ADC12铝合金: 高强度铸造合金溶液

1. 介绍

铝 ADC12是汽车中使用最广泛的压铸合金之一, 电子产品, 和一般工业应用.

最初在日本下的标准化JIS H 5302, ADC12由于其可铸性的良好平衡而成为国际主力军, 机械性能, 和成本.

它的名称“ ADC”代表“铝” 压铸,”后缀“ 12”通常是指其名义硅含量 (约10–13 wt％).

在过去的几十年中, ADC12在高容量组件制造中确保了主导地位, 特别是对于需要复杂几何形状的零件, 薄壁, 和良好的维度稳定性.

历史上, 压铸业在20世纪中叶出现，以满足对轻巧但耐用组件的需求.

到1970年代, ADC12在日本大量生产; 今天, 在EN下存在等效规格 (例如。, 和ac-alsi12cu2) 和ASTM (例如。, 哮喘B85).

它们的受欢迎程度源于多种因素的结合: 熔融形式的出色流动性, 钢模中的快速固化速率,

以及可以根据特定性能要求定制的微观结构（VIA热处理）.

2. 化学成分和冶金

ADC12的性能从根本上取决于其精心控制的化学成分和冶金原理的固化行为.

典型的组成范围

元素	组成范围 (wt％)	主要功能
硅 (和)	9.6 - 12.0	降低熔点, 提高流动性和耐磨性
铜 (铜)	1.9 - 3.0	通过磨损年龄的金属间来增强
铁 (铁)	≤ 0.8	杂质控制; 过多的铁形式脆性阶段
锰 (Mn)	≤ 0.5	修饰FE金属形态
锌 (Zn)	≤ 0.25	较小的固定溶液加强
镁 (毫克)	≤ 0.06	谷物精炼, 艾滋病年龄硬化 (在ADC12中最小)
其他的 (的, 在, sn, pb, ETC。)	每个≤ 0.15, 总计≤ 0.7	追踪精炼或杂质限制
铝 (al)	余 (大约. 83.5 - 88.2)	碱金属

合金元素的作用

• 硅 (和): 降低熔点 (〜 580 °C用于共晶Al – Si), 提高流动性, 减少收缩, 并增加耐磨性.
  较高的SI含量可以增强凝固过程中的is is性和尺寸稳定性.
• 铜 (铜): 显着提高力量 - 尤其是在热处理后 (T5/T6) - 通过形成加强金属间阶段 (例如。, Al2_22Cu, θ'沉淀).
  然而, 如果无法正确管理，过量的CU可以减少耐腐蚀性.
• 铁 (铁): 通常认为是杂质; 超过 0.8 wt％, Fe形式针头- 或类似板的β-AL5_55FESI金属间代理, 可以扎根合金. 因此，铁在下面保持 0.8 wt％.
• 锰 (Mn): 额外 (≤ 0.5 wt％) 将β-FESI形态修改为更良性的α-FE跨金属, 改善延展性并减少热开裂.
• 锌 (Zn): 少量 (< 0.25 wt％), Zn可以提高强度而不会严重损害可铸性.
• 镁 (毫克): 通常很少 (< 0.06 wt％) 在ADC12中; 然而, 少量有助于完善谷物，并且可以与CU结合使用，以使年龄变硬.

与系统的基本原理

Al – Si Eutectic在 12.6 wt％如果在周围提供液体 577 °C和Eutectic Solidus 577 °C.

ADC12略有低血压 (9.6 - 12 wt％si), 导致主要的α-谷颗粒，被细层状或纤维的晶状体包围.

在固化期间, 快速冷却 (10–50°C/s) 完善微观结构, 降低孔隙度和增强机械性能.

Al – Si矩阵中Cu的存在鼓励形成θ (Al2_22Cu) 衰老期间沉淀, 提高证明压力长达〜 200 T6处理样品的MPA.

