壓鑄件不是一種材料

表層是真的，但它不是一個常數

高壓壓鑄 AlSi10MnMg(Fe) 的截面量測，細晶表層厚度是：

而且即使在 2 mm，表層也被觀察到會局部中斷、離開表面、 或在單側完全缺失。 HPDC 沒有一個可以引用的「典型厚度」。

機制本身很直接。二次枝晶臂間距在表面量到 3.6 µm、 心部 14.6 µm，對應的冷卻率約為 33 °C/s 與 0.5 °C/s。表面凝固得很快，心部沒有。

孔隙的行為跟你以為的不一樣

我們本來要寫：表層緻密、孔隙在它底下，所以鑽穿表層就暴露出弱的部分。 量測資料不支持那個說法。

五個壁厚裡有四個是表層比心部更多孔， 而同一份研究也指出孔隙常在 skin/core 界面達到局部高值，而不是在任一區內。 另一份 HPDC AM50 的研究則確實發現氣孔集中在板厚的中間三分之一、 縮孔比較均勻——所以分佈取決於孔隙機制與製程， 兩種樣態都不是通則。

順帶一提尺度：該研究的 CT 解析度是 4 到 9 µm， 平均孔徑 14 到 32 µm，最大孔徑 108 到 247 µm。 最大的那些孔，佔一支小螺紋的比例並不小。

硬度也不是隨深度往下掉

兩種 HPDC 鋁合金 3 mm 截面的顯微硬度映射， 平均深度曲線呈 U 形， 表面與中心平均相差約 15 HV。 局部極值差得多：其中一種合金表面局部可達 130 到 150 HV， 心部局部 50 到 90 HV，孔隙處甚至低到 30 到 45 HV。

但另一份 AlSi10MnMg(Fe) 的量測更彆扭： 硬度從表面約 86 HV 開始，一路上升到約 300 µm 深——因為 Al–Si 共晶比例增加—— 之後才開始下降。所以「硬表皮、軟心部」不是一個你可以預設的曲線。

這對螺紋的意義，講精確一點

這裡必須把「推論」與「量到的」分清楚。

我們找不到任何研究是把 HPDC 的螺紋強度按深度解析、 或比較不同深度鑽孔螺紋的 pull-out。 能講的是幾何：如果孔是從外表面往內鑽的， 原始的表層只留在孔口附近，圓柱孔壁是新暴露出來的截面。 當有效咬合長度遠大於數十到數百微米時， 多數螺紋確實不在原始的外表皮裡。

但那不等於說螺紋落在一個均質而較弱的「心部」：

• 鑄造芯孔的孔壁本身保留鑄造表皮，跟後鑽的孔不一樣；
• 表層可能中斷，而較硬的區域也可能落在 skin/core 界面上；
• 孔隙不一定以心部最高。

我們同樣找不到「HPDC 的內螺紋」對「同成分鍛造或擠製材」的直接比較。 最接近的是整體拉伸的比較——HPDC AZ91 的降伏強度約比熱擠製低兩到三倍—— 但那份研究沒有製作或測試任何螺紋，所以不能換算成螺紋剝離的數字。

標準實際給了你什麼

• DIN 7500-2 確實處理了鑄件表皮。 它的指引說明：會讓孔壁硬化的製孔方法，可能需要比表列值更大的孔徑； 這也可能適用於鑄孔——德文原文括號裡明寫 Gusshaut—— 而對鑄造芯孔，螺釘幾何（包含成形區）必須與鑄孔形狀個別匹配。 表列值是來自製造者與使用者實務試驗的指引，量產前應自行試驗。
  公開的是官方導言，五頁正文付費， 所以本文不引用無法核對的條號。
• 「鋁合金咬合 2×d」不是標準。 DIN 7500-2 是依材料與實際咬合長度列孔徑； ISO 16224:2026 給的是螺栓破斷、外螺紋剝離與內螺紋剝離的計算法； VDI 2230 Blatt 1:2015 的 R10.4.2 節、式 205 到 208， 以外螺紋抗拉強度、內螺紋剪切強度、螺距、直徑、公差修正 與非承載長度計算有效與總咬合長度。 三者都不用固定材料倍率，也都沒有 HPDC 專用係數。
• 在鑄件上做攻牙成形是有依據的。 美國能源部的一個計畫在 HPDC A380 鋁與 AZ91D 鎂的鑄造淨形孔上 測試多種攻牙成形扣件，驅動到螺釘斷裂或內螺紋剝離， 結論是現有量產壓鑄件使用這個方法技術上可行。 一篇 SAE 論文在鑄造 Al 319-T7 上比較滾製與切削的缺口試片， 滾製因殘留壓應力而有較高疲勞強度—— 但那是缺口與螺紋根部的模擬，不是 HPDC 內螺紋的 pull-out。 我們找不到在 HPDC 鋁件上、同孔同螺紋條件下 直接比較成形攻牙與切削攻牙的研究。

