ZL109 (ZAlSi12CuMgNi) Liga de alumínio para fundição de pistões: Sistema eutéctico de silício Alumínio-Níquel-Cobre-Magnésio para resistência a altas temperaturas e baixa expansão.
Publicado em:2026-03-07 Categoria:informação pública Visualizações:1578
Catálogo de artigos
- Tabela de composição da liga de alumínio ZL109 (com base nos requisitos típicos GB/T 1173)
- ZL109 Propriedades físicas e mecânicas Tabela de parâmetros (valores típicos para fundição em molde metálico, estado T5)
- Caminhos para a melhoria do desempenho e chaves tecnológicas
- Graus internacionais correspondentes
- ZL109 na indústria de fundição
- Perguntas frequentes sobre a liga de alumínio ZL109
- Coluna Alargada: Análise comparativa ZL109 vs ZL108
Como uma norma nacional chinesa (GB/T 1173) naLigas eutécticas de alumínio-silício-cobre-magnésio-níquel para pistõeso representante por excelência daZL109 (ZAlSi12CuMgNi) por meio deExcelente resistência a altas temperaturas, boa resistência ao desgaste, baixo coeficiente de expansão térmica e excelente estabilidade de volumeé conhecida. A liga é fabricada porO elevado teor de silício (Si) garante uma baixa expansão e resistência ao desgaste, complementado por um reforço composto múltiplo de cobre (Cu), magnésio (Mg) e níquel (Ni).Após tratamento térmico T1 (envelhecimento natural) ou T5 (envelhecimento artificial), podem ser obtidas excelentes propriedades mecânicas a alta temperatura e estabilidade dimensional, sendo a melhor escolha para o fabrico dePistões de motores de combustão interna e outras peças resistentes ao calor e ao desgaste sujeitas a cargas térmicas e mecânicas alternadas.É um material especializado para ligas de pistão e é considerado como o “membro central da família de ligas de pistão”.
A classe nacional para ZL109 é ZAlSi12CuMgNi.
- Grau nacional padrãoDe acordo com GB/T 1173, o seu grau éZAlSi12CuMgNi. O nome reflecte diretamente o seu sistema de ligas principais: silício (Si), cobre (Cu), magnésio (Mg) e níquel (Ni).
- Código do sector/empresa::ZL109 É a designação do material amplamente utilizado no domínio do fabrico de pistões e da conceção de motores de combustão interna.
- Caraterísticas principais::Teor de silício eutéctico/quase-eutéctico (11-13%) Proporciona um baixo coeficiente de expansão e uma boa resistência à abrasão;Multi-composto de cobre, magnésio e níquelProporciona uma excelente resistência a altas temperaturas;Controlo rigoroso das impurezasA fiabilidade do serviço a longo prazo é garantida.
Tabela de composição da liga de alumínio ZL109 (com base nos requisitos típicos GB/T 1173)
| elementar | Gama de conteúdos (wt%) | papel funcional |
|---|---|---|
| Silício (Si) | 11.0-13.0 | elemento central. Proporciona um baixo coeficiente de expansão térmica, boa resistência à abrasão e garante a fluidez da fundição. |
| Cobre (Cu) | 0.5-1.5 | Elementos melhorados para altas temperaturas.. Formação de fase Al₂Cu resistente ao calor para aumentar a resistência e a dureza a altas temperaturas. |
| Magnésio (Mg) | 0.8-1.3 | Elementos-chave de melhoria. Forma a fase Mg₂Si com Si, proporcionando um reforço significativo da precipitação. |
| Níquel (Ni) | 0.8-1.3 | Elementos importantes de resistência ao calor. A formação de fases estáveis resistentes ao calor contendo níquel (por exemplo, Al₃Ni, Al₃CuNi) melhora significativamente a resistência à fluência a alta temperatura. |
| Ferro (Fe) | ≤ 0.6 | Elementos de impureza. Necessita de controlo, mas é ligeiramente mais permissivo do que o ZL108. |
