ZL109 (ZAlSi12CuMgNi) Alliage d'aluminium pour la coulée des pistons : système eutectique de silicium Aluminium-Nickel-Cuivre-Magnésium pour une résistance à haute température et une faible dilatation.
Publié le :2026-03-07 Catégorie :Le blog Vues :1594
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- Tableau de composition de l'alliage d'aluminium ZL109 (basé sur les exigences typiques de la norme GB/T 1173)
- ZL109 Tableau des paramètres des propriétés physiques et mécaniques (valeurs typiques pour le moulage en moule métallique, état T5)
- Voies d'amélioration des performances et clés technologiques
- Notes internationales correspondantes
- Application du ZL109 dans l'industrie de la fonderie
- Alliage d'aluminium ZL109 Questions fréquemment posées
- 📊 Colonne étendue : analyse comparative ZL109 vs ZL108
En tant que norme nationale chinoise (GB/T 1173) dans lesAlliages eutectiques aluminium-silicium-cuivre-magnésium-nickel pour pistonsdes représentants typiques de laZL109 (ZAlSi12CuMgNi) au moyen deExcellente résistance à haute température, bonne résistance à l'usure, faible coefficient de dilatation thermique et excellente stabilité volumétrique.est connu. L'alliage est fabriqué parLa teneur élevée en silicium (Si) garantit une faible expansion et une résistance à l'usure, complétée par des renforts composites multiples en cuivre (Cu), magnésium (Mg) et nickel (Ni).Après un traitement thermique T1 (vieillissement naturel) ou T5 (vieillissement artificiel), d'excellentes propriétés mécaniques à haute température et une grande stabilité dimensionnelle peuvent être obtenues.Pistons de moteurs à combustion interne et autres pièces résistantes à la chaleur et à l'usure soumises à des charges thermiques et mécaniques alternées.Il est connu comme le “membre central de la famille des alliages pour pistons”.
La qualité nationale du ZL109 est ZAlSi12CuMgNi.
- Norme nationale GradeSelon la norme GB/T 1173, sa qualité est la suivanteZAlSi12CuMgNi. Le nom reflète directement son système d'alliage de base : silicium (Si), cuivre (Cu), magnésium (Mg) et nickel (Ni).
- Code de l'industrie/entreprise: :ZL109 Il s'agit de la désignation du matériau largement utilisé dans le domaine de la fabrication des pistons et de la conception des moteurs à combustion interne.
- Caractéristiques principales: :Teneur en silicium eutectique/near-eutectique (11-13%) Il présente un faible coefficient de dilatation et une bonne résistance à l'abrasion ;Multi-composite de cuivre, magnésium et nickelOffre une excellente résistance à haute température ;Contrôle strict des impuretésLa fiabilité du service à long terme est garantie.
Tableau de composition de l'alliage d'aluminium ZL109 (basé sur les exigences typiques de la norme GB/T 1173)
| élément d'un ensemble | Gamme de contenu (wt%) | rôle fonctionnel |
|---|---|---|
| Silicium (Si) | 11.0-13.0 | élément central. Il présente un faible coefficient de dilatation thermique, une bonne résistance à l'abrasion et garantit la fluidité de la coulée. |
| Cuivre (Cu) | 0.5-1.5 | Éléments améliorés à haute température.. Formation d'une phase Al₂Cu résistante à la chaleur pour améliorer la résistance et la dureté à haute température. |
| Magnésium (Mg) | 0.8-1.3 | Principaux éléments d'amélioration. Forme la phase Mg₂Si avec Si, ce qui renforce considérablement la précipitation. |
| Nickel (Ni) | 0.8-1.3 | Principaux éléments résistants à la chaleur. La formation de phases stables résistantes à la chaleur contenant du nickel (par exemple Al₃Ni, Al₃CuNi) améliore considérablement la résistance au fluage à haute température. |
| Fer (Fe) | ≤ 0.6 | Éléments d'impureté. Doit être contrôlé, mais est légèrement plus souple que le ZL108. |
| Manganèse (Mn) | ≤ 0.3 | des impuretés ou des traces d'ajouts pour améliorer l'organisation. |
