Lega di alluminio fuso ZL108: come il metamorfismo del fosforo e il trattamento termico T6 modellano i materiali dei pistoni di punta

Come rappresentante di spicco delle leghe di alluminio fuse per i pistoni.ZL108 (ZAlSi12Cu2Mg1) per mezzo diEccellente resistenza alle alte temperature, basso coefficiente di espansione termica ed eccellente resistenza all'usura e al calore.ed è ben nota. La lega è una tipicaLeghe eutettiche alluminio-silicioGrazie a una complessa progettazione delle leghe e a un rigoroso trattamento termico, è ottimizzata per i componenti del pistone sottoposti a forti carichi termici e meccanici alternati nel cilindro del motore, raggiungendo un preciso equilibrio tra prestazioni di potenza ad alta temperatura e durata.

Il grado nazionale per ZL108 è ZAlSi12Cu2Mg1.

• Standard nazionale GradoSecondo GB/T 1173, il suo grado èZAlSi12Cu2Mg1. Il nome riflette direttamente il suo sistema di leghe principali: silicio (Si), rame (Cu) e magnesio (Mg).
• Codice settore/impresa::ZL108 è la denominazione del materiale comunemente utilizzato nel campo della progettazione e della produzione di motori.
• situazione tipica: inizia quasi sempre conCondizione T6 (trattamento con soluzione + invecchiamento artificiale completo) Utilizzato per ottenere le migliori prestazioni complessive, soprattutto alle alte temperature.

Tabella di composizione della lega di alluminio ZL108

elementare	Intervallo di contenuto (wt%)	ruolo funzionale
Silicio (Si)	11.0-13.0	Contenuto ipereutettico.. Offre una bassa espansione termica e un'elevata resistenza all'usura, ma la fase incipiente di silicio deve essere raffinata dal metamorfismo del fosforo (P).
Rame (Cu)	1.0-2.0	Principali elementi di rinforzo per alte temperature. La formazione di fasi Al₂Cu resistenti al calore migliora significativamente la resistenza e la durezza alle alte temperature.
Magnesio (Mg)	0.4-1.0	Elementi chiave di miglioramento. Si forma la fase Mg₂Si, che insieme al Cu fornisce resistenza a temperatura ambiente e ad alta temperatura.
Manganese (Mn)	0.3-0.9	Migliora la resistenza al calore, forma fasi resistenti al calore e attenua gli effetti nocivi del ferro (Fe).
Nichel (Ni)	0.3-0.9	Importanti elementi resistenti al calore. Formazione di una fase stabile resistente al calore per migliorare la resistenza allo scorrimento ad alta temperatura.
Titanio (Ti)	≤0.20	Raffinatore di cereali.
Alluminio (Al)	tolleranza (cioè l'errore consentito)	Materiale del substrato.

Tabella dei parametri delle proprietà fisiche e meccaniche di ZL108 (valori tipici per la colata in stampo di metallo, stato T6)

Indicatori di prestazione	Campo numerico	I punti di forza fondamentali spiegati
densità	2,68-2,70 g/cm³	--
Resistenza alla trazione a temperatura ambiente (Rm)	250-280 MPa	Elevato livello di resistenza per soddisfare i requisiti di carico strutturale dei pistoni.
Resistenza alla trazione ad alta temperatura (250°C)	≥ 120 MPa	Punti di forza fondamentalimantiene una resistenza sufficiente alle alte temperature per evitare crepe o distorsioni della parte superiore del pistone.
Allungamento (A)	≤ 1.0%	La scarsa plasticità è insita nella sua organizzazione altamente rinforzata e per-eutettica.
Durezza Brinell (HB)	100-130	elevata rigiditàLa versione più recente del prodotto è quella con la migliore resistenza all'abrasione, che garantisce un'eccellente resistenza all'abrasione.
Coefficiente di espansione lineare (20-200°C)	18.5-20.0 × 10-⁶/°C	Punti di forza fondamentaliÈ più basso rispetto alla maggior parte delle leghe di alluminio, si abbina meglio alla canna del cilindro e consente di controllare il gioco del cilindro.
stabilità volumetrica	优	Il trattamento T6 comporta variazioni dimensionali minime in caso di utilizzo prolungato.

Percorsi di miglioramento delle prestazioni e chiavi tecnologiche
La realizzazione delle prestazioni dello ZL108 si basa su una combinazione di processi sofisticati e interconnessi:

1. Controllo preciso della composizione della legaI tenori di Si, Cu, Mg e Ni devono essere accuratamente abbinati per formare una combinazione ottimale di fasi resistenti al calore. Deve essere rigorosamente controllatoFosforo (P) Trattamento del deterioramentoal fine di perfezionare l'organizzazione eutettica dellafase nascente del silicioQuesto è un prerequisito per ottenere buone proprietà meccaniche e lavorabilità.
2. Sistema di trattamento termico proprietario (T6)::
   • trattamento della soluzione solidaSolitamente viene effettuata a 505±5°C per consentire una sufficiente dissoluzione della fase fortificata solubile.
   • limite di tempo artificialeInvecchiamento prolungato a temperature più elevate (ad es. 200-220°C) per la formazione di fasi di rinforzo stabili.Ottimizzato appositamente per le proprietà ad alta temperatura e la stabilità dei tessuti.
3. Processo di fusione avanzato: AdozioneColata a gravità di tipo metallico或colata a bassa pressioneper ottenere un'organizzazione densa e omogenea dello stato fuso. Un buon processo di colata è la base per il successivo trattamento termico e per le prestazioni.

