ZL109 (ZAlSi12CuMgNi) アルミニウムピストン鋳造合金：高温強度と低膨張のための共晶シリコンアルミニウム-ニッケル-銅-マグネシウム系。

发布时间2026-03-07 分类広報浏览量52

の中国国家規格（GB/T 1173）である。ピストン用アルミニウム-シリコン-銅-マグネシウム-ニッケル共晶合金の典型的な代表者である。ZL109 (ZAlSi12CuMgNi) による優れた高温強度、優れた耐摩耗性、低熱膨張係数、優れた体積安定性が知られている。この合金は高シリコン（Si）含有により低膨張性と耐摩耗性を確保し、銅（Cu）、マグネシウム（Mg）、ニッケル（Ni）の複合強化材により補強されている。T1(自然時効)またはT5(人工時効)の熱処理後、優れた高温機械的特性と寸法安定性が得られる。内燃機関のピストンなど、熱的・機械的負荷が交互にかかる耐熱・耐摩耗部品。ピストン合金の特殊材料であり、「ピストン合金ファミリーのコア・メンバー」とみなされている。

ZL109の国家等級はZAlSi12CuMgNiである。

ナショナル・スタンダード・グレードGB/T 1173によると、等級は以下の通り。ZAlSi12CuMgNi.この名称は、シリコン（Si）、銅（Cu）、マグネシウム（Mg）、ニッケル（Ni）というコア合金システムを直接反映している。
業界/企業コード::ZL109 ピストン製造や内燃機関設計の分野で広く使用されている材料の呼称である。
コア機能::共晶/近共晶シリコン含有量 (11-13%) 膨張係数が低く、耐摩耗性に優れている；銅、マグネシウム、ニッケルのマルチコンポジット優れた高温強度を提供する；厳格な不純物管理長期にわたるサービスの信頼性が保証される。

ZL109アルミニウム合金成分表（GB/T 1173典型要求に基づく）

要素別	含有量範囲（wt%）	機能的役割
ケイ素 (Si)	11.0-13.0	コアエレメント.熱膨張係数が低く、耐摩耗性に優れ、鋳物の流動性を保証する。
銅（Cu）	0.5-1.5	高温強化エレメント..耐熱Al₂Cu相を形成し、高温強度と硬度を向上。
マグネシウム (Mg)	0.8-1.3	主な強化要素.SiとMg₂Si相を形成し、著しい析出強化をもたらす。
ニッケル（Ni）	0.8-1.3	重要な耐熱要素.安定したニッケル含有耐熱相（Al₃Ni、Al₃CuNiなど）の形成は、耐高温クリープ性を著しく向上させる。
鉄（Fe）	≤ 0.6	不純物元素。管理が必要だが、ZL108より若干甘い。
マンガン (Mn)	≤ 0.3	不純物、あるいは組織を改善するための微量添加物。
チタン（Ti）	≤ 0.2	穀物精製業者。
亜鉛	≤ 0.3	不純物。
アルミニウム（Al）	許容誤差	基板材料。

ZL109 物理的および機械的特性パラメータ表（金型鋳造、T5状態の代表値）

パフォーマンス指標	数値範囲	パフォーマンスの位置づけと利点
密度	2.68-2.70 g/cm³	--
室温引張強さ（Rm）	240-280 MPa	ピストン構造負荷の要件を満たす高強度レベル。
高温引張強度（250）	≥ 130 MPa	コアの強み高温下でも十分な強度を維持し、ピストン上部の割れや歪みを防ぐ。
降伏強度 (Rp0.2)	180-220 MPa	降伏比が高く、弾性変形が小さい。
伸び (A)	≤ 1.0%	可塑性が乏しいこれは、高強度、高シリコン合金に固有のものである。
ブリネル硬度（HB）	90-110	高剛性これにより、優れた耐摩耗性が確保される。
線膨張係数 (20-200°C)	19.0-20.5 × 10-⁶/°C	コアの強み通常のアルミ・シリコン合金よりも低く、シリンダーライナーとのマッチングも良い。
容積安定性	有能	T5処理後の長期使用における寸法変化は極めて小さい。
熱伝導率	約140～150W/(m・K)	ピストンの放熱に良い。

