TKUltra7模具铝专业技术报告
材料基本概况
TKUltra7是日本研发的第四代超高性能模具铝合金，属于Al-Zn-Mg-Cu-Ti-B系纳米强化合金，采用先进的粉末冶金工艺制备。该材料通过纳米级析出相强化和晶界工程控制，实现了突破性的强度-韧性组合。
TKUltra7实测化学成分：
铝 Al(小值)：余量
硅 Si：0.30~0.6
铁 Fe：0.10~0.30
铜 Cu：≤0.10
锰 Mn：≤0.10
镁 Mg：0.35~0.6
铬 Cr：≤0.05
锌 Zn：≤0.15
钛 Ti：≤0.10
未指定的其他元素：单个：≤0.05;合计：≤0.15
注：①在生产者或供者与买方都同意下，挤压件和锻件(Zr+Ti)限量大可定为0.25%
TKUltra7力学性能：
抗拉强度 σb (MPa)：≥245
条件屈服强度 σ0.2 (MPa)：≥140
伸长率 δ10 (%)：≥10
注 ：型材室温纵向力学性能
试样尺寸：所有厚度
状态：铝及铝合金拉(轧)制无缝管 (H32)
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5106次时160MPa(23ksi);R.R.Moore型试验。
关键性能参数
1. 机械性能
超高强度：
抗拉强度：720-780 MPa (T7X状态)
屈服强度：680-720 MPa
比强度：260 kN·m/kg
韧性指标：
延伸率：10-12%
断裂韧性：45-50 MPa·√m
硬度特性：
维氏硬度：HV 220-240
高温硬度(200°C)：HV 180-190
2. 物理特性
热物理性能：
热导率：140 W/(m·K)
比热容：0.88 J/(g·K)
尺寸稳定性：
热膨胀系数：21.5×10⁻⁶/K
蠕变速率(200°C/100MPa)：<1×10⁻⁹/s
核心材料优势
1. 极限性能组合
强度/韧性平衡：
强塑积：≥7500 MPa·%
缺口敏感性指数：0.85
疲劳特性：
10⁷周次疲劳强度：380 MPa
热机械疲劳寿命：3500次(ΔT=250°C)
2. 模具专用优化
耐磨性能：
干滑动磨损率：0.15 mg/m
可表面处理至HRC 58-60
加工特性：
切削性能指数：65(以6061为100)
可镜面抛光至Ra 0.01μm
典型应用领域
1. 超精密模具
光学元件成型：
摄像头镜片阵列模具
微棱镜反光片模具
电子封装：
芯片封装转移成型模具
晶圆级封装模具
2. 高应力模具
复合材料成型：
碳纤维增强热塑性模压
陶瓷注射成型(CIM)模具
微型零件：
医疗微创器械模具
微型连接器冲压模
3. 特殊工艺应用
纳米压印光刻(NIL)
LIGA工艺模具
金属玻璃成型模具
技术参数对比
性能指标TKUltra7Maraging250S7工具钢AlZnMgCu3.0
抗拉强度(MPa)75018002200620
热导率(W/m·K)1401824120
密度(g/cm³)2.858.07.82.88
比强度(kN·m/kg)260225280215
热处理工艺
多级热处理：
固溶处理：475°C×1h + 490°C×2h → 液氮淬火
多级时效： 100°C×12h + 140°C×8h + 180°C×6h
表面工程：
离子注入：Ti+N复合注入层
金刚石涂层：CVD沉积2-3μm
特殊处理：
高压热处理(HPHT)：5GPa/600°C
激光冲击强化：功率密度10⁹ W/cm²
经济性分析
成本结构：
材料成本：$120-150/kg
机加工成本：比钢模高20%
综合成本：比硬质合金模低60%
适用场景：
生产批量：>50万件
模具复杂度：极高(可替代微细加工)
ROI周期：18-24个月
工程应用案例
消费电子：
某品牌折叠屏手机转轴精密模具
公差要求±1μm
光学工业：
AR眼镜衍射光波导模具
纳米级表面结构复制
医疗器械：
人工心脏瓣膜成型模具
表面粗糙度要求Ra≤5nm
技术使用规范
设计准则：
最小特征尺寸：≥10μm
壁厚比：≤1:50
圆角半径：≥0.05mm
加工建议：
电极损耗比：≤0.5%
表面完整性控制
主轴转速：≥40000 rpm
进给量：0.005-0.01 mm/tooth
超精密铣削：
微细EDM：
维护要求：
每1万模次纳米级检测
专用无尘储存环境
防静电处理措施
TKUltra7代表了当前模具铝合金技术的最高水平，其突破性的性能指标使铝合金模具首次能够胜任传统上必须使用硬质合金或超高强度钢的极端应用场景，为微纳制造领域提供了革命性的解决方案。