3. 物理和机械性能

密度, 熔点, 导热率

• 密度: 〜 2.74 g/cm³ (随着si/cu含量而略有不同)
• 融化范围: 540 - 580 °C (特殊周围 580 °C, 固体周围 515 °C)
• 导热率: 〜 130 w/m·k (铸造)

与钢相比，这些特性使ADC12相对轻巧 (7.8 g/cm³) 同时仍然提供体面的刚度 (扬的模量〜 70 GPA).

适度的熔融范围对于高压铸造最佳, 实现快速周期的时间，同时最大程度地减少能耗.

抗拉强度, 产生强度, 伸长, 硬度

• 铸造条件 (T0): ADC12通常在 210 MPA和 260 MPA, 伸长率约为2-4％. 硬度适中 (〜 75 HB).
• T5条件 (直接衰老): 死亡后, 组件可以进行人工衰老 (例如。, 160 °C持续4-6小时). 力量上升到 240 - 280 MPA, 但是延展性略有下降.
• T6条件 (解决方案处理 + 人工衰老): 解决方案处理 (例如。, 500 °C 4 小时) 溶解铜和富含MG的相, 其次是水淬火和衰老 (例如。, 160 °C 8 小时).
  拉伸强度 260 - 300 MPA和屈服优势 160 - 200 可以实现MPA, 尽管伸长率降至约1-2％. Brinell硬度最多〜 110 HB.

热膨胀和疲劳行为

热膨胀系数 (CTE): 〜 21 ×10⁻⁶ /°C (20–300°C), 类似于大多数Al – Si合金.

紧密公差的设计必须考虑温度波动较大的应用中的热膨胀.

疲劳强度

ADC12的疲劳行为在很大程度上取决于铸造质量 (孔隙率, 包含, 和表面饰面) 和热处理状态:

• 疲劳 (T0): 在反向弯曲下 (r = –1), 高压模具铸件ADC12的耐力极限通常为 60 - 80 MPA 在 10⁷ 周期.
  具有最小孔隙率和修饰的Si形态的铸件 (通过SR或NA添加) 可以接近 90 MPA.
• 老年条件 (T5/T6): 衰老会增加拉伸强度，但可以稍微降低疲劳寿命, 由于沉淀引起的脆性会促进裂纹开始.
  T6中典型的完全反转疲劳极限范围 70 - 100 MPA 用于高质量的铸件 (抛光表面, 真空辅助倾倒).
• 应力浓度: 锋利的角落, 薄部分, 或突然的横截面变化用作裂纹启动位点.
  设计指南建议用半径≥5 2 毫米 对于墙壁≤ 3 毫米 厚度减轻局部压力立管.

4. 制造和铸造过程

压铸方法

• 热室死亡铸造: 熔融ADC12位于直接连接到射击室的炉子中.
  柱塞通过鹅颈熔融金属进入模具.
  优点包括快速周期时间和最小化金属氧化; 然而, 合金相对较高的Si含量 (与Zn或MG合金相比) 意味着填充时间较慢.
• 冷室死亡铸造: 熔融金属被划入一个单独的冷室, 柱塞迫使它进入死亡.
  当需要高熔体量或严格控制熔融金属温度/杂质时，该方法是ADC12的首选.
  虽然周期时间比热室长, 它产生出色的机械性能和更好的表面饰面.

关键铸造参数

• 浇注温度: 通常 600 - 650 °C. 太低: 犯错的风险和寒冷关闭的风险; 太高: 过度的死亡侵蚀并增加气体溶解度导致孔隙率.
• 注射速度 & 压力: 2–5 m/s的注射速度和800–1600栏的压力确保快速填充 (在20-50毫秒内) 同时最大程度地减少湍流.
• 死温度: 预热至〜 200 - 250 °C避免过早皮肤冷冻. 由油冷却通道或感应加热控制.
• 门控和跑步者设计: 必须平衡短流程 (减少热量损失) 具有平稳的过渡 (最小化湍流).
  精心设计的大门减少了被夹住的空气，并产生均匀的金属流动, 因此限制了孔隙率和冷关.

