的取值就死在这里）
• 以为压铸件牌号可以按 3003/6061 那套四位体系去读——其实铸铝走独立命名体系，GB/T 1173 的 ZL/YL、JIS 的 ADC12、ASTM 的 A380/A356、EN 的 AC-46000 之间不可互查互译（命名与对照归 H1-01，本课只提醒别平移）
• 以为 Fe 是纯杂质、越低越好——其实高压压铸有意保留一定 Fe 抑制粘模，Fe 低到某档粘模与取件困难显著加剧；Fe 的代价是 β-Al5FeSi 针片相让延伸率塌陷。这是两难而不是可单向优化的杂质，把它当杂质去压会在模具端付账
• 以为压铸件也能靠 T6 提强度——其实大型薄壁压铸件基本不做固溶：气孔在固溶温度下受热膨胀起泡、薄壁件淬火后热变形吃掉尺寸精度、多一道工序还压节拍与成本；这三条合力才是「免热处理压铸铝合金」的由来（三重动因的架构侧叙述归 N5-01，本课只给冶金侧那一条）
• 以为拿到牌号数据表上的一个屈服值就够用了——其实压铸件的取值分三层：单铸试棒 ≠ 本体取样 ≠ 按铸件质量分级下调后的设计许用；混层会把安全系数整体算虚（下调档位与安全系数口径归 J5-01）
• 以为室温物性表能一路用到寿命末期——其实 T5/T6 件长期在偏高温度服役会过时效、强度单向下降，α 还随温度上升；判据是服役温度离时效温度多远、载荷是否长期恒定，近了就必须索取高温/长时数据
• 以为选低 Cu 的 AlSi 免热处理体系就能解决流道渗漏——其实渗漏由高速充型卷气、热节缩松与壁厚突变决定，对策在工艺侧（G8-03 / N5-01），换牌号解决不了（N5-01 已点明该轴不通）
• 以为压铸壳体也能靠大面积阳极氧化做防护或绝缘——其实高 Si 共晶相不成膜、膜发黑且厚度均匀性差，耐蚀与绝缘均不可靠，须改涂层/粉末喷涂/化学钝化（判据与替代路线归 H6-02）
• 以为压铸壳体能和钎焊换热器一起进炉省一道工序——其实 ADC12 这类共晶族的液相线约 580℃ 量级已低于 CAB 常用峰值约 595~605℃，件会软化熔化；判据看液相线而不是固相线，结论与替代连接归 H2-01

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