H1-04 铸造铝合金（压铸为主）的材料特性与热管理壳体选材

课程代码 H1-04 · 板块 H 材料、连接与制造工艺 / H1 金属材料与轻量化 时长 约 3.5 小时（5 讲 + 1 次《铸铝选材与取值决策表》实操） 适合对象 结构 / 材料工程师，做压铸承压壳体（电机机壳水道、电驱共壳体油/水道、OBC/DCDC 盒体一体水道、TMM/阀岛壳体、电子泵壳体）选材与物性取值的人（必修）· 压铸件 DFM 工艺工程师（进阶）· 给压铸件做耐压/热应力 FEA、需要为材料卡取值的仿真工程师（进阶） 前置 H1-01 热管理用铝合金牌号、性能与选材 热管理用铝合金牌号、性能与选材（牌号命名体系、状态代号、k 随牌号与状态查的纪律）· A1-01 一维/多维、稳态与瞬态导热的工程建模 一维/多维、稳态与瞬态导热的工程建模（热阻链的串联加法）· 体系外前置（需自备）：金属材料学与热处理基础（二元相图、共晶凝固、固溶与时效） 本讲义定位 讲师授课蓝本 / 学员自学讲义。本课是 H1 四门里唯一讲铸造铝的一门——H1-01 热管理用铝合金牌号、性能与选材 讲变形铝与钎焊板，H1-02 铜、钢及复合材料的应用场景 讲跳出铝的场景，H1-03 轻量化材料与薄壁化工艺趋势 讲轻量化与薄壁化，铸铝这一支此前没有属主。⛔ 本课只讲材料与冶金层，不讲压铸成型工艺、不讲 DFM 规则、不讲结构级集成

---

按任务导航

你手上的事	直接看	还要配
手上一张压铸壳体图纸，要判它属哪个铸造族	第 1 讲 1.2：按成型工艺归三族	第 1 讲 1.4：件类到族的映射表
要判「这件能不能按铸铝常规判据走」	第 1 讲 1.6：三个准入问题	图3 的三问决策链
有人把 H1-01 热管理用铝合金牌号、性能与选材 的选材判据整套搬到压铸件上	第 1 讲 1.3：两条平行链只在三处交接	图2
供应商说「Fe 我们控得很低，质量好」	第 2 讲 2.5：Fe 是两难不是杂质	图6：粘模与延伸率的反向曲线
评审问「为什么不选 Si 更低的牌号，导热更好」	第 2 讲 2.1 + 2.7：三个诉求指向不同成分方向	第 1 讲 1.2：族别一定，薄壁下限与节拍就定了
仿真要填材料卡的导热率 k	第 3 讲 3.2 + 3.3：档位关系与取值路径	⛔ 本课不给 k 的数值，理由在 3.3
拿到一份牌号数据表上的屈服值，想直接当许用值	第 3 讲 3.4：三层取值不许混	⛔ 下调档位与安全系数 → J5-01 换热器/冷板结构强度与耐压 FEA
台架温升比仿真高一大截，怀疑热阻链算错了	典型案例详解 + 第 3 讲 3.8	图10：份额被算小之后瓶颈判断会翻面
流道渗漏超标，有人提议换免热处理低 Cu 牌号	第 3 讲 3.7：换牌号解决不了渗漏	⛔ 对策次序 → N5-01 一体化压铸：冷却流道铸入车身结构件 / G8-03 集成模块的流道注塑/压铸工艺与密封
要判这件能不能做 T6	第 4 讲 4.2 + 4.3：两族的可做档位与起泡机理	图11
件长期工作在 100℃ 量级，问室温数据够不够	第 5 讲 5.1 + 5.2：过时效与蠕变的判据	第 3 讲 3.5：温度相关材料卡
有人想让压铸壳体和钎焊换热器一起进炉	第 5 讲 5.4：液相线这条数值判据	图12 温度轴；⛔ 结论与替代连接 → H2-01 铝换热器钎焊原理与钎料/钎剂体系
图纸上给压铸壳体写了「阳极氧化」	第 5 讲 5.5：高 Si 不成膜	⛔ 判据与替代路线 → H6-02 阳极氧化、锌层与电偶腐蚀防护
要估壳体与配副件的差热膨胀吃不吃得掉密封压缩量	关键公式详解 · 公式一	第 5 讲 5.6
要出一页选材与取值决策表交评审	动手做	第 1 讲 1.7 的平台相关量汇总表

