Aluminiumgusslegierung ZL108: Wie Phosphor-Metamorphose und T6-Wärmebehandlung Spitzenkolbenwerkstoffe formen

Als herausragender Vertreter von Aluminiumgusslegierungen für Kolben.ZL108 (ZAlSi12Cu2Mg1) mit Hilfe vonHervorragende Hochtemperaturfestigkeit, niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient und ausgezeichnete Verschleiß- und Hitzebeständigkeitund ist gut bekannt. Die Legierung ist eine typischeEutektische Aluminium-Silizium-LegierungenDurch ein komplexes Legierungsdesign und eine rigorose Wärmebehandlung wurde es für Kolbenkomponenten optimiert, die im Motorzylinder starken thermischen und mechanischen Wechselbelastungen ausgesetzt sind, wodurch ein präzises Gleichgewicht zwischen Hochtemperaturleistung und Haltbarkeit erreicht wird.

Der nationale Grad für ZL108 ist ZAlSi12Cu2Mg1.

• Nationale StandardnoteGemäß GB/T 1173 ist seine QualitätZAlSi12Cu2Mg1. Der Name spiegelt direkt sein Kernlegierungssystem wider: Silizium (Si), Kupfer (Cu) und Magnesium (Mg).
• Branche/Unternehmenscode::ZL108 ist die Bezeichnung für den im Bereich der Konstruktion und des Baus von Motoren üblicherweise verwendeten Werkstoff.
• typische Situation: Es beginnt fast immer mitZustand T6 (Lösungsbehandlung + vollständige künstliche Alterung) Wird verwendet, um die beste Gesamtleistung zu erzielen, insbesondere bei hohen Temperaturen.

Tabelle der Zusammensetzung der Aluminiumlegierung ZL108

Element einer Menge	Inhaltsbereich (wt%)	funktionale Rolle
Silizium (Si)	11.0-13.0	Übereutektischer Gehalt.. Bietet eine geringe Wärmeausdehnung und hohe Verschleißfestigkeit, aber die beginnende Siliziumphase muss durch Phosphor (P) Metamorphismus verfeinert werden.
Kupfer (Cu)	1.0-2.0	Wichtigste Elemente zur Verstärkung bei hohen Temperaturen. Die Bildung hitzebeständiger Al₂Cu-Phasen verbessert die Festigkeit und Härte bei hohen Temperaturen erheblich.
Magnesium (Mg)	0.4-1.0	Wichtige Erweiterungselemente. Es bildet sich die Mg₂Si-Phase, die zusammen mit Cu für Raum- und Hochtemperaturfestigkeit sorgt.
Mangan (Mn)	0.3-0.9	Verbessert die Hitzebeständigkeit, bildet hitzebeständige Phasen und mildert die schädlichen Auswirkungen von Eisen (Fe).
Nickel (Ni)	0.3-0.9	Wichtige hitzebeständige Elemente. Bildung einer stabilen hitzebeständigen Phase zur Verbesserung der Hochtemperatur-Kriechfestigkeit.
Titan (Ti)	≤0.20	Getreideraffinerie.
Aluminium (Al)	Toleranz (d. h. zulässiger Fehler)	Material des Substrats.

ZL108 Physikalische und mechanische Eigenschaften Parametertabelle (Typische Werte für Metallformguss, Zustand T6)

Leistungsindikatoren	Numerischer Bereich	Kernstärken erklärt
Dichte	2,68-2,70 g/cm³	--
Zugfestigkeit bei Raumtemperatur (Rm)	250-280 MPa	Hohe Festigkeit zur Erfüllung der Anforderungen an die Kolbenstruktur.
Hochtemperatur-Zugfestigkeit (250°C)	≥ 120 MPa	Zentrale Stärkenhält auch bei hohen Temperaturen eine ausreichende Festigkeit aufrecht, um Risse oder Verformungen an der Oberseite des Kolbens zu verhindern.
Dehnung (A)	≤ 1,0%	Die geringe Plastizität ist auf die stark verfestigte, per-utektische Organisation zurückzuführen.
Brinell-Härte (HB)	100-130	hohe SteifigkeitDies gewährleistet eine hervorragende Abriebfestigkeit.
Koeffizient der linearen Ausdehnung (20-200°C)	18.5-20.0 × 10-⁶/°C	Zentrale StärkenEs ist niedriger als die meisten Aluminiumlegierungen und besser auf die Zylinderlaufbuchse abgestimmt, was sich positiv auf die Kontrolle des Zylinderspiels auswirkt.
volumetrische Stabilität	优	Die T6-Behandlung führt bei langfristigem Gebrauch zu minimalen Dimensionsänderungen.

Wege zur Leistungssteigerung und Technologie-Schlüssel
Die Realisierung der Leistung des ZL108 beruht auf einer Kombination ausgeklügelter und ineinander greifender Prozesse:

1. Präzise Kontrolle der LegierungszusammensetzungDie Gehalte an Si, Cu, Mg und Ni müssen genau aufeinander abgestimmt sein, um eine optimale Kombination von hitzebeständigen Phasen zu bilden. Er muss streng kontrolliert werdenPhosphor (P) Verschlechterung Behandlungzur Verfeinerung der eutektischen Organisation desnaszierende SiliziumphaseDies ist eine Voraussetzung für gute mechanische Eigenschaften und Bearbeitbarkeit.
2. Proprietäres Wärmebehandlungssystem (T6)::
   • MischkristallbehandlungGewöhnlich bei 505±5°C durchgeführt, um eine ausreichende Auflösung der löslichen angereicherten Phase zu ermöglichen.
   • künstliches ZeitlimitLängere Alterung bei höheren Temperaturen (z.B. 200-220°C) zur Bildung stabiler Verstärkungsphasen.Speziell optimiert für Hochtemperatureigenschaften und Gewebestabilität.
3. Fortschrittliches Gießverfahren: AdoptionMetalltyp Schwerkraftguss或Niederdruckgussum einen dichten, homogenen Gusszustand zu erreichen. Ein gutes Gießverfahren ist die Grundlage für die anschließende Wärmebehandlung und die Leistungsfähigkeit.