鑄件的膨脹速度也大約是鎖在裡面那支鋼螺絲的兩倍——溫度會移動預力。

那規格表上那個數字要怎麼用

我們本來想收在「合金的抗拉強度對螺紋設計幫助有限」。 那句話太強了。 名義強度是一個真實的輸入——ISO 16224 與 VDI 2230 都會用它、 或用從它推導出的剪切強度，去計算剝離。

準確的版本比較窄，而且仍然值得記住： 名義抗拉強度是必要的，但不充分。 它不能取代你那個孔周圍的局部組織與孔隙， 而一件壓鑄件在這兩者上的變異， 足以讓計算成為一個起點而不是答案。

這也是為什麼 DIN 7500-2 要那樣講量產前的驗證。 在鑄件上，那句話不是罐頭文字。

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這一篇屬於第 1 步，母材。完整的順序是母材、牙、頭型、驅動、表面處理、文件；至於為什麼順序做反了是重工而不是微調，見指定一顆螺絲。

常見問題

壓鑄件的表層有多厚？

取決於壁厚，而且不一定存在。高壓壓鑄 AlSi10MnMg(Fe) 的截面量測，2 mm 壁的細晶表層是 30 到 150 微米、4 mm 壁是 20 到 90 微米，而 6 mm 與 10 mm 試片則完全觀察不到這層表皮。即使在 2 mm，表層也會局部中斷、離開表面、或單側完全缺失，所以沒有一個可以引用的典型厚度。

壓鑄件的孔隙是不是集中在心部？

不一定。HPDC AZ91 的 X 光 CT 量測顯示五個壁厚裡有四個是表層比心部更多孔——例如 2.7 mm 是 0.42% 對 0.18%——而且孔隙常在 skin 與 core 的界面達到局部高值，而不是在任一區內。另一份 AM50 的研究確實發現氣孔集中在板厚中間三分之一、縮孔較均勻，所以分佈取決於孔隙機制與製程。

壓鑄件是不是越深越軟？

不是單調的。兩種 HPDC 鋁合金的顯微硬度映射呈 U 形平均曲線，表面與中心平均相差約 15 HV，局部極值差得更多。但一份 AlSi10MnMg(Fe) 的量測是從表面約 86 HV 開始，隨 Al–Si 共晶比例增加一路上升到約 300 微米深，之後才下降。「硬表皮、軟心部」不是可以預設的曲線。

壓鑄鋁的螺紋咬合要多長？

沒有標準倍率。「2×d」是經驗法則。DIN 7500-2 是依材料與實際咬合長度列孔徑；ISO 16224:2026 給螺栓破斷與螺紋剝離的計算法；VDI 2230 Blatt 1:2015 的 R10.4.2 節以螺紋強度、螺距、直徑、公差修正與非承載長度計算咬合。三者都不用固定材料倍率，也都沒有壓鑄專用係數。

可以用合金規格表的強度來設計螺紋嗎？

當成輸入可以，當成答案不行。名義抗拉強度確實被 ISO 16224 與 VDI 2230 使用，直接或透過推導出的剪切強度來計算剝離。但它不能取代你那個孔周圍的局部組織與孔隙，而壓鑄件在這兩者上的變異足以讓計算只是一個起點。這也是為什麼 DIN 7500-2 要求量產前自行試驗——在鑄件上，那句話不是罐頭文字。

參考資料

• Dalai 等，Metallurgical and Materials Transactions A，DOI 10.1007/s11661-024-07631-1 —— 2 mm 的表層厚度、SDAS 與冷卻率、硬度隨深度
• Dalai 等，Materials Characterization 221 (2025) 114775 —— 4 mm 的表層；6 mm 與 10 mm 觀察不到
• Biswas 等，Metallurgical and Materials Transactions A (2013)，DOI 10.1007/s11661-013-1783-y —— HPDC AZ91 的 CT 孔隙量測、表層對心部；整體拉伸對熱擠製
• Chadha 等，Materials Science and Engineering A 427 (2006) 99–111，DOI 10.1016/j.msea.2006.04.082 —— AM50 的孔隙分佈
• Yang 等，〈The Skin Effect in High Pressure Die Casting Al Alloys〉，ICAA12 (2010) —— U 形硬度曲線
• DIN 7500-2:2016-04 —— 底孔指引；硬化孔與鑄孔、Gusshaut；鑄造芯孔需個別匹配
• ISO 16224:2026；VDI 2230 Blatt 1:2015 R10.4.2 節、式 205–208 —— 咬合由計算得出，不是固定倍率
• Paxton 等，PNNL/DOE，〈Die-Cast Net-Shaped Hole Process Development for Application of Thread-Forming Fasteners〉，FY2006 Automotive Lightweighting Materials Progress Report
• Blaha 等，SAE 2006-01-0780，DOI 10.4271/2006-01-0780 —— 鑄造 Al 319-T7 上滾製對切削

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