| Titane (Ti) | ≤ 0.2 | Raffineur de céréales. |
| Zinc (Zn) | ≤ 0.3 | Impuretés. |
| Aluminium (Al) | la tolérance (c'est-à-dire l'erreur autorisée) | Matériau du substrat. |
ZL109 Tableau des paramètres des propriétés physiques et mécaniques (valeurs typiques pour le moulage en moule métallique, état T5)
| Indicateurs de performance | Plage numérique | Positionnement des performances et avantages |
|---|---|---|
| densité | 2,68-2,70 g/cm³ | -- |
| Résistance à la traction à température ambiante (Rm) | 240-280 MPa | Niveau de résistance élevé pour répondre aux exigences de charge structurelle des pistons. |
| Résistance à la traction à haute température (250°C) | ≥ 130 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. |
| Limite d'élasticité (Rp0.2) | 180-220 MPa | La limite d'élasticité est élevée et la déformation élastique est faible. |
| Allongement (A) | ≤ 1.0% | Faible plasticitéest inhérent aux alliages hautement renforcés et à forte teneur en silicium. |
| Dureté Brinell (HB) | 90-110 | grande rigiditéCela garantit une excellente résistance à l'abrasion. |
| Coefficient de dilatation linéaire (20-200°C) | 19.0-20.5 × 10-⁶/°C | Points fortsIl est plus bas que l'alliage aluminium-silicium ordinaire et s'harmonise bien avec la chemise du cylindre. |
| stabilité volumétrique | talentueux | Après le traitement T5, le changement dimensionnel en cas d'utilisation à long terme est extrêmement faible. |
| conductivité thermique | Environ 140-150 W/(m-K) | Bon pour la dissipation de la chaleur du piston. |
Voies d'amélioration des performances et clés technologiques
La réalisation des performances de la ZL109 repose sur une conception conjointe sophistiquée de plusieurs composants :
- Système de renforcement multi-composants: :
- Silicium (Si)Les produits de cette catégorie sont les suivants : faible coefficient de dilatation, résistance à l'usure et aptitude à la coulée.
- Cuivre (Cu)Formation d'Al₂Cu pour améliorer la résistance à température ambiante et à haute température.
- Magnésium (Mg)Formation de Mg₂Si pour renforcer les précipitations.
- Nickel (Ni)La formation de composés intermétalliques stables contenant du nickel (par exemple Al₃Ni, Al₃CuNi), qui sont des phases qui ne sont pas facilement dégrossies à haute température, est un facteur clé pour obtenir la qualité de l'eau de mer.Excellente résistance au fluage à haute températureLa clé.
- Système de traitement thermique: :
- T1 (limitation naturelle)Les produits de ce type peuvent être coulés directement pendant de longues périodes et conviennent à des applications moins exigeantes.
- T5 (vieillissement artificiel): :Processus les plus couramment utilisés. Maintien à 200-220°C pendant 6-10 heures pour obtenir des propriétés optimales à haute température et une stabilité organisationnelle. Contrairement au ZL108, le ZL109 n'est généralement pas soumis à un traitement de mise en solution solide (T6) afin d'éviter le grossissement du silicium eutectique ou la surcuisson.
- Processus de coulée: Principalement utiliséMoulage par gravité de type métallique或coulée à basse pressionProduit pour obtenir une organisation dense et homogène telle que coulée.
Notes internationales correspondantes
En tant qu'alliage eutectique classique pour pistons, il a plusieurs équivalents internationaux :
- Norme nationale chinoise: :ZAlSi12CuMgNi (GB/T 1173)
- American StandardLe plus proche : Le plus proche A332.0 (Al-Si12CuNiMg), dont les compositions sont très proches ; certaines données correspondent également à des SAE 321.
- Norme européenne: :FR AC-48000 (Al-Si12CuNiMg) (EN 1706)
- Norme japonaise: :AC8A (JIS H 5202), dont la composition est très proche.
- Norme allemande: :DIN 1725 G-AlSi12CuNiMg dans des nuances similaires.