Entsprechende internationale Noten
Als klassische Kolbenlegierung hat sie ihre Entsprechung in den nationalen Normen:

• Chinesischer nationaler Standard::ZAlSi12Cu2Mg1 (GB/T 1173)
• Amerikanische Norm::A332.0 (ASTM, sehr knapp)
• EU-Norm::DE AC-48000 (EN 1706)
• Japanischer Standard::AC9A 或 AC9B (JIS)

Anwendung von ZL108 in der Gießereiindustrie
Seine Anwendungen sind hochspezialisiert und konzentrieren sich fast ausschließlich auf dieKernkomponenten des heißen Endes von Verbrennungsmotoren::

1. Kolben (absolute Mainstream-Anwendungen)
   • Kolben für DieselmotorenKolben für mittelschwere und schwere Lastkraftwagen, Baumaschinen und Schiffsdieselmotoren (unter Ausnutzung ihrer ausgezeichneten Hochtemperaturfestigkeit und Verschleißbeständigkeit).
   • Hochleistungskolben für BenzinmotorenKolben für Benzinmotoren mit großem Hubraum, hohem Ladedruck und hoher Leistungsdichte.
   • Modifizierte & Rennkolben: Wenn extreme Anforderungen an Hitzebeständigkeit und Festigkeit gestellt werden.
2. Andere hitzebeständige und verschleißfeste Teile
   • MotorrotorRotierende Teile von bestimmten Spezialmotoren.
   • Kompressor-Kolben: Hochdruck-Luftkompressor.
   • Bremssattelkolben(in einigen wenigen Hochleistungsanforderungen).

ZL108 Aluminiumlegierung Häufig gestellte Fragen

Q1: Was ist die größte technische Schwierigkeit des ZL108?

• Guss und Verschlechterung. Aufgrund ihrer übereutektischen Zusammensetzung scheidet die Schmelze grobkörnigePrimäre SiliziumkristalleDas Ergebnis ist ein starker Einschnitt im Substrat, der zu dramatischen Leistungseinbußen und Bearbeitungsschwierigkeiten führt. Dies muss durch präzises Arbeiten erreicht werdenPhosphor (P) Verschlechterung Behandlung(z. B. durch Zugabe von Cu-P-Zwischenlegierungen), um das primäre Silizium zu veredeln, das die ZL108-Produktion in derKerntechnologie-Schwelle.

F2: Warum ist die Dehnung von ZL108 so gering?

• Dies ist das erste Mal, dass es ausgezeichnet wurdeHohe Festigkeit, hohe Härte, niedriger AusdehnungskoeffizientDer unvermeidliche Preis, der zu zahlen ist. Die per-eutektische Siliziumphase und die große Anzahl hitzebeständiger intermetallischer Verbindungen (mit Cu, Mg, Ni) sorgen zwar für die gewünschten Hochtemperatureigenschaften, verringern aber auch erheblich die Plastizität und Zähigkeit des Werkstoffs.

F3：Welche Oberflächenbehandlung ist für den Kolben ZL108 erforderlich?

• Um die Leistung weiter zu steigern, werden ZL108-Kolben häufig mit einer Kombination von Oberflächenbehandlungen versehen:
  • anodische OxidationBildung eines harten Aluminiumoxidfilms auf der oberen Ringnut des Kolbens oder auf der Oberfläche des Verbrennungsraums zur Erhöhung derHitze-, Verschleiß- und Abriebfestigkeit.
  • Graphit-BeschichtungFestschmierstoffe auf Kolbenböden sprühen, um Verschleiß und Reibung zu verringern.
  • verzinken: z. B. verzinnt, um das Einlaufen zu erleichtern.

F4: Wie schneidet ZL108 im Vergleich zu herkömmlichen Kolbenwerkstoffen wie ZL109 oder eutektischen Legierungen ab?

• ZL108 (pro Eutektikum)::Höherer Si-Gehalt (11-13%)(math.) GattungGeringster Wärmeausdehnungskoeffizient und beste VerschleißfestigkeitAber das Gießen und die Bearbeitung sind die schwierigsten und kostspieligsten. Geeignet fürDie Wärmebelastung ist am stärkstenDer Anlass.
• ZL109 (eutektisch/untereutektisch) und ähnliche LegierungenEtwas geringerer Si-Gehalt (8-11%), bessere Gussleistung, bessere Bearbeitbarkeit, bessere mechanische Gesamteigenschaften (insbesondere Zähigkeit), ist das am häufigsten verwendete Kolbenmaterial.Der Wärmeausdehnungskoeffizient und die Abriebfestigkeit sind etwas schlechter als bei ZL108.

F5: Was sind die besonderen Anforderungen für die Bearbeitung von ZL108?

• wegenHohe Härte mit harter Siliziumphasemit schlechter Schneidbarkeit und Bearbeitbarkeit, wird als “Schwer zerspanbare Aluminiumlegierungen”。
  • Kutter: muss verwendet werdenPCD (Polykristalliner Diamant) Schneidwerkzeugeoder hochwertige beschichtete Hartmetallfräser.
  • ParameterHohe Schnittgeschwindigkeiten und kleine Vorschübe werden verwendet.
  • gehärtetDiamantscheiben sind die einzige kostengünstige Wahl für Bereiche wie Ringnuten.