سبيكة الألومنيوم المصبوب ZL108: كيف يشكل التحول الفوسفوري والمعالجة الحرارية T6 مواد المكبس العلوي

كممثل متميز لسبائك الألومنيوم المصبوب للمكابس.ZL108 (ZAlSi12Cu2Mg1) عن طريققوة ممتازة في درجات الحرارة العالية، ومعامل تمدد حراري منخفض، ومقاومة ممتازة للتآكل والحرارةوهي معروفة جيداً. السبيكة هي سبيكة نموذجيةسبائك الألومنيوم والسيليكون سهلة الانصهارمن خلال تصميم السبائك المعقد والمعالجة الحرارية الصارمة، تم تحسينه لمكونات المكبس التي تتعرض لأحمال حرارية وميكانيكية متناوبة شديدة في أسطوانة المحرك، مما يحقق التوازن الدقيق بين أداء الطاقة في درجات الحرارة العالية والمتانة.

الرتبة الوطنية ل ZL108 هي ZAlSi12Cu2Mg1.

• الدرجة القياسية الوطنية:: وفقاً لـ GB/T 1173، فإن درجته هيZAlSi12Cu2Mg1. يعكس الاسم مباشرةً نظام السبائك الأساسية: السيليكون (Si) والنحاس (Cu) والمغنيسيوم (Mg).
• رمز الصناعة/المؤسسة:ZL108 هي تسمية المادة التي يشيع استخدامها في مجال تصميم المحركات وتصنيعها.
• الوضع النموذجي:: يبدأ دائمًا تقريبًا بـحالة T6 (معالجة بالمحلول + تعتيق اصطناعي كامل) تُستخدم للحصول على أفضل أداء شامل، خاصة في درجات الحرارة العالية.

جدول تكوين سبائك الألومنيوم ZL108 من سبائك الألومنيوم

عنصري	نطاق المحتوى (wt%)	الدور الوظيفي
السيليكون (Si)	11.0-13.0	المحتوى الفائق الانصهار.. يوفر تمددًا حراريًا منخفضًا ومقاومة عالية للتآكل، ولكن يحتاج طور السيليكون الأولي إلى تنقيته عن طريق التحول الفوسفوري (P).
النحاس (النحاس)	1.0-2.0	عناصر التقوية الرئيسية في درجات الحرارة العالية. يحسّن تكوين أطوار Al₂Cu المقاوم للحرارة بشكل كبير من قوة وصلابة درجات الحرارة العالية.
المغنيسيوم (Mg)	0.4-1.0	عناصر التحسين الرئيسية. يتم تكوين طور Mg₂Si، والذي يوفر مع النحاس قوة في درجة حرارة الغرفة ودرجة الحرارة العالية.
المنجنيز (Mn)	0.3-0.9	يحسن مقاومة الحرارة ويشكل مراحل مقاومة للحرارة ويخفف من الآثار الضارة للحديد (Fe).
النيكل (ني)	0.3-0.9	عناصر مهمة مقاومة للحرارة. تكوين مرحلة مستقرة مقاومة للحرارة لتعزيز مقاومة الزحف في درجات الحرارة العالية.
التيتانيوم (Ti)	≤0.20	مصفاة الحبوب
الألومنيوم (Al)	وسادة	مادة الركيزة.

جدول معلمات الخواص الفيزيائية والميكانيكية ZL108 (القيم النموذجية لصب القالب المعدني، حالة T6)

