ZL108 Dökme Alüminyum Alaşımı: Fosfor Metamorfizması ve T6 Isıl İşlemi En İyi Piston Malzemelerini Nasıl Şekillendiriyor?

Pistonlar için alüminyum döküm alaşımlarının seçkin bir temsilcisi olarak.ZL108 (ZAlSi12Cu2Mg1) vasıtasıylaMükemmel yüksek sıcaklık dayanımı, düşük ısıl genleşme katsayısı ve mükemmel aşınma ve ısı direncive iyi bilinmektedir. Alaşım tipik birÖtektik alüminyum-silisyum alaşımlarıKarmaşık alaşım tasarımı ve titiz ısıl işlem sayesinde, motor silindirinde şiddetli alternatif termal ve mekanik yüklere maruz kalan piston bileşenleri için optimize edilmiştir ve yüksek sıcaklıkta güç performansı ile dayanıklılık arasında hassas bir denge sağlar.

ZL108 için ulusal sınıf ZAlSi12Cu2Mg1'dir.

• Ulusal Standart Sınıfı: GB/T 1173'e göre derecesi şöyledirZAlSi12Cu2Mg1. Bu isim doğrudan çekirdek alaşım sistemini yansıtmaktadır: silikon (Si), bakır (Cu) ve magnezyum (Mg).
• Sektör/Kurum Kodu：ZL108 motor tasarımı ve üretimi alanında yaygın olarak kullanılan malzemenin adıdır.
• tipik durum: neredeyse her zaman şu şekilde başlarT6 koşulu (çözelti işlemi + tam yapay yaşlandırma) Özellikle yüksek sıcaklıklarda en iyi genel performansı elde etmek için kullanılır.

ZL108 alüminyum alaşımlı bileşim tablosu

elemental	İçerik aralığı (wt%)	fonksiyonel rol
Silisyum (Si)	11.0-13.0	Hipereutektik içerik.. Düşük termal genleşme ve yüksek aşınma direnci sağlar, ancak yeni başlayan silikon fazının fosfor (P) metamorfizması ile rafine edilmesi gerekir.
Bakır (Cu)	1.0-2.0	Ana yüksek sıcaklık güçlendirme elemanları. Isıya dayanıklı Al₂Cu fazlarının oluşumu