Alliage d'aluminium coulé ZL108 : comment le métamorphisme du phosphore et le traitement thermique T6 façonnent les meilleurs matériaux pour pistons

En tant que représentant exceptionnel des alliages d'aluminium moulés pour les pistons.ZL108 (ZAlSi12Cu2Mg1) au moyen deExcellente résistance à haute température, faible coefficient de dilatation thermique et excellente résistance à l'usure et à la chaleuret est bien connu. L'alliage est unAlliages eutectiques aluminium-siliciumGrâce à une conception complexe des alliages et à un traitement thermique rigoureux, il est optimisé pour les composants du piston qui sont soumis à une alternance de charges thermiques et mécaniques sévères dans le cylindre du moteur, ce qui permet d'atteindre un équilibre précis entre les performances de puissance à haute température et la durabilité.

La qualité nationale du ZL108 est ZAlSi12Cu2Mg1.

• Norme nationale GradeSelon la norme GB/T 1173, sa qualité est la suivanteZAlSi12Cu2Mg1. Le nom reflète directement son système d'alliage de base : silicium (Si), cuivre (Cu) et magnésium (Mg).
• Code de l'industrie/entreprise: :ZL108 est la désignation du matériau couramment utilisé dans le domaine de la conception et de la fabrication des moteurs.
• situation typique: il commence presque toujours parCondition T6 (traitement en solution + vieillissement artificiel complet) Utilisé pour obtenir les meilleures performances globales, en particulier à des températures élevées.

Table de composition en alliage d'aluminium ZL108

élément d'un ensemble	Gamme de contenu (wt%)	rôle fonctionnel
Silicium (Si)	11.0-13.0	Teneur en hypereutectique.. Offre une faible dilatation thermique et une grande résistance à l'usure, mais la phase de silicium naissante doit être affinée par métamorphisme au phosphore (P).
Cuivre (Cu)	1.0-2.0	Principaux éléments de renforcement à haute température. La formation de phases Al₂Cu résistantes à la chaleur améliore considérablement la résistance et la dureté à haute température.
Magnésium (Mg)	0.4-1.0	Principaux éléments d'amélioration. La phase Mg₂Si se forme, qui, avec le Cu, assure la résistance à température ambiante et à haute température.
Manganèse (Mn)	0.3-0.9	Améliore la résistance à la chaleur, forme des phases résistantes à la chaleur et atténue les effets nocifs du fer (Fe).
Nickel (Ni)	0.3-0.9	Principaux éléments résistants à la chaleur. Formation d'une phase stable résistante à la chaleur pour améliorer la résistance au fluage à haute température.
Titane (Ti)	≤0.20	Raffineur de céréales.
Aluminium (Al)	la tolérance (c'est-à-dire l'erreur autorisée)	Matériau du substrat.

ZL108 Tableau des paramètres des propriétés physiques et mécaniques (valeurs typiques pour le moulage en moule métallique, état T6)

Indicateurs de performance	Plage numérique	Les points forts expliqués
densité	2,68-2,70 g/cm³	--
Résistance à la traction à température ambiante (Rm)	250-280 MPa	Niveau de résistance élevé pour répondre aux exigences de charge structurelle des pistons.
Résistance à la traction à haute température (250°C)	≥ 120 MPa	Points fortsL'acier inoxydable, qui se caractérise par une résistance suffisante à haute température, empêche la fissuration ou la déformation de la partie supérieure du piston.
Allongement (A)	≤ 1.0%	La faible plasticité est inhérente à son organisation hautement renforcée et per-eutectique.
Dureté Brinell (HB)	100-130	grande rigiditéLa version la plus récente du produit est celle qui présente la meilleure résistance à l'abrasion, ce qui garantit une excellente résistance à l'abrasion.
Coefficient de dilatation linéaire (20-200°C)	18.5-20.0 × 10-⁶/°C	Points fortsIl est plus bas que la plupart des alliages d'aluminium, mieux adapté à la chemise du cylindre, ce qui permet de contrôler le jeu du cylindre.
stabilité volumétrique	优	Le traitement T6 entraîne des changements dimensionnels minimes en cas d'utilisation à long terme.

Voies d'amélioration des performances et clés technologiques
La réalisation des performances du ZL108 repose sur une combinaison de processus sophistiqués et interdépendants :

1. Contrôle précis de la composition de l'alliageLes phases résistantes à la chaleur : Les teneurs en Si, Cu, Mg et Ni doivent être adaptées avec précision pour former une combinaison optimale de phases résistantes à la chaleur. Elle doit être strictement contrôléePhosphore (P) Détérioration Traitementafin d'affiner l'organisation eutectique de laphase naissante du siliciumC'est une condition préalable pour obtenir de bonnes propriétés mécaniques et une bonne usinabilité.
2. Système de traitement thermique exclusif (T6): :
   • traitement des solutions solidesLa dissolution de la phase fortifiée soluble est généralement effectuée à 505±5°C pour permettre une dissolution suffisante de la phase fortifiée soluble.
   • délai artificielLe vieillissement prolongé à des températures plus élevées (par exemple 200-220°C) pour la formation de phases de renforcement stables.Spécialement optimisé pour les propriétés à haute température et la stabilité des tissus.
3. Processus de coulée avancé: AdoptionMoulage par gravité de type métallique或coulée à basse pressionpour obtenir une organisation dense et homogène de l'état de fonte. Un bon processus de coulée est la base du traitement thermique et des performances ultérieures.