Application du ZL109 dans l'industrie de la fonderie
sur la base de sonExcellente résistance à haute température, faible coefficient de dilatation et bonne résistance à l'usureL'application du ZL109 est très concentrée dans le domaine des moteurs à combustion interne :
- Pistons (applications essentielles)
- Pistons pour moteurs dieselPistons pour moteurs diesel moyens et légers, petits moteurs diesel agricoles et groupes électrogènes.
- Pistons de moteurs à essencePistons de moteurs à essence de voitures particulières, pistons de moteurs de motos.
- Pistons universels pour moteurs à essenceLes produits de cette catégorie sont les suivants : tondeuses à gazon, petits groupes électrogènes, pistons de moteurs hors-bord.
- Autres pièces résistantes à la chaleur et à l'usure
- Pistons de compresseursCompresseurs : Compresseurs à moyenne et basse pression.
- Pistons d'étrier de freinLe système de freinage : il fait partie du système de freinage des voitures particulières.
- Pièces d'usure pour systèmes hydrauliquesLes produits de cette catégorie sont les suivants : bagues et glissières nécessitant une faible dilatation et une grande résistance à l'usure.
Alliage d'aluminium ZL109 Questions fréquemment posées
Q1 : Quelle est la principale différence entre ZL108 et ZL109 ? Comment choisir le type ?
- Il s'agit de la comparaison la plus classique dans le domaine des alliages pour pistons: :
- ZL108: :Alliages eutectiques aluminium-silicium(Si 11-131 TP3T, mais généralement du côté élevé) et une teneur en cuivre plus élevée (1,0-2,01 TP3T).Coefficient de dilatation thermique plus faible, meilleure résistance à l'abrasion, résistance aux températures plus élevéesApplicable àCharges thermiques plus élevées et conditions plus exigeantespistons (par exemple, moteurs diesel suralimentés, moteurs diesel de grosse cylindrée).
- ZL109: :Alliages eutectiques/near-eutectiques aluminium-silicium(Si 11-131 TP3T), teneur en cuivre légèrement inférieure (0.5-1.51 TP3T), avec du nickel.Bonnes performances générales, performances de coulée légèrement supérieures, coût légèrement inférieurApplicable àPistons pour moteurs diesel et à essence moyens et légers.
- sélection: :Charges thermiques lourdes et élevéesChoisissez ZL108 ;Léger-moyen, usage généralChoisir ZL109.
Q2 : Pourquoi le ZL109 ajoute-t-il du nickel (Ni) ? Est-il possible de ne pas l'ajouter ?
- Le nickel est l'élément clé de la résistance à la chaleur. Le nickel forme avec l'aluminium et le cuivreComposés intermétalliques stables(Al₃Ni, Al₃CuNi), ces phases à haute températureNe se dégrade pas facilement, ne se dissout pas facilementIl peut pincer efficacement les joints de grains et les dislocations, et améliorer de manière significative la résistance de l'alliage.Résistance à haute température, résistance au fluage et stabilité thermique. Les alliages sans nickel présentent une baisse significative des performances à haute température et ne conviennent pas pour les pistons fonctionnant à plus de 200°C pendant de longues périodes.
Q3 : Pourquoi le ZL109 n'est-il pas traité avec le T6 (solution + vieillissement) ?
- La raison principale en est querisque de surchaufferépondre en chantantdétérioration de l'organisationZL109, avec une teneur en silicium allant jusqu'à 11-131 TP3T, est une composition eutectique ou quasi-eutectique avec un point de fusion eutectique bas.La coagulation du silicium eutectique, voire la surcuisson localiséeau lieu d'altérer les propriétés mécaniques. C'est pourquoi le ZL109 est généralement utiliséT5 (vieillissement manuel direct)Afin d'obtenir l'effet désiré de renforcement de la précipitation tout en stabilisant le tissu.
Q4：La zone de la gorge du segment du piston ZL109 nécessite-t-elle un traitement spécial ?
