Liga de alumínio fundido ZL108: como o metamorfismo do fósforo e o tratamento térmico T6 moldam os materiais de pistão de topo

Como um excelente representante de ligas de alumínio fundido para pistões.ZL108 (ZAlSi12Cu2Mg1) por meio deExcelente resistência a altas temperaturas, baixo coeficiente de expansão térmica e excelente resistência ao desgaste e ao calore é bem conhecida. A liga é um típicoLigas eutécticas de alumínio-silícioAtravés de um design de liga complexo e de um tratamento térmico rigoroso, é optimizado para componentes do pistão que são sujeitos a cargas térmicas e mecânicas alternadas severas no cilindro do motor, alcançando um equilíbrio preciso entre o desempenho de potência a alta temperatura e a durabilidade.

A classificação nacional do ZL108 é ZAlSi12Cu2Mg1.

• Grau nacional padrãoDe acordo com GB/T 1173, o seu grau éZAlSi12Cu2Mg1. O nome reflecte diretamente o seu sistema de ligas principais: silício (Si), cobre (Cu) e magnésio (Mg).
• Código do sector/empresa::ZL108 é a designação do material habitualmente utilizado no domínio da conceção e fabrico de motores.
• situação típica: começa quase sempre porCondição T6 (tratamento com solução + envelhecimento artificial completo) Utilizado para obter o melhor desempenho global, especialmente a temperaturas elevadas.

Tabela de composição da liga de alumínio ZL108

elementar	Gama de conteúdos (wt%)	papel funcional
Silício (Si)	11.0-13.0	Teor hipereutético.. Proporciona baixa expansão térmica e alta resistência ao desgaste, mas a fase incipiente de silício precisa de ser refinada por metamorfismo de fósforo (P).
Cobre (Cu)	1.0-2.0	Principais elementos de reforço a alta temperatura. A formação de fases Al₂Cu resistentes ao calor melhora significativamente a resistência e a dureza a altas temperaturas.
Magnésio (Mg)	0.4-1.0	Elementos-chave de melhoria. Forma-se a fase Mg₂Si, que, juntamente com o Cu, proporciona resistência à temperatura ambiente e a altas temperaturas.
Manganês (Mn)	0.3-0.9	Melhora a resistência ao calor, forma fases resistentes ao calor e atenua os efeitos nocivos do ferro (Fe).
Níquel (Ni)	0.3-0.9	Elementos importantes de resistência ao calor. Formação de uma fase estável resistente ao calor para melhorar a resistência à fluência a alta temperatura.
Titânio (Ti)	≤0.20	Refinaria de cereais.
Alumínio (Al)	tolerância (ou seja, erro permitido)	Material do substrato.

ZL108 Propriedades físicas e mecânicas Tabela de parâmetros (valores típicos para fundição em molde de metal, estado T6)

Indicadores de desempenho	Gama numérica	Explicação dos principais pontos fortes
densidade	2,68-2,70 g/cm³	--
Resistência à tração à temperatura ambiente (Rm)	250-280 MPa	Elevado nível de resistência para satisfazer os requisitos de carga estrutural do pistão.
Resistência à tração a alta temperatura (250°C)	≥ 120 MPa	Principais pontos fortesO pistão de alta resistência é resistente a altas temperaturas para evitar fissuras ou deformações na parte superior do pistão.
Alongamento (A)	≤ 1.0%	A fraca plasticidade é inerente à sua organização altamente reforçada e per-eutéctica.
Dureza Brinell (HB)	100-130	elevada rigidezA versão mais recente do produto é a que apresenta a melhor resistência à abrasão, o que garante uma excelente resistência à abrasão.
Coeficiente de expansão linear (20-200°C)	18.5-20.0 × 10-⁶/°C	Principais pontos fortesÉ mais baixo do que a maior parte das ligas de alumínio, combina melhor com a camisa do cilindro, o que é bom para controlar a folga do cilindro.
estabilidade volumétrica	优	O tratamento T6 resulta em alterações dimensionais mínimas em caso de utilização a longo prazo.

Caminhos para a melhoria do desempenho e chaves tecnológicas
A realização do desempenho da ZL108 assenta numa combinação de processos sofisticados e interligados:

1. Controlo preciso da composição da ligaO teor de Si, Cu, Mg e Ni tem de ser precisamente ajustado para formar uma combinação óptima de fases resistentes ao calor. O seu controlo deve ser rigorosoFósforo (P) Deterioração Tratamentoa fim de aperfeiçoar a organização eutéctica dofase nascente do silícioEste é um pré-requisito para boas propriedades mecânicas e maquinabilidade.
2. Sistema próprio de tratamento térmico (T6)::
   • tratamento de soluções sólidasNormalmente efectuado a 505±5°C para permitir uma dissolução suficiente da fase fortificada solúvel.
   • limite de tempo artificialEnvelhecimento prolongado a temperaturas mais elevadas (por exemplo, 200-220°C) para a formação de fases de reforço estáveis.Especialmente optimizado para propriedades a altas temperaturas e estabilidade dos tecidos.
3. Processo de fundição avançado: AdoçãoFundição por gravidade de tipo metálico或fundição a baixa pressãopara obter uma organização densa e homogénea no estado fundido. Um bom processo de fundição é a base do tratamento térmico e do desempenho subsequentes.