パフォーマンス向上の道筋と技術の鍵

ZL109のパフォーマンスの実現は、洗練されたマルチコンポーネントの共同設計に依存している：

マルチコンパウンド強化システム::
- ケイ素 (Si)低膨張係数、耐摩耗性、鋳造性を提供。
- 銅（Cu）室温・高温強度を高めるAl₂Cuの形成。
- マグネシウム (Mg)析出強化のためのMg₂Siの形成。
- ニッケル（Ni）ニッケル含有金属間化合物（Al₃Ni、Al₃CuNiなど）の形成は、高温で粗面化しにくい相である。優れた耐高温クリープ性鍵だ。
熱処理システム::
- T1（自然限界）長時間直置き可能な鋳造状態で、あまり要求の厳しくない用途に適している。
- T5（人工エイジング）::最も一般的なプロセス.最適な高温特性と組織安定性を得るために、200～220℃で6～10時間保持する。ZL108とは異なり、ZL109は共晶シリコンの粗大化や過焼成を避けるため、通常は固溶化処理（T6）を行わない。
鋳造工程主な用途金属型重力鋳造或低圧鋳造緻密で均質なアズキャスト組織を得るために製造される。

対応する国際等級

古典的な共晶ピストン合金として、いくつかの国際的な同等品がある：

中国国家規格::ZAlSi12CuMgNi (GB/T 1173)
アメリカン・スタンダード最寄り A332.0 (Al-Si12CuNiMg）に対応するデータもある。 SAE 321.
EU規格::EN AC-48000 (Al-Si12CuNiMg) (EN 1706)
日本規格::AC8A (JIS H 5202)に非常に近い組成である。
ドイツ・スタンダード::DIN 1725 G-AlSi12CuNiMg も同様の等級である。

鋳物産業におけるZL109の応用

に基づいている。優れた高温強度、低膨張係数、優れた耐摩耗性ZL109の用途は内燃機関の分野に非常に集中している：

ピストン（アブソリュートコア用途）
- ディーゼルエンジン用ピストン中・小型ディーゼルエンジン、農業用小型ディーゼルエンジン、発電機セット用ピストン。
- ガソリンエンジン用ピストン乗用車用ガソリンエンジンピストン、二輪車用エンジンピストン。
- 汎用ガソリンエンジン用ピストン芝刈り機、小型発電機、船外機のピストン。
その他の耐熱・耐摩耗部品
- コンプレッサー・ピストン中低圧コンプレッサー
- ブレーキキャリパーピストン乗用車のブレーキシステムの一部。
- 油圧システム用摩耗部品低膨張性と高耐摩耗性を必要とするブッシュとスライド。

ZL109アルミニウム合金よくある質問

Q1: ZL108とZL109の主な違いは何ですか？また、どのように選べばよいですか？

これはピストン合金の最も古典的な比較である。::
- ZL108::共晶アルミシリコン合金(Si 11-131 TP3T、通常は高い方)、銅含有量が高い(1.0-2.01 TP3T)。より低い熱膨張係数、より良い耐摩耗性、より高い温度強度対象より高い熱負荷とより厳しい条件ピストン（過給ディーゼルエンジン、大型ディーゼルエンジンなど）。
- ZL109::共晶/近共晶アルミニウム-シリコン合金(Si 11-131 TP3T）、銅の含有量はわずかに低く（0.5-1.51 TP3T）、ニッケルを含む。オールラウンド性能に優れ、鋳造性能はやや高く、コストはやや低い。対象中・小型ディーゼルおよびガソリンエンジン用ピストン.
- セレクション::重く、高い熱負荷ZL108を選ぶ；ライトミディアム、汎用ZL109を選ぶ。