- Généralement, il faut. Pour améliorer encore la résistance à l'usure des gorges des segments, les pistons en ZL109 sont souvent dotés d'une couche de protection contre l'usure.Première rainure de l'anneaualler de l'avantAnodisé durCe traitement crée une couche d'oxyde d'aluminium d'une grande dureté, qui prolonge considérablement la durée de vie du piston. Certains pistons haute performance utilisent également desgaine(rainure de la bague en fonte résistante à l'usure incrustée).
Q5 : Quelles sont les propriétés de moulage de ZL109 ? Quelles sont ses caractéristiques par rapport aux alliages ordinaires d'aluminium et de silicium ?
- Bonne performance de couléeLa teneur élevée en silicium permet de couler des pistons de formes complexes. La teneur élevée en silicium lui confère une excellente fluidité et le rend apte à couler des pistons de forme complexe. Toutefois, il convient de prêter attention à saLarge plage de solidificationsusceptible derétrécissementLe système de coulée et le processus de refroidissement sont donc plus exigeants. Habituellement, on utilisemoulage de métaux或coulée à basse pressionLa conception des colonnes montantes et des fers à froid vise à obtenir des pièces coulées denses.
Q6 : Quelles sont les propriétés de coupe et d'usinage du ZL109 ?
- Moyenne inférieure. La teneur élevée en silicium (11-13%) fait qu'il contient un grand nombre de particules de silicium dur, ce qui est bon pour la résistance de l'outil.usure abrasiveplus sévère. Lors de la transformation du ZL109, il est recommandé d'utiliserOutils de coupe PCD (diamant polycristallin)ou de haute qualitéOutils en carbure revêtusL'adoptionVitesses de coupe élevées, faibles avancesLes paramètres du processus. Les pièces de précision telles que les rainures d'anneau peuvent nécessiter un meulage.
📊 Colonne étendue : analyse comparative ZL109 vs ZL108
| dimension de comparaison | ZL109 (ZAlSi12CuMgNi) | ZL108 (ZAlSi12Cu2Mg1) | Interprétation des différences |
|---|---|---|---|
| Type d'alliage | Alliages eutectiques/near-eutectiques aluminium-silicium | Alliages eutectiques aluminium-silicium | La phase silicium de ZL108 a du silicium primaire |
| Teneur en silicium (Si) | 11.0-13.0% | 11.0-13.01 TP3T (contrôle du biais) | Similaire, mais ZL108 se situe à l'extrémité supérieure de l'échelle. |
| Teneur en cuivre (Cu) | 0.5-1.5% | 1.0-2.0% | Le cuivre ZL108 est plus haut et plus fort |
| Teneur en nickel (Ni) | 0.8-1.3% | 0.3-0.9% | ZL109 avec une teneur en nickel plus élevée |
| Teneur en magnésium (Mg) | 0.8-1.3% | 0.4-1.0% | ZL109 : teneur en magnésium légèrement plus élevée |
| Coefficient de dilatation thermique | 19,0-20,5 x 10-⁶/°C | 18,5-20,0 x 10-⁶/°C | ZL108 a un coefficient de dilatation plus faible |
| Résistance à haute température | talentueux | meilleur | Le ZL108 est plus adapté à une charge thermique élevée. |
| Performance de la coulée | talentueux | favorable | ZL109 a une capacité de coulée légèrement supérieure |
| application typique | Pistons pour moteurs diesel et à essence moyens et légers | Pistons pour moteurs diesel lourds et suralimentés | La charge thermique détermine le choix |
| positionnement des coûts | modéré | Moyennement élevé | Le ZL108 coûte un peu plus cher |
Guide de sélection rapide :
- Choisir ZL109.Pistons pour moteurs diesel moyens et légers, moteurs à essence à usage général et moteurs de motos, nécessitant un bon équilibre entre performances globales et économie.
- Sélectionner ZL108Pistons : Pistons pour moteurs diesel à usage intensif, moteurs suralimentés et moteurs à essence à hautes performances nécessitant une résistance extrême à la chaleur, un coefficient de dilatation le plus faible possible et une résistance maximale à l'usure.