| Manganês (Mn) | ≤ 0.3 | impurezas, ou vestígios de adições para melhorar a organização. |
| Titânio (Ti) | ≤ 0.2 | Refinaria de cereais. |
| Zinco (Zn) | ≤ 0.3 | Impurezas. |
| Alumínio (Al) | tolerância (ou seja, erro permitido) | Material do substrato. |
ZL109 Propriedades físicas e mecânicas Tabela de parâmetros (valores típicos para fundição em molde metálico, estado T5)
| Indicadores de desempenho | Gama numérica | Posicionamento e vantagens do desempenho |
|---|---|---|
| densidade | 2,68-2,70 g/cm³ | -- |
| Resistência à tração à temperatura ambiente (Rm) | 240-280 MPa | Elevado nível de resistência para satisfazer os requisitos de carga estrutural do pistão. |
| Resistência à tração a alta temperatura (250°C) | ≥ 130 MPa | Principais pontos fortesO pistão de alta resistência é resistente a altas temperaturas para evitar fissuras ou deformações na parte superior do pistão. |
| Resistência ao escoamento (Rp0.2) | 180-220 MPa | O rácio de elasticidade é elevado e a deformação elástica é pequena. |
| Alongamento (A) | ≤ 1.0% | Fraca plasticidadeé inerente às ligas altamente reforçadas e com elevado teor de silício. |
| Dureza Brinell (HB) | 90-110 | elevada rigidezA versão mais recente deste produto é uma nova versão do original, que garante uma excelente resistência à abrasão. |
| Coeficiente de expansão linear (20-200°C) | 19.0-20.5 × 10-⁶/°C | Principais pontos fortesÉ inferior à liga de alumínio-silício comum e combina bem com a camisa do cilindro. |
| estabilidade volumétrica | talentoso | Após o tratamento T5, a alteração dimensional em caso de utilização prolongada é extremamente reduzida. |
| condutividade térmica | Aprox. 140-150 W/(m-K) | Bom para a dissipação de calor do pistão. |
Caminhos para a melhoria do desempenho e chaves tecnológicas
A concretização do desempenho da ZL109 assenta numa sofisticada conceção conjunta de múltiplos componentes:
- Sistema de reforço multi-composto::
- Silício (Si)Coeficiente de expansão baixo, resistência ao desgaste e capacidade de fundição.
- Cobre (Cu)Formação de Al₂Cu para aumentar a resistência à temperatura ambiente e alta temperatura.
- Magnésio (Mg)Formação de Mg₂Si para reforçar a precipitação.
- Níquel (Ni)A formação de compostos intermetálicos estáveis contendo níquel (por exemplo, Al₃Ni, Al₃CuNi), que são fases que não são facilmente desbastadas a altas temperaturas, é um fator chave para a obtenção doExcelente resistência à fluência a altas temperaturasA chave.
- Sistema de tratamento térmico::
- T1 (limitação natural): Fundido diretamente durante longos períodos de tempo, adequado para aplicações menos exigentes.
- T5 (envelhecimento artificial)::Processos mais utilizados. Manutenção a 200-220°C durante 6-10 horas para obter propriedades óptimas a altas temperaturas e estabilidade de organização. Ao contrário do ZL108, o ZL109 não é normalmente submetido a um tratamento de solução sólida (T6) para evitar o engrossamento do silício eutéctico ou a sobreaquecimento.
- Processo de fundição: Utilizado principalmenteFundição por gravidade de tipo metálico或fundição a baixa pressãoProduzido de forma a obter uma organização densa e homogénea no estado fundido.
Graus internacionais correspondentes
Sendo uma liga eutéctica clássica de pistão, tem vários equivalentes internacionais:
- Norma nacional chinesa::ZAlSi12CuMgNi (GB/T 1173)
- Padrão americano: Mais próximo A332.0 (Al-Si12CuNiMg), com composições muito semelhantes; alguns dos dados correspondem também a SAE 321.