⛔ 本课不覆盖 · 栏一（每样带去向）：压铸成型工艺与防漏对策（气孔/缩孔的形成机理、真空压铸、局部加压、含浸封孔、浇口与热节、机加不得切穿表皮致密层）→ G8-03 集成模块的流道注塑/压铸工艺与密封；整车结构级集成、米级件的尺度劣化、可溃散芯与铸入管、产量门槛、免热处理三重动因的架构侧叙述 → N5-01 一体化压铸：冷却流道铸入车身结构件；压铸件力学取值口径整段（本体取样的下调档、按铸件质量分级定许用、安全系数、判据靠脆性侧、最大主应力而非等效应力）→ J5-01 换热器/冷板结构强度与耐压 FEA；建模层（单元选择、本构类型、温度相关材料卡怎么建、结果可信度）→ J5-06 结构 FEA 建模方法基础：单元、约束、本构与结果可信度；各国牌号对照与 F/T5 状态代号的语义登记 → H1-01 热管理用铝合金牌号、性能与选材；「压铸件不能进钎焊炉」的结论与替代连接路线（机械连接/密封垫/焊接/胶接）→ H2-01 铝换热器钎焊原理与钎料/钎剂体系 与 H3-01 搅拌摩擦焊/激光焊在热管理中的应用；高 Si 压铸铝阳极氧化受限的判据与替代防护路线、电偶腐蚀的面积比与隔离设计 → H6-02 阳极氧化、锌层与电偶腐蚀防护；涂层防腐与盐雾谱 → H6-01 铝换热器防腐涂层与耐盐雾设计；冷却液相容、缓蚀剂与劣化 → H7-01 冷却液（乙二醇型）配方、性能与劣化；通用可制造性规则（拔模角、壁厚均匀、减件、筋位与浇口设计）→ I5-01 面向制造与装配的设计（DFM/DFA）；发动机水套腔体的砂芯可铸性后果 → F1-02 精确冷却/分体冷却与缸盖缸体温度管理；非金属密封件的蠕变松弛与超弹标定 → J5-08 非金属件的结构仿真：各向异性本构、蠕变松弛、超弹标定与密封接触；强约束下的热应力与热疲劳仿真 → J5-02 热应力、热变形与热疲劳仿真；一体铸铝水道与内外壳压装水道的换热对比 → E1-01 电机水冷（机壳水道）设计与换热强化。

⛔ 本课不覆盖 · 栏二（真正不给的数）：① 各铸造牌号的导热率 k 的具体数值与区间——理由写在 3.3，一句话是「本课未独立核过任何一份牌号数据表或牌号标准的该项数据，按本课自己教的纪律就不能写数」，⛔ 一律只写取值路径与档位关系；② 各牌号的强度、延伸率、弹性模量的具体值——同理，且它们还叠着「取哪一层」的问题（3.4）；③ 铸件质量分级的档位划分与设计许用的下调系数——归 J5-01 换热器/冷板结构强度与耐压 FEA，本课只讲三层为什么不同；④ Fe 的具体上下限、Si 与 Cu 的具体规格带——须查所引牌号标准的现行版本，本课只给「牌号名本身透出的量级」与元素作用方向；⑤ 标准条款的具体内容与限值——本课引用的标准只写「它管什么」，版次与实施日期以现行目录为准、引用前须核原文。