مؤشرات الأداء	النطاق العددي	شرح نقاط القوة الأساسية
الكثافة	2.68 إلى 2.70 جم/سم مكعب	--
قوة الشد في درجة حرارة الغرفة (Rm)	250-280 ميجا باسكال	مستوى قوة عالية لتلبية متطلبات التحميل الهيكلي للمكبس.
قوة الشد في درجات الحرارة العالية (250 درجة مئوية)	≥ 120 ميجا باسكال	نقاط القوة الأساسيةيحافظ على قوة كافية في درجات الحرارة العالية لمنع تشقق أو تشوه الجزء العلوي من المكبس.
الاستطالة (أ)	≤ 1.0%	إن اللدونة الضعيفة متأصلة في تنظيمها شديد التقوية وشديد الانصهار.
صلابة برينل (HB)	100-130	صلابة عاليةيضمن ذلك مقاومة ممتازة للتآكل.
معامل التمدد الخطي (20-200 درجة مئوية)	18.5-20.0 × 10-⁶/°C	نقاط القوة الأساسيةوهي أقل من معظم سبائك الألومنيوم، وتتوافق بشكل أفضل مع بطانة الأسطوانة، وهو أمر جيد للتحكم في خلوص الأسطوانة.
الثبات الحجمي	优	تؤدي معالجة T6 إلى الحد الأدنى من التغيرات في الأبعاد في ظل الاستخدام طويل الأمد.

مسارات تحسين الأداء ومفاتيح التكنولوجيا
يعتمد تحقيق أداء ZL108 على مجموعة من العمليات المتطورة والمتشابكة:

1. تحكم دقيق في تركيبة السبيكة:: يجب أن تكون محتويات سيليكون، والنحاس، والنحاس، والمغن، والنيكل متطابقة بدقة لتشكيل مزيج مثالي من المراحل المقاومة للحرارة. يجب التحكم فيها بدقةمعالجة التدهور الفوسفوري (P) معالجة الفوسفور (P)من أجل تنقيح التنظيم الانشطاري لـطور السيليكون الناشئوهذا شرط أساسي للخصائص الميكانيكية الجيدة وقابلية التشغيل الآلي.
2. نظام المعالجة الحرارية الخاص (T6):
   • معالجة المحلول الصلب:: يُجرى عادةً عند درجة حرارة 505 ± 5 درجة مئوية للسماح بالذوبان الكافي للمرحلة المدعمة القابلة للذوبان.
   • حد زمني اصطناعي:: تعتيق مطول في درجات حرارة أعلى (200-220 درجة مئوية مثلاً) لتكوين أطوار تقوية مستقرة.مُحسَّن خصيصًا لخصائص درجات الحرارة العالية وثبات الأنسجة.
3. عملية الصب المتقدمة:: التبنينوع المعدن المصبوب بالجاذبية或الصب بالضغط المنخفضللحصول على تنظيم كثيف ومتجانس لحالة الصب. عملية الصب الجيدة هي أساس المعالجة الحرارية والأداء اللاحق.

الدرجات الدولية المناظرة
وباعتبارها سبيكة مكبس كلاسيكية، فإن لها نظيرتها في المعايير الوطنية:

• المعيار الوطني الصيني:ZAlSi12Cu2Mg1 (GB/T 1173)
• أمريكان ستاندرد:A332.0 (ASTM، قريب جدًا)
• معيار الاتحاد الأوروبي:EN AC-48000 (EN 1706)
• المعيار الياباني:AC9A 或 AC9B (JIS)

استخدامات ZL108 في صناعة المسابك
وتتسم تطبيقاتها بالتخصص الشديد، حيث تركز بشكل حصري تقريبًا علىمكونات الطرف الساخن الأساسية لمحركات الاحتراق الداخلي:

1. المكابس (التطبيقات الرئيسية المطلقة)
   • مكابس محرك الديزل:: المكابس للشاحنات المتوسطة والثقيلة، وآلات البناء، ومحركات الديزل البحرية (بالاستفادة من قوتها الممتازة في درجات الحرارة العالية ومقاومتها للتآكل).
   • مكابس محرك البنزين عالية الأداء:: المكابس لمحركات البنزين ذات الإزاحة الكبيرة والدفع العالي وكثافة الطاقة العالية.
   • المكابس المعدلة ومكابس السباق:: عندما تكون هناك متطلبات قصوى لمقاومة الحرارة والقوة.
2. الأجزاء الأخرى المقاومة للحرارة والتآكل
   • دوّار المحرك:: الأجزاء الدوارة لبعض المحركات الخاصة.
   • مكابس الضاغط:: ضاغط هواء عالي الضغط.
   • مكابس فرجار المكابح(في عدد قليل من المتطلبات عالية الأداء).