- Norma da UE::PT AC-48000 (Al-Si12CuNiMg) (EN 1706)
- Padrão japonês::AC8A (JIS H 5202), cuja composição é muito próxima.
- Norma alemã::DIN 1725 G-AlSi12CuNiMg em qualidades semelhantes.
ZL109 na indústria de fundição
com base na suaExcelente resistência a altas temperaturas, baixo coeficiente de expansão e boa resistência ao desgasteA aplicação do ZL109 está muito concentrada no domínio dos motores de combustão interna:
- Pistões (aplicações de núcleo absoluto)
- Pistões para motores diesel: Pistões para motores diesel médios e ligeiros, pequenos motores diesel agrícolas e grupos electrogéneos.
- Pistões de motores a gasolina: Pistões de motores a gasolina de automóveis de passageiros, pistões de motores de motociclos.
- Pistões universais para motores a gasolina: Cortadores de relva, pequenos geradores, pistões de motores de popa.
- Outras peças resistentes ao calor e ao desgaste
- Pistões do compressorCompressores de média e baixa pressão.
- Pistões de pinças de travãoParte do sistema de travagem dos automóveis de passageiros.
- Peças de desgaste para sistemas hidráulicos: Buchas e corrediças que requerem baixa expansão e elevada resistência ao desgaste.
Perguntas frequentes sobre a liga de alumínio ZL109
Q1: Qual é a principal diferença entre ZL108 e ZL109? Como selecionar o tipo?
- Esta é a comparação mais clássica em ligas de pistão::
- ZL108::Ligas eutécticas de alumínio-silício(Si 11-131 TP3T, mas geralmente no lado alto) e maior teor de cobre (1,0-2,01 TP3T).Menor coeficiente de expansão térmica, melhor resistência à abrasão, maior resistência à temperaturaAplicável aCargas térmicas mais elevadas e condições mais exigentespistões (por exemplo, motores diesel sobrealimentados, motores diesel para serviços pesados).
- ZL109::Ligas de alumínio-silício eutécticas/próximas da eutéctica(Si 11-131 TP3T), teor de cobre ligeiramente inferior (0,5-1,51 TP3T), com níquel.Bom desempenho geral, desempenho de fundição ligeiramente melhor, custo ligeiramente inferiorAplicável aPistões para motores diesel e a gasolina médios e ligeiros.
- seleção::Cargas térmicas pesadas e elevadasSelecionar ZL108;Ligeiro-médio, utilização geralSelecionar ZL109.
Q2: Porque é que a ZL109 adiciona níquel (Ni)? É possível não o adicionar?
- O níquel é o principal elemento resistente ao calor. O níquel forma-se com o alumínio e o cobreCompostos intermetálicos estáveis(Al₃Ni, Al₃CuNi), estas fases a altas temperaturasNão se desgasta facilmente, não se dissolve facilmentePode efetivamente comprimir os limites de grão e as deslocações, e melhorar significativamente o desempenho da liga.Resistência a altas temperaturas, resistência à deformação e estabilidade térmica. As ligas sem níquel terão uma queda significativa no desempenho a altas temperaturas e não são adequadas para pistões que funcionem acima de 200°C durante longos períodos de tempo.
Q3: Porque é que o ZL109 não é tratado com T6 (solução + envelhecimento)?
- A principal razão para isso é querisco de sobreaquecimentoresponder com cânticosdeterioração da organizaçãoO ZL109, com um teor de silício de até 11-131 TP3T, é uma composição eutéctica ou quase eutéctica com um baixo ponto de fusão eutéctico. As temperaturas de solução sólida necessárias para o tratamento T6 (tipicamente >500°C) tendem a causar aEngrossamento do silício eutéctico, ou mesmo cozedura excessiva localizadaem vez de afetar as propriedades mecânicas. Por conseguinte, o ZL109 é normalmente utilizadoT5 (envelhecimento manual direto)Para obter o efeito desejado de reforço da precipitação e estabilização do tecido.
Q4: A área do sulco do anel do pistão ZL109 precisa de tratamento especial?