典型的缺陷和缓解

• 孔隙率 (气体 & 收缩):

• • 气孔隙度: 被夹住的空气或氢会导致小球腔.
    减轻: 真空辅助模具铸造, 使用氩或氮的熔体脱气, 在模具中优化通风.
  • 收缩孔隙度: 如果进食路径在凝固过程中不足，就会发生. 减轻: 适当的立管/门放置或本地溢出.

• 冷关 & 错误:

• • 由过早凝固或低倾倒温度引起. 减轻: 略微升高温度, 流线路路径, 添加“馈线”纵火以保持温度.

• 热撕裂:

• • 由于凝固过程中拉伸应力而发生裂缝.
    预防: 修改合金组成 (Fe或Mn略高), 优化模具温度, 减少截面厚度变化.

5. 热处理和微观结构

铸造微观结构

• 原代α-AL晶粒: 在冷却下方时首先形式〜 600 °C, 如果冷却速率慢，通常会形状树突状.
  在高压铸造中 (冷却速率〜10–50°C/s), α-Al树突很细，.
• Eutectic Si: 由硅颗粒和α-al组成的优质互连网络组成. 快速冷却产生纤维或骨骼SI形态, 改善延展性.
• 金属间相:

• • al2_22铜 (θ相): 盘子状或θ'的形式在富含Cu的区域周围, 铸造粗糙.
  • Fe-Si Interlallics: β-al5_55fesi (类似针) 和α-AL8_88FE2_22SI (中文脚本) 取决于Fe/Mn比率. 后者不太有害.
  • 毫克2_22和: 由于毫克含量低，ADC12中的最小.

溶液热处理, 淬火, 和老化

• 解决方案处理: 加热至〜 500 °C持续3-6小时，将含Cu和Mg的相位溶解到α-AL基质中. 警告: 长时间的暴露会使Si颗粒块.
• 淬火: 快速淬火到〜 20 - 25 °C超饱和固体溶液中的溶质原子.
• 老化 (人工衰老): 通常执行 150 - 180 °C持续4-8小时. 在衰老期间, Cu原子作为细θ''和θ'相沉淀, 大幅提高力量 (年龄段的人).
  过度衰老 (时间/温度过高) 导致较粗的沉淀和降低强度.

热处理对特性的影响

• T0 (铸造): 细纤维SI提供体面的延展性 (2–4％的伸长率). 拉伸强度〜 220 MPA.
• T5 (直接衰老): 没有溶液处理, 老化 150 °C 6 小时增加拉伸到〜 250 MPA, 但是由于铸造方向而引起的各向异性可以保留.
• T6 (解决方案 + 老化): 溶液后均匀的CU分布导致衰老期间θ''的均匀成核.
  达到拉伸强度最多〜 300 MPA. 伸长率可能会降至约1–2％, 使零件更易碎.

6. 耐腐蚀性和表面处理

腐蚀行为

ADC12, 像大多数Al – Si – Cu合金一样, 在大气和轻度酸性/碱性环境中表现出适度的耐腐蚀性.

铜的存在可以与α-al产生微气体夫妇, 使合金容易在富含氯化物的培养基中局部斑点 (例如。, 海洋环境).

在中性pH水或稀酸中, ADC12由于形成了保护性而抵抗均匀的腐蚀, 遵守al₂o₃被动电影.

然而, 升高的铜 (> 2 wt％) 倾向于妥协氯化物溶液中的钝化.

常见的表面处理

• 阳极氧化:

• • 铬酸阳极氧化 (类型I。): 产生薄 (〜 0.5 - 1 µm) 转换层, 最小的尺寸变化, 但是有限的耐磨性.
  • 硫酸阳极氧化 (II型): 产生较厚的氧化物 (〜5–25 µm), 改善腐蚀和耐磨性. 降低孔隙率所需的后密封.