Q2: ZL109はなぜニッケル（Ni）を添加するのですか？添加しないことは可能ですか？

ニッケルは重要な耐熱元素.ニッケルはアルミニウムや銅と形成される安定した金属間化合物(Al₃Ni、Al₃CuNi)、高温でのこれらの相は荒れにくく、溶けにくい結晶粒界と転位を効果的に挟み込み、合金の強度を大幅に向上させることができる。高温強度、耐クリープ性、熱安定性.ニッケルを含まない合金は、高温性能が著しく低下するため、200℃以上で長時間作動するピストンには適さない。

Q3: なぜZL109はT6（溶体化＋エージング）処理をしていないのですか？

その主な理由は過熱リスク歌で応える組織の劣化ZL109は、ケイ素含有量が11-131 TP3Tまでで、共晶または共晶に近い組成であり、共晶融点が低い。T6処理に必要な固溶温度（通常500℃以上）は、ZL109の融点を低下させる傾向がある。共晶シリコンの粗大化、あるいは局所的な過加熱ZL109は、機械的特性を損なわない。したがって、ZL109は通常T5（ダイレクト・マニュアル・エージング）組織を安定させながら、望ましい沈殿強化効果が得られる。

Q4：ZL109ピストンのリング溝は特別な処理が必要ですか？

通常.リング溝の耐摩耗性をさらに向上させるため、ZL109ピストンには、多くの場合、リング溝が形成されている。第一リングの溝進めハードアルマイトこの処理により、酸化アルミニウムの高硬度層が形成され、ピストンの寿命が大幅に延びます。一部の高性能ピストンにはガードル(耐摩耗鋳鉄リング溝はめ込み）設計。

Q5: ZL109の鋳造特性は？通常のアルミシリコン合金と比較した場合、どのような特性がありますか？

良いキャスティングシリコン含有量が高いため流動性に優れ、複雑な形状のピストンの鋳造に適しています。ケイ素含有量が高いため流動性に優れ、複雑な形状のピストンの鋳造に適している。ただし、以下の点に注意が必要である。広い凝固範囲に弱い縮みそのため、鋳造システムと冷却工程はより厳しいものとなる。通常金属成形或低圧鋳造ライザーとコールドアイアンの設計は、緻密な鋳物を得るために設計されている。

Q6: ZL109の切削性と加工性は？

ローワーミドル.シリコン含有量が高いため（11-13%）、硬いシリコン粒子が多く含まれ、工具に適している。研磨摩耗より厳しくなる。ZL109を処理する際には、以下の使用を推奨する。PCD（多結晶ダイヤモンド）切削工具または高品質コーティング超硬工具採用高切削速度、小送りプロセス・パラメーターリング溝などの精密部品は研削が必要な場合がある。

Extended Column：ZL108とZL144の比較分析

比較次元	ZL109 (ZAlSi12CuMgNi)	ZL108 (ZAlSi12Cu2Mg1)	違いの解釈
合金タイプ	共晶/近共晶アルミニウム-シリコン合金	共晶アルミシリコン合金	ZL108シリコン相は一次シリコンを持つ
ケイ素（Si）含有量	11.0-13.0%	11.0-13.01 TP3T（バイアス制御）	似ているが、ZL108はスケールの上の方にある。
銅（Cu）含有量	0.5-1.5%	1.0-2.0%	ZL108銅はより高く、より強い
ニッケル（Ni）含有量	0.8-1.3%	0.3-0.9%	ZL109 より高いニッケル含有量
マグネシウム（Mg）含有量	0.8-1.3%	0.4-1.0%	ZL109 マグネシウム含有量がやや高い
熱膨張係数	19.0-20.5 x 10-⁶/°C	18.5-20.0 x 10-⁶/°C	ZL108は膨張係数が低い
高温強度	有能	より良い	ZL108は高熱負荷に適している
キャスティング・パフォーマンス	有能	良好	ZL109は鋳造性がやや良い
典型的なアプリケーション	中・小型ディーゼルおよびガソリンエンジン用ピストン	大型ディーゼル、過給エンジン用ピストン	熱負荷定格が選択を決める
コストポジショニング	控えめ	中程度に高い	ZL108は若干高い