الأسئلة المتداولة عن سبائك الألومنيوم ZL108

س1: ما هي أكبر صعوبة تقنية في ZL108؟

• الصب والتدهور. ونظرًا لتكوينه فائق الانصهار، فإن الذائب يترسب خشنًابلورات السيليكون الأوليةوالنتيجة هي قطع شديد في الركيزة، مما يؤدي إلى تدهور كبير في الأداء وصعوبات في التصنيع. يجب تحقيق ذلك عن طريقمعالجة التدهور الفوسفوري (P) معالجة الفوسفور (P)(على سبيل المثال عن طريق إضافة سبائك وسيطة Cu-P) لتنقية السيليكون الأولي، وهو إنتاج ZL108 فيعتبة التكنولوجيا الأساسية.

س2: لماذا تكون استطالة ZL108 منخفضة للغاية؟

• هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها منحهاقوة عالية وصلابة عالية ومعامل تمدد منخفضالثمن الذي لا مفر من دفعه. فمرحلة السيليكون في كل من السيليكون في كل سليكون سهل الانصهار والعدد الكبير من المواد البينية المقاومة للحرارة (التي تحتوي على النحاس والمغنيسيوم والنيكل)، مع توفير الخصائص المطلوبة في درجات الحرارة العالية، تقلل أيضًا بشكل كبير من مرونة المادة وصلابتها.

س3 ：ما هي المعالجة السطحية المطلوبة للمكبس ZL108؟

• ولزيادة تحسين الأداء، غالبًا ما يتم إعطاء مكابس ZL108 مجموعة من المعالجات السطحية:
  • الأكسدة الأنودية:: تشكيل طبقة من أكسيد الألومنيوم الصلب على أخدود الحلقة العلوية للمكبس أو على سطح غرفة الاحتراق لزيادةمقاومة للحرارة والتآكل والتآكل.
  • طلاء الجرافيت:: رش مواد التشحيم الصلبة على حواف المكبس لتحسين التآكل وتقليل الاحتكاك.
  • الجلفنة:: معلب مثلاً لتسهيل الاقتحام الأولي.

س4: كيف يمكن مقارنة ZL108 بمواد المكبس الشائعة مثل ZL109 أو السبائك سهلة الانصهار؟

• ZL108 (لكل سائل متمازج):محتوى أعلى من السيليكون (11-13%)(رياضيات) الجنسأقل معامل للتمدد الحراري وأفضل مقاومة للتآكلولكن الصب والتشغيل الآلي هو الأصعب والأكثر تكلفة. مناسبة لـالحمل الحراري هو الأكثر شدةالمناسبة.
• ZL109 (سهل الانصهار/شبه سهل الانصهار) والسبائك المماثلة:: محتوى سيليكون أقل قليلاً (8-11%)، أداء صب أفضل، قابلية أفضل للتشغيل الآلي، خصائص ميكانيكية أفضل بشكل عام (خاصة المتانة)، هي مادة المكبس الأكثر استخدامًا على نطاق واسع.معامل التمدد الحراري ومقاومة التآكل أقل قليلاً من ZL108.

س5: ما هي المتطلبات الخاصة للتصنيع الآلي ZL108؟

• بسببصلابة عالية مع مرحلة السيليكون الصلب، مع ضعف القطع والتشغيل الآلي، يُعرف باسم “سبائك الألومنيوم صعبة القطع”。
  • القواطع:: يجب استخدامهاأدوات القطع بالماس المتعدد الكريستالات (PCD)أو قواطع كربيد مغلفة عالية الجودة.
  • المعلمات:: يتم استخدام سرعات قطع عالية وتغذية صغيرة.
  • صلابة:: العجلات الماسية هي الخيار الوحيد الفعال من حيث التكلفة لمناطق مثل الأخاديد الحلقية.