• 镀铬转化涂层 (CCC): 通常是基于CR₃O₈的涂料 (〜 0.5 - 1 µm) 通过沉浸式应用. 提供良好的腐蚀保护和油漆粘附.
• 粉末涂料 / 绘画: 如果底物经过适当的预处理，提供可靠的腐蚀保护 (例如。, 略微粗糙, 启动). 适用于暴露于室外或工业环境的零件.
• 镀镍 (ENP): 稀有但用于高衣或高腐蚀应用;
  产生均匀的Ni – P层 (〜5–10 µm) 这增强了硬度和耐腐蚀性.

比较腐蚀性能

• ADC12 (cu〜 2 wt％) vs. A356 (cu〜 0.2 wt％): 由于Cu较低，A356本质上具有更耐腐蚀性;
  ADC12通常需要更好地保护海洋或高度腐蚀性条件.
• 与MG基合金相比 (例如。, AZ91): ADC12具有较高的耐腐蚀性和尺寸稳定性, 在长期使用寿命至关重要的情况下使其更优选.

7. 与其他铝合金进行比较

ADC12 vs. A380 (美国等效)

• 作品: A380名义上包含8–12 wt％SI, 3–4 wt％, 〜 0.8 wt％ (< 1.5 wt％) 铁, 加上Zn和Trace mg.
  ADC12的Cu系列较窄 (1.9–3 wt％), 比A380低一些.
• 机械性能: A380 T0: 〜 200 MPA拉伸, 〜 110 HB; ADC12 T0: 〜 220 MPA拉伸, 〜 80 HB.
  在T6条件下, 两者都可以达到〜 300 MPA拉伸, 但是ADC12通常由于优化的SI形态而表现出稍好的伸长率.
• 应用领域: A380在北美很普遍; 亚洲的ADC12. 两者都服务类似的市场 (汽车住房, 消费电子框架).

ADC12 vs. A356 (重力铸件, 不要死)

• 处理方法: A356主要用于重力或沙子铸造, 不是 高压铸造.
• 作品: A356包含〜 7 wt％si, 〜 0.25 wt％, 〜 0.25 wt％mg; ADC12的SI (〜10–12 wt％) 更高, 并与 (〜 2 wt％) 明显更高.
• 机械性能: A356 T6: 拉伸〜 270 MPA, 伸长〜 10%. ADC12 T6: 拉伸〜 290 MPA, 伸长〜1–2％.
  A356更具延展性，但不适合薄壁, 复杂形状.

选择指南

• 薄壁, 复杂形状 & 高量: ADC12 (或A380) 通过高压铸造.
• 大部分, 良好的延展性 & 可焊性: A356通过沙子或永久模具铸造.
• 高腐蚀性 & 关键航空航天零件: 高纯度Al – Si – mg合金 (例如。, A390).

8. ADC12的应用

汽车行业

• 发动机组件: 活塞 (在某些低成本发动机中), 化油器外壳, 节气门身体.
  尽管许多OEM已转移到A380或A390的高压力组件, ADC12对于住房和支架仍然很常见.
• 传输外壳: 复杂的几何形状需要薄壁 (1.5–3毫米); ADC12的出色流动性和快速凝固确保了详细的功能.
• 悬架组件 & 括号: 强度与重量比, 维度的准确性, 表面饰面使ADC12非常适合承载支架 (例如。, 发动机安装座).

电子和电气外套

• 散热器: ADC12的热导率 (〜 130 w/m·k) 并能够形成复杂的鳍 (通过铸造) 确保电力电子设备有效散热, LED, 和电信设备.
• 连接器 & 开关外壳: 复杂的内部几何形状, 薄壁, ADC12的合金化学和压铸精度满足了EMI屏蔽要求.

工业机械

• 泵 & 阀门: 耐腐蚀 (正确涂层时) 和尺寸稳定, ADC12用于泵进行水处理, 压缩机, 和气动工具.
• 压缩机零件: 气缸盖, 住房, 小型旋转螺丝压缩机的曲柄箱受益于ADC12的传热和机械强度.

消费产品和电器

• 家用电器组件: 洗衣机球接头支架, 烘干机鼓支撑, 和真空清洁室.
  尺寸一致性和表面饰面减少后处理.
• 运动器材: 需要薄壁部分和美学表面的自行车框架或摩托车零件.
  Die-Cast ADC12提供快速生产和集成的安装功能.