⚠ 栏二之外的平台相关量（水道壁厚、回路工作压力、静密封压缩率、壳体金属温度、再生料掺比）本课照给典型区间与常见值锚点，逐条标「⚠ 典型值、⛔ 不是验收依据，须实测确认」与拿到它的路。汇总表在 1.7。

---

引言：一台电驱机壳的温升，错在一个物性数上

一台电驱一体铸铝机壳，水道设计、泵的工作点、绕组等效热源都按流程走完了，一维热阻链搭得干干净净，仿真给出的绕组温升有 12 K 的裕度。台架实测，温升明显高于预测，绕组温度在长坡工况提前触限。

排查按热阻链逐环走：水侧对流换热系数落在预期内（流量、雷诺数、水道当量直径都对得上），铁芯到机壳的接触热阻也在预期内（压装过盈、界面材料都没变）。剩下的那一环——壁面导热——在整条链里份额最小，最不像是问题所在，所以最后才查。

查出来的是一个取值动作：仿真材料卡里的导热率 k，是从换热器项目的材料库里拷过来的，那是变形铝的值。而这个件是高 Si 高 Cu 的高压压铸族，实际导热率低一个档位。

于是壁面导热热阻被系统性算小，热阻链里各环的份额全错了。更要命的不是温升算低了这件事本身——而是「瓶颈在水侧」这个结论也是错的。此前按「强化水侧」做的两轮改动（提流速、加扰流筋）动的是一个本来就不是瓶颈的环节，付出的泵功白付了。

整改分两步。第一步是把 k 换回铸铝的值，并用 k 的上下包络做一次敏感性扫描——重算之后瓶颈从水侧移到壁面，前面两轮改动的方向本身就不对。第二步才是结构动作：减薄水道壁、扩大过流面积。中间评估过一次「换低 Si 亚共晶族」——那一族导热更高，但薄壁成形性与节拍都不允许，最终维持族别，靠壁厚与面积把裕度找回来。

⚠ 本案例只给定性因果链与整改路径，具体温升与 k 值须以项目实测和现行牌号数据为准，本课不给数。

这门课要防的就是这一类错。它有三个特征，值得先记住：① 它不是算错，是取值取错了对象——公式、网格、边界条件全对；② 它在设计阶段不报错，一路绿灯直到台架；③ 它偏向不安全那一侧——把散热能力高估，而不是低估。

全课四根钉子

第一根钉子：铸铝与变形铝是两条平行的材料链，不是同一族里的两个分支。它们的成分体系、组织形态、可用状态、连接路线、表面处理路线全部不同。H1-01 热管理用铝合金牌号、性能与选材 那套建立在「变形加工 + 钎焊」上的判据，平移到铸件上一条都不成立。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、线胀系数失配、连接工艺。

第二根钉子：族别一定，物性档位、可达延伸率与可用后处理就一起定了。所以选材的第一个动作不是挑牌号，是归族。归错族之后再去调牌号，调的是一个不在正确坐标轴上的旋钮。

第三根钉子：铸件的力学数不是一个数，是三层。单铸试棒值 → 本体取样值 → 设计许用值，三层各回答一个不同的问题，混层会把安全系数整体算虚。这条纪律对物性数同样成立：同一牌号只能给区间不能给一个数，原因在气孔与缩松使强度随位置分散。

第四根钉子：铸造成分体系里的每一项都是两难，不存在可以单向优化的项。Si 管流动性也管导热与延伸率、Cu 管强度耐热也管耐蚀与导热、Fe 管防粘模也管针片相与延伸率。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——这是本课在评审桌上最常要说出口的一句话。

---

第 1 讲　三族分野：先归族，再取判据

1.1 本讲交出去的是什么

本讲结束时，你要能拿着一张压铸或铸造壳体的图纸，完成三件事：归族（属哪个铸造族）、说出这个族把哪些后续选项已经关掉了、过一遍三个准入问题判它能不能按铸铝常规判据往下走。

⚠ 本讲不交付牌号选择。牌号是在族确定、且第 2 讲的成分方向清楚之后才动的一步，而且很多项目里牌号是由压铸供应商的常备料决定的——你的作用是把「族」与「不许突破的成分边界」写进技术条件，而不是替供应商指定炉料。