Graus internacionais correspondentes
Como liga clássica de pistão, tem o seu equivalente nas normas nacionais:

• Norma nacional chinesa::ZAlSi12Cu2Mg1 (GB/T 1173)
• Padrão americano::A332.0 (ASTM, muito perto)
• Norma da UE::PT AC-48000 (EN 1706)
• Padrão japonês::AC9A 或 AC9B (JIS)

Aplicação do ZL108 na indústria de fundição
As suas aplicações são altamente especializadas, centrando-se quase exclusivamente naComponentes principais da extremidade quente dos motores de combustão interna::

1. Pistões (aplicações de gama alta absoluta)
   • Pistões para motores dieselPistões para camiões médios e pesados, máquinas de construção e motores diesel marítimos (utilizando a sua excelente resistência a altas temperaturas e ao desgaste).
   • Pistões para motores a gasolina de elevado desempenhoPistões para motores a gasolina de grande cilindrada, de elevado impulso e de elevada densidade de potência.
   • Pistões modificados e de corridaQuando existem requisitos extremos de resistência ao calor e de força.
2. Outras peças resistentes ao calor e ao desgaste
   • Rotor do motorPeças rotativas de certos motores especiais.
   • Pistões do compressorCompressor de ar de alta pressão.
   • Pistões de pinças de travão(em alguns requisitos de alto desempenho).

Perguntas frequentes sobre a liga de alumínio ZL108

Q1: Qual é a maior dificuldade técnica da ZL108?

• Fundição e deterioração. Devido à sua composição hipereutéctica, a massa fundida precipitaCristais primários de silícioO resultado é um corte severo no substrato, levando a uma degradação dramática do desempenho e a dificuldades de maquinação. Isto deve ser conseguido através deFósforo (P) Deterioração Tratamento(por exemplo, através da adição de ligas intermédias Cu-P) para refinar o silício primário, que é a produção de ZL108 naLimiar da tecnologia de base.

Q2: Porque é que o alongamento do ZL108 é tão baixo?

• É a primeira vez que lhe é atribuído um prémioAlta resistência, alta dureza, baixo coeficiente de expansãoO inevitável preço a pagar. A fase de silício per-eutéctico e o grande número de intermetálicos resistentes ao calor (contendo Cu, Mg, Ni), embora forneçam as propriedades desejadas a altas temperaturas, também reduzem significativamente a plasticidade e a tenacidade do material.

Q3 ： Que tratamento de superfície é necessário para o pistão ZL108?

• Para melhorar ainda mais o desempenho, os pistões ZL108 são frequentemente submetidos a uma combinação de tratamentos de superfície:
  • oxidação anódicaFormação de uma película dura de óxido de alumínio na ranhura superior do anel do pistão ou na superfície da câmara de combustão para aumentar aResistência ao calor, ao desgaste e à abrasão.
  • Revestimento de grafiteLubrificantes sólidos pulverizados nas saias dos pistões para melhorar a redução do desgaste e da fricção.
  • galvanizarPor exemplo, estanhado para facilitar a primeira entrada em funcionamento.

Q4: Como é que o ZL108 se compara com materiais de pistão comuns, como o ZL109 ou ligas eutécticas?

• ZL108 (por eutéctico)::Teor de Si mais elevado (11-13%)(matemática) géneroO mais baixo coeficiente de expansão térmica e a melhor resistência ao desgastemas a fundição e a maquinagem são as mais difíceis e dispendiosas. Adequado paraA carga térmica é a mais graveA ocasião.
• ZL109 (eutéctico/sub-eutéctico) e ligas semelhantesO material de pistão mais utilizado é o Si ligeiramente inferior (8-11%), com melhor desempenho de fundição, melhor maquinabilidade, melhores propriedades mecânicas globais (especialmente tenacidade).Coeficiente de expansão térmica e resistência à abrasão ligeiramente inferiores ao ZL108.

Q5: Quais são os requisitos especiais para a maquinagem de ZL108?

• por causa deElevada dureza com fase de silício durocom fraca capacidade de corte e maquinagem, é conhecido como o “Ligas de alumínio de corte difícil”。
  • cortadores: deve ser utilizadoFerramentas de corte PCD (diamante policristalino)ou fresas de metal duro com revestimento de qualidade.
  • parâmetros: São utilizadas velocidades de corte elevadas e pequenos avanços.
  • endurecidoDiscos diamantados são a única opção económica para áreas como as ranhuras dos anéis.