Gradi internazionali corrispondenti
Come lega di pistoni classica, ha la sua controparte negli standard nazionali:

• Standard nazionale cinese::ZAlSi12Cu2Mg1 (GB/T 1173)
• American Standard::A332.0 (ASTM, molto vicino)
• Standard UE::IT AC-48000 (EN 1706)
• Standard giapponese::AC9A 或 AC9B (JIS)

Applicazione di ZL108 nell'industria della fonderia
Le sue applicazioni sono altamente specializzate e si focalizzano quasi esclusivamente sullaComponenti di base dell'estremità calda dei motori a combustione interna::

1. Pistoni (applicazioni mainstream assolute)
   • Pistoni per motori dieselPistoni per autocarri medi e pesanti, macchine edili e motori diesel marini (sfruttando l'eccellente resistenza alle alte temperature e all'usura).
   • Pistoni per motori a benzina ad alte prestazioniPistoni per motori a benzina di grande cilindrata, alta spinta e alta densità di potenza.
   • Pistoni modificati e da corsaDove ci sono requisiti estremi di resistenza al calore e di forza.
2. Altre parti resistenti al calore e all'usura
   • Rotore del motoreParti rotanti di alcuni motori speciali.
   • Pistoni del compressoreCompressore d'aria ad alta pressione.
   • Pistoni della pinza freno(in alcuni requisiti ad alte prestazioni).

Domande frequenti sulla lega di alluminio ZL108

D1: Qual è la maggiore difficoltà tecnica di ZL108?

• Colata e deterioramento. Grazie alla sua composizione ipereutettica, la massa fusa precipita in modo grossolano.Cristalli di silicio primarioIl risultato è un taglio netto nel substrato, che porta a una drastica riduzione delle prestazioni e a difficoltà di lavorazione. Questo risultato deve essere ottenuto con una precisaFosforo (P) Trattamento del deterioramento(ad esempio aggiungendo leghe intermedie Cu-P) per raffinare il silicio primario, che è la produzione di ZL108 nelSoglia tecnologica di base.

D2: Perché l'allungamento di ZL108 è così basso?

• È la prima volta che viene premiatoElevata resistenza, elevata durezza, basso coefficiente di espansioneL'inevitabile prezzo da pagare. La fase per-eutettica del silicio e il gran numero di intermetalli resistenti al calore (contenenti Cu, Mg, Ni), pur garantendo le proprietà desiderate alle alte temperature, riducono significativamente la plasticità e la tenacità del materiale.

Q3: Quale trattamento superficiale è necessario per il pistone ZL108?

• Per migliorare ulteriormente le prestazioni, i pistoni ZL108 sono spesso sottoposti a una combinazione di trattamenti superficiali:
  • ossidazione anodicaFormazione di una pellicola dura di ossido di alluminio sulla scanalatura dell'anello superiore del pistone o sulla superficie della camera di combustione, per aumentare il livello di sicurezza.Resistenza al calore, all'usura e all'abrasione.
  • Rivestimento in grafiteSpruzzare lubrificanti solidi sulle gonne dei pistoni per migliorare la riduzione dell'usura e dell'attrito.
  • zincarePer facilitare il rodaggio iniziale, è necessario che il sistema sia in grado di garantire un'elevata qualità del prodotto.

D4: Come si colloca lo ZL108 rispetto ai comuni materiali per pistoni, come lo ZL109 o le leghe eutettiche?

• ZL108 (per eutettico)::Maggiore contenuto di Si (11-13%)(matematica) genereCoefficiente di espansione termica più basso e migliore resistenza all'usurama la fusione e la lavorazione sono le più difficili e costose. Adatto perIl carico termico è il più graveL'occasione.
• ZL109 (eutettico/sub-eutettico) e leghe simili: contenuto di Si leggermente inferiore (8-11%), migliori prestazioni di fusione, migliore lavorabilità, migliori proprietà meccaniche complessive (soprattutto la tenacità), è il materiale per pistoni più utilizzato.Coefficiente di espansione termica e resistenza all'abrasione leggermente inferiori a ZL108.

Q5: Quali sono i requisiti speciali per la lavorazione di ZL108?

• a causa diElevata durezza con fase di silicio durocon scarsa capacità di taglio e di lavorazione, è noto come “Leghe di alluminio difficili da tagliare”。
  • taglierine: deve essere utilizzatoUtensili da taglio in PCD (diamante policristallino)o frese in carburo rivestite di qualità.
  • parametriSi utilizzano velocità di taglio elevate e avanzamenti ridotti.
  • induritoLe mole diamantate sono l'unica scelta economicamente vantaggiosa per aree come le scanalature degli anelli.