1.2 按成型工艺归三族

铸造铝合金按成型工艺分族，是本课全部结论的地基。原因很直接：成型工艺决定了凝固条件与充型条件，凝固条件决定组织，组织决定物性与可用后处理。所以族别一定，物性档位、可达延伸率与可用后处理就一起定了——这条链没有旁路。

族一 · 高压压铸族（HPDC）。代表牌号是 ADC12、A380、AlSi9Cu3(Fe)。特征是高 Si、含 Cu，充型速度极高、模具激冷强烈。它带来的好处是流动性好、薄壁可成形、节拍快、单件成本低；代价是致密性与延伸率——高速充型必然卷气，卷进去的气体成为内部气孔，气孔既是强度分散源、又是后续固溶处理的禁区（第 4 讲）。这一族是热管理承压壳体的主力。

族二 · 低压/重力铸造族。代表牌号是 A356、AlSi7Mg。特征是 Si 较低、含 Mg 而基本不含 Cu，充型平稳、凝固相对缓慢。好处是致密性与延伸率明显优于高压压铸族，而且可以走完整的固溶时效（这是它与族一最大的分野，机理在 2.4 与第 4 讲）；代价是节拍慢、薄壁下限受限、单件成本高。

族三 · 免热处理压铸族。它在工艺上仍是高压压铸，但成分上走低 Cu 的 AlSi 体系，且专为「铸态直接交付、不做任何热处理」设计。它不是「更先进的合金」，是用成分设计换掉一道工序的交换（第 4 讲 4.5 展开这句话的完整含义）。

⚠ 三族的边界是工艺 + 成分设计意图，不是牌号名。同一个牌号名在不同供应商那里的成分带可能不同；而「免热处理」这个族别更是设计意图的标签，判它要看供应商的成分设计说明与交付状态，不能只看名字。

1.3 归族的第一个后果：H1-01 热管理用铝合金牌号、性能与选材 的判据一条都不能带过来

H1-01 热管理用铝合金牌号、性能与选材 那套判据——钎后 O 态取值、包覆率预算、牺牲阳极层设计、Mg 对钎剂的毒化——全部建立在「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」这条另外的平行链。

这不是「判据要打个折」的问题，是坐标轴不同。举三个具体的：

• 包覆率这个量在铸件上根本不存在。它描述的是复合板上钎料层与牺牲层各占名义总厚的份额，而铸件没有复合板结构、没有包覆层。
• 钎后 O 态取值在铸件上不存在。变形铝复合板经过钎焊炉之后被退火到 O 态，所以取值要按 O 态；铸件根本不进那个炉子（第 5 讲 5.4 给出材料侧的数值判据），它的取值口径是铸态 F 或 T5/T6/T7（第 4 讲）。
• 牺牲阳极层在铸件上不存在。它靠复合板的 Zn 梯度实现，铸件是均质体，没有这一层可以设计。

⚠ 反过来也别读成「两条链互不相干」。它们在同一套水冷回路上共存——机壳是压铸的、换热器是钎焊的、两者用同一瓶冷却液、装在同一台车上。交接点恰好三处：

1. 电偶腐蚀——两种铝合金的腐蚀电位不同，加上系统里还有钢、不锈钢与铜件，电偶回路的四个要素（阳极、阴极、导电电解液、电子通路）在一套水冷回路里很容易凑齐。⛔ 面积比、电位排序与隔离设计归 H6-02 阳极氧化、锌层与电偶腐蚀防护，本课不重讲。
2. 线胀系数失配——铸铝壳体与变形铝换热器、钢支架、不锈钢快接、塑料水室配合时，差热膨胀会吃掉密封压缩量或配合间隙。判据式在本课「关键公式详解 · 公式一」。
3. 连接工艺——两者能不能连、怎么连。材料侧的数值判据在第 5 讲 5.4，⛔ 结论与替代连接路线归 H2-01 铝换热器钎焊原理与钎料/钎剂体系 与 H3-01 搅拌摩擦焊/激光焊在热管理中的应用。