- Normalmente requer. Para melhorar ainda mais a resistência ao desgaste das ranhuras dos anéis, os pistões ZL109 têm frequentemente umaPrimeira ranhura do anelir em frenteAnodizado duroEste tratamento cria uma camada de óxido de alumínio de elevada dureza, que aumenta significativamente a vida útil do pistão. Alguns pistões de alto desempenho também utilizamcinta(Ranhura do anel em ferro fundido resistente ao desgaste incrustado).
Q5: Quais são as propriedades de fundição da ZL109? Quais são as caraterísticas em comparação com as ligas comuns de alumínio-silício?
- Bom desempenho da fundiçãoO elevado teor de silício torna-o adequado para a fundição de pistões de formas complexas. O elevado teor de silício confere-lhe uma excelente fluidez e torna-o adequado para a fundição de pistões com formas complexas. No entanto, deve ser prestada atenção à suaAmplo intervalo de solidificaçãosuscetível deretraçãoO sistema de fundição e o processo de arrefecimento são, por isso, mais exigentes. Normalmente utilizadomoldagem de metais或fundição a baixa pressãoA conceção dos tirantes e dos ferros frios foi concebida para obter peças fundidas densas.
Q6: Qual é o corte e a maquinabilidade do ZL109?
- Médio inferior. O elevado teor de silício (11-13%) faz com que contenha um grande número de partículas de silício duro, o que é bom para adesgaste abrasivomais grave. Ao processar o ZL109, recomenda-se a utilização deFerramentas de corte PCD (diamante policristalino)ou de alta qualidadeFerramentas de metal duro revestidoAdoçãoAltas velocidades de corte, pequenos avançosOs parâmetros do processo. As peças de precisão, como as ranhuras dos anéis, podem necessitar de retificação.
Coluna Alargada: Análise comparativa ZL109 vs ZL108
| dimensão de comparação | ZL109 (ZAlSi12CuMgNi) | ZL108 (ZAlSi12Cu2Mg1) | Interpretação das diferenças |
|---|---|---|---|
| Tipo de liga | Ligas de alumínio-silício eutécticas/próximas da eutéctica | Ligas eutécticas de alumínio-silício | A fase de silício ZL108 tem silício primário |
| Teor de silício (Si) | 11.0-13.0% | 11,0-13,01 TP3T (controlo de polarização) | Semelhante, mas o ZL108 está na extremidade superior da escala. |
| Teor de cobre (Cu) | 0.5-1.5% | 1.0-2.0% | O cobre ZL108 é mais alto e mais forte |
| Teor de níquel (Ni) | 0.8-1.3% | 0.3-0.9% | ZL109 com maior teor de níquel |
| Teor de magnésio (Mg) | 0.8-1.3% | 0.4-1.0% | ZL109 teor de magnésio ligeiramente superior |
| Coeficiente de expansão térmica | 19,0-20,5 x 10-⁶/°C | 18,5-20,0 x 10-⁶/°C | O ZL108 tem um coeficiente de expansão inferior |
| Resistência a altas temperaturas | talentoso | melhor | O ZL108 é mais adequado para cargas térmicas elevadas |
| Desempenho da fundição | talentoso | favorável | ZL109 tem uma capacidade de fundição ligeiramente melhor |
| aplicação típica | Pistões para motores diesel e a gasolina médios e ligeiros | Pistões para motores diesel pesados, sobrealimentados | A classificação da carga térmica determina a seleção |
| posicionamento dos custos | moderado | Moderadamente elevado | ZL108 custa um pouco mais |
Guia rápido de seleção:
- Selecionar ZL109.Pistões para motores diesel médios e ligeiros, motores a gasolina de uso geral e motores de motociclos, que exigem um bom equilíbrio entre desempenho global e economia.
- Selecionar ZL108Pistões para motores diesel pesados, motores sobrealimentados e motores a gasolina de alto desempenho que requerem extrema resistência ao calor, menor coeficiente de expansão e maior resistência ao desgaste.