9. 优点和局限性

优点

• 出色的铸造性: 高Si含量降低熔点并提高流动性, 启用薄壁 (下去 1 毫米) 最小缺陷的功能.
• 维稳定性: 低收缩和快速冷却可产生细粒度的微观结构, 提供紧张的公差 (± 0.2 在许多情况下，MM或更高).
• 成本效益: 压铸允许以低式成本低量生产极高的生产. ADC12的广泛可用性进一步降低了材料成本.
• 机械性能光谱: 铸造热处理 (T5/T6) 可以调节从中等强度/延展性到高强度的特性 (最多〜 300 MPA拉伸).

限制

• 降低延展性: AS-ADC12伸长率 (2–4％) 低于重力铸造Al – Si-mg合金 (〜8–12％).
  T6将伸长率进一步降低至〜1–2％. 不适合需要高表面的零件.
• 腐蚀敏感性: 升高的Cu含量使ADC12易于在氯化物环境中进行蚀，而没有足够的表面保护.
• 温度限制: 仅保留高达〜150–160°C的机械性能; 在此之上, 由于过度衰老和沉淀的损失，力量下降了.
• 脆弱的金属间: 对FE或缺乏MN的控制不当会导致β-AL5_55FESI针头脆弱, 负面影响韧性.

10. 质量标准和测试

国际标准

• Jis H 5302 (日本): 指定ADC12化学成分, 机械属性要求, 和高压压铸产品的测试方法.
• 在 1706 / 和ac-alsi12cu2 (欧洲): 定义等效的化学限制和机械性能, 需要特定的拉伸强度, 伸长, 和硬度测试.
• 哮喘B85 (美国): 覆盖锻造并铸造Al – Si – Cu合金; 用于模具铸造ADC12, 请参阅ASTM B108或OEM专有规格.

常见的测试方法

• 拉伸测试: 从铸件加工的标准标本; 评估最终的拉伸强度 (UTS), 产生强度 (0.2% 抵消), 和伸长 (百分比).
• 硬度 (布里尔或罗克韦尔): 推断强度变化的非破坏性方法; 典型的ADC12硬度范围为70–110 Hb，具体取决于条件.
• 金理图: 样品制备 (安装, 抛光, 用凯勒的试剂蚀刻) 揭示晶粒结构, 共晶硅形态, 金属间相, 孔隙率.
• X射线 / CT扫描: 检测内部缺陷 (孔隙率, 冷关) 没有切片; 对于高可易度组件至关重要 (汽车安全部件).
• 化学分析: 诸如光学发射光谱法之类的技术 (OES) 或X射线荧光 (XRF) 确认符合组成标准.

宽容和检查

• 尺寸公差: 对于关键功能, ± 0.1 mm至± 0.2 MM可以实现墙壁 < 3 毫米; 较大的部分可以容纳± 0.5 mm或更高.
• 表面处理: AS-ADC12可以实现RA〜 1.6 µm; 与次要过程 (蒸气磨练, 振动整理), ra〜 0.8 µm或更高.

11. 环境和可持续性考虑

回收

• 高可回收性: 铝是无限的可回收，而没有固有特性的降解.
  ADC12废料 (虚假, 跑步者, 拒绝) 如果正确隔离，可以用最小的降级来重新删除.
• 二级铝: 使用再生铝可以减少一级能源消耗 92% 与维珍生产相比.
  然而, 在次级熔体中控制Fe和Cu水平对于维持ADC12规格至关重要.

消耗和排放

• 铸造与. 加工: 压铸 (净形过程) 大大减少加工废物. 与钢坯加工相比, 压铸消耗每零件能量减少30–50％.
• 碳足迹: 从回收原料中采购, ADC12组件的碳足迹每千克可以低至2-3千克Co₂-eq零件.
  相比之下, 主要铝可能会超过 15 kgco₂-eq每公斤.