Notes internationales correspondantes
En tant qu'alliage de piston classique, il a son équivalent dans les normes nationales :

• Norme nationale chinoise: :ZAlSi12Cu2Mg1 (GB/T 1173)
• American Standard: :A332.0 (ASTM, très proche)
• Norme européenne: :FR AC-48000 (EN 1706)
• Norme japonaise: :AC9A 或 AC9B (JIS)

Application du ZL108 dans l'industrie de la fonderie
Ses applications sont très spécialisées et se concentrent presque exclusivement sur les domaines suivantsComposants centraux de la partie chaude des moteurs à combustion interne: :

1. Pistons (applications courantes absolues)
   • Pistons pour moteurs dieselPistons : Pistons pour camions moyens et lourds, engins de chantier et moteurs diesel marins (grâce à leur excellente résistance aux températures élevées et à l'usure).
   • Pistons de moteur à essence haute performancePistons pour moteurs à essence de grosse cylindrée, à forte suralimentation et à haute densité de puissance.
   • Pistons modifiés et de courseLes produits de ce type sont utilisés dans les cas où les exigences en matière de résistance à la chaleur et de solidité sont très élevées.
2. Autres pièces résistantes à la chaleur et à l'usure
   • Rotor du moteur: Pièces tournantes de certains moteurs spéciaux.
   • Pistons de compresseursCompresseur d'air à haute pression.
   • Pistons d'étrier de frein(pour quelques exigences de haute performance).

Alliage d'aluminium ZL108 Questions fréquemment posées

Q1 : Quelle est la plus grande difficulté technique de ZL108 ?

• Coulée et détérioration. En raison de sa composition hypereutectique, la matière fondue précipite des particules grossières.Cristaux de silicium primairesIl en résulte une coupure sévère dans le substrat, qui entraîne une dégradation spectaculaire des performances et des difficultés d'usinage. Ceci doit être réalisé par desPhosphore (P) Détérioration Traitement(par exemple en ajoutant des alliages intermédiaires Cu-P) pour raffiner le silicium primaire, qui est la production de ZL108 dans l'usine de production deSeuil technologique de base.

Q2 : Pourquoi l'élongation de ZL108 est-elle si faible ?

• C'est la première fois qu'elle est récompenséeHaute résistance, haute dureté, faible coefficient de dilatationLe prix à payer inévitablement. La phase de silicium per-eutectique et le grand nombre d'intermétalliques résistants à la chaleur (contenant Cu, Mg, Ni), tout en apportant les propriétés souhaitées à haute température, réduisent aussi de manière significative la plasticité et la ténacité du matériau.

Q3：Quel traitement de surface est nécessaire pour le piston ZL108 ?

• Pour améliorer encore les performances, les pistons ZL108 sont souvent soumis à une combinaison de traitements de surface :
  • oxydation anodiqueFormation d'un film d'oxyde d'aluminium dur sur la gorge du segment supérieur du piston ou sur la surface de la chambre de combustion afin d'augmenter la résistance à l'oxydation de l'air.Résistance à la chaleur, à l'usure et à l'abrasion.
  • Revêtement de graphiteLes lubrifiants solides sont pulvérisés sur les jupes des pistons afin d'améliorer la réduction de l'usure et de la friction.
  • galvaniserLes produits de la gamme sont des produits de qualité : ils sont par exemple étamés pour faciliter le rodage initial.

Q4 : Comment le ZL108 se compare-t-il aux matériaux de piston courants tels que le ZL109 ou les alliages eutectiques ?

• ZL108 (par eutectique): :Teneur en Si plus élevée (11-13%)(math.) genreCoefficient de dilatation thermique le plus faible et meilleure résistance à l'usuremais le moulage et l'usinage sont les plus difficiles et les plus coûteux. Convient pourLa charge thermique est la plus importanteL'occasion.
• ZL109 (eutectique/sub-eutectique) et alliages similairesLe matériau le plus utilisé pour les pistons est : une teneur en Si légèrement inférieure (8-11%), une meilleure performance de coulée, une meilleure usinabilité, de meilleures propriétés mécaniques globales (en particulier la ténacité).Coefficient de dilatation thermique et résistance à l'abrasion légèrement inférieurs à ceux du ZL108.

Q5 : Quelles sont les exigences particulières pour l'usinage du ZL108 ?

• en raison deDureté élevée avec phase de silicium durLe produit, dont la coupe et l'usinage sont médiocres, est connu sous le nom de “Alliages d'aluminium à coupe dure”。
  • cutters: doit être utiliséOutils de coupe PCD (diamant polycristallin)ou des outils en carbure revêtus de qualité.
  • paramètresLa vitesse de coupe est élevée et l'avance est faible.
  • durciLes meules diamantées sont le seul choix rentable pour les zones telles que les rainures des anneaux.