1.4 件类到族的映射：这就是选材入口

下面这张映射表是本课与产品课的分工线：本课给「这个件类通常走哪个族」以及归族之后的判据后果，产品课给这个件本身的设计。

件类	常走的族	为什么	产品侧属主
电机机壳水道	高压压铸族	薄壁、复杂水道、大批量、节拍敏感	E1-01 电机水冷（机壳水道）设计与换热强化
电驱共壳体油/水道	高压压铸族	同上，且要同时容纳油路与水路	E4-01 电驱三合一/多合一集成热设计
OBC/DCDC 盒体一体水道	高压压铸族	薄壁盒体、大面积、散热面与结构面合一	E3-01 OBC / DCDC 散热设计
TMM/阀岛壳体	高压压铸族	多腔多接口、流道复杂、批量大	G8-03 集成模块的流道注塑/压铸工艺与密封
电子泵与水暖 PTC 壳体	高压压铸族	小件、薄壁、成本敏感	G9-02 厚膜加热技术与水暖 PTC 一侧
发动机缸体缸盖水套腔体	低压/重力族	砂芯成型复杂内腔、要延伸率与致密性、要可热处理	F1-02 精确冷却/分体冷却与缸盖缸体温度管理
车身级流道铸入件	免热处理族	大型薄壁、尺寸精度优先、T6 走不通	N5-01 一体化压铸：冷却流道铸入车身结构件

⚠ 这张表给的是常走，不是必须。真实项目里会因为供应商能力、产量、结构复杂度而偏离——偏离本身不是错，错的是偏离之后没有重判这一族关掉了哪些选项。用法是：先按表定一个起点族，然后逐条问「我这个件有没有理由偏离」，有理由就偏，偏完回到 1.6 的三个准入问题重过一遍。

1.5 ⛔ 牌号对照与状态代号登记不在本课

各国牌号体系互不相通，而且不可互查互译：GB/T 1173 的 ZL/YL 系、JIS 的 ADC12、ASTM 的 A380/A356、EN 的 AC-46000/AC-42100，它们各自是一套独立命名体系，编号之间没有一一对应的换算关系。同理，铸件的状态代号 F/T5/T6/T7 与变形铝的 O/H1x/H2x 是两套语义，也不可互查。

⛔ 这两件事的登记体系整段归 H1-01 热管理用铝合金牌号、性能与选材 的牌号命名一节，本课不做对照表。本课只提醒一句：看到一个铸造牌号名，别用读 3003 / 6061 那套四位体系的方式去读它——铸铝的四位数字（如 A380 里的 380）不携带同样的系号语义。

★ 但有一件事本课要交付：牌号名本身透出的量级。EN 体系的 AlSi9Cu3(Fe)、AlSi7Mg 这类名字是把主元素含量写进名字的——AlSi9Cu3(Fe) 约 9% Si、约 3% Cu；AlSi7Mg 约 7% Si、含少量 Mg。这个读法在第 2 讲会一直用到，因为它让你不查数据表也能判「这个牌号站在共晶点的哪一侧」。⚠ 具体规格带（上下限）须查该牌号标准的现行版本，⛔ 名字给的是量级不是规格。

1.6 判「这件能不能按铸铝常规判据走」：先过三个准入问题

不是所有承压壳体都能按本课后面几讲的常规路径走。动笔之前先过三问，任何一问不过，动作都是改族或改结构，⛔ 不是调牌号。

问题一：它承压吗？承压则致密性与本体取值成为主判据。原因是承压件的失效模式是开裂或渗漏，而这两者都直接由内部缺陷分布决定，而缺陷分布是位置相关的——所以数据必须来自本体取样而不是单铸试棒（第 3 讲 3.4）。⛔ 取值口径的完整档位归 J5-01 换热器/冷板结构强度与耐压 FEA。