生命周期评估 (LCA)

• 摇篮到门: 铸造ADC12受益于铸造厂内的闭环回收.
  生命周期阶段包括原材料生产 (矿业, 精制), 压铸, 加工, 表面处理, 用法, 和临终回收.
• 寿命: 超过 90% 铝制铸造组件的含量被回收，并重新引入二级铝流, 最小化垃圾填埋场并减少总体资源耗竭.

12. 未来趋势和发展

合金修改

• 减少铜变体: 改善耐腐蚀性, 新的ADC12衍生物将Cu含量降低到〜 1 wt％, 用痕量mg或mn补偿.
  这会略微降低峰值强度，但在腐蚀条件下的寿命改善.
• 纳米级添加剂: 稀土添加 (例如。, 〜 0.1 wt％la或ce) 精炼共晶Si并抑制β-FE针头, 增强延展性和韧性，而没有显着提高成本.

混合铸造技术

• 半固金属 (SSM) 压铸: 利用触变的浆料 (30–40％的液体分数) 降低孔隙和收缩, 生产具有近乎修订属性的组件.
  ADC12在SSM中的行为很好, 产生更好的, 更多均匀的微观结构.
• 金属 - 雄性复合材料 (MMCS): 掺入陶瓷颗粒物 (sic, al₂o₃) 进入ADC12矩阵，用于耐磨泵叶轮或制动组件.
  虽然很有希望, 润湿仍有挑战, 分配, 和成本控制.

行业 4.0 和智能制造

• 实时过程监视: 压铸机传感器 (压力, 温度, 流动) 以AI/ML算法为食，以预测孔隙率, 优化门设计, 并最小化废料率.
  ADC12流程由于公差紧张和高体积而受益.
• 模拟和数字双胞胎: 模具填充, 凝固, 通过CFD和热量转移软件模拟热处理.
  数字双胞胎启用“假设”方案, 减少反复试验和加工废料.

13. 结论

ADC12是高压铸造的基石, 结合出色的流动性, 中等成本, 以及通过靶向热处理实现高机械性能的能力.

它的多功能性从汽车发动机和变速器延伸到电子散热器和工业泵外壳.

虽然其相对较高的铜含量会损害耐腐蚀性, 现代的表面处理和回收实践减轻了这些问题.

正在进行的发展 - 例如减少CU变体, 半固体铸件, 和实时流程控制 - 进一步扩展ADC12的性能信封.

设计师和制造商选择ADC12从数十年的强大行业经验中受益, 广泛的供应链, 并建立了质量标准 (他是, 在, ASTM).

全球强调可持续性, 铝的可回收性和节能铸造过程可确保ADC12在轻质中保持关键作用, 大批量制造良好的未来.

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常见问题解答

ADC12可以氧化还是表面处理?

ADC12可以表面处理, 但是由于其高硅和铜含量, 阳极氧化结果可能受到限制 (例如。, 黑暗或不一致的饰面).

粉末涂料, 绘画, 电子涂层, 和电镀 通常是耐腐蚀性和美学的首选.

ADC12适用于铸造后的CNC加工?

是的. ADC12具有 良好的可加工性, 并且通常是CNC生产的，以实现铸造后的更严格的公差或复杂的几何形状.

然而, 由于存在硬硅颗粒，应监视工具磨损.

可以将ADC12加热以提高机械性能吗?

是的. 虽然ADC12经常在 铸造条件, 它也会经历 T5或T6热处理 提高拉伸强度, 产生强度, 和硬度.

然而, 与可热处理的锻造合金相比，伸长率通常保持限制.

ADC12适用于高温环境?

ADC12可以承受大约的气温 150–170°C, 但是长时间暴露于高温可能会降低其机械强度.

为了 热临界或高温 申请, A360或ALSI10MG等合金的性能可能更好.

什么是ADC12铝合金通常用于?

ADC12广泛使用 压铸申请 由于其出色的流动性, 可铸性, 和维稳定性.

常见用途包括 汽车零部件 (发动机支架, 传输外壳), 电子外壳, 机械组件, 和 消费者硬件 需要复杂的形状和大量生产.