问题二：它要不要与钎焊换热器同炉？要则直接否。判据是液相线而不是固相线——件在炉温下不是「稍微软一点」，是已经出现相当比例的液相（第 5 讲 5.4 给数值判据）。⛔ 结论与替代连接归 H2-01 铝换热器钎焊原理与钎料/钎剂体系。

⚠ 这一问经常被跳过，因为提出「同炉」这个想法的人通常是工艺侧在做工序合并，而选材工程师不在那场会上。把这一条主动写进技术条件，比事后驳回便宜得多。

问题三：它要不要大面积绝缘性或装饰性阳极氧化？要则直接否。高 Si 共晶相不成膜，膜在硅相处中断、外观发黑、厚度均匀性差，耐蚀与绝缘两项能力同时不可靠（第 5 讲 5.5）。⛔ 判据与替代路线（有机涂层 / 粉末喷涂 / 化学转化膜与钝化）归 H6-02 阳极氧化、锌层与电偶腐蚀防护。

1.7 平台相关量汇总表（⚠ 典型值，⛔ 不是验收依据）

下面这些量在本课的算例与判断里会用到，它们都是平台相关量——随车型、平台、供应商而变，没有一个通用值。本课按纪律逐条给出区间、常见值锚点、免责声明与取值路径，⛔ 但它们一律不是验收依据。

量	典型区间	常见值锚点	拿到它的路
电驱机壳水道壁厚	3~8 mm	约 5 mm	本平台上一代同类件图纸；或由耐压与铸造可成形性双向夹出（可成形下限归 G8-03 集成模块的流道注塑/压铸工艺与密封 / I5-01 面向制造与装配的设计（DFM/DFA））
冷却回路工作压力（表压）	1.0~2.5 bar	约 1.5 bar	本平台回路定义文件与膨胀水箱压力盖规格；架构侧归 B3-01 冷却液回路拓扑：串/并联、多回路耦合与模式切换
静密封（O 形圈）设计压缩率	15%~30%	约 20%	密封件供应商的沟槽设计手册与本平台密封规范；材料侧归 H4-01 密封材料（EPDM/HNBR/氟胶）选型
电驱共壳体壳体金属温度	70~130 ℃	约 100 ℃	本平台台架实测或热仿真；产热与温度窗口归 E4-01 电驱三合一/多合一集成热设计
OBC/DCDC 壳体金属温度	60~105 ℃	约 85 ℃	同上；产品侧归 E3-01 OBC / DCDC 散热设计
压铸再生料掺比要求	30%~90%	约 50%	本企业或客户的可持续性技术条件；供应链可获得性走本站产业数据库查证

⚠ 典型值、⛔ 不是验收依据，须实测确认。这六项每一项在你的项目上都必须由本平台的文件或实测替换，⛔ 不许把本表的锚点写进技术条件。表的用途只有一个：让你在没有本平台数据时，仍能判断某个算出来的量「是不是同阶」——比如公式一算出的差胀量与静密封压缩量是不是同一个量级。

1.8 第 1 讲小结

• 铸造铝合金按成型工艺归三族：高压压铸族、低压/重力族、免热处理压铸族。族别一定，物性档位、可达延伸率与可用后处理就一起定了。
• H1-01 热管理用铝合金牌号、性能与选材 的判据一条都不能平移——包覆率、钎后 O 态取值、牺牲阳极层在铸件上不存在，不是打折。两条链只在三处交接：电偶腐蚀、线胀系数失配、连接工艺。
• 件类到族有一张常走映射表，用法是「定起点 → 逐条问有没有理由偏离 → 偏完重过三问」。
• 三个准入问题：承压吗（主判据变成致密性与本体取值）· 要不要与钎焊件同炉（要则直接否，判据是液相线）· 要不要大面积阳极氧化（要则直接否，高 Si 不成膜）。三问过不了的改族或改结构，⛔ 不靠调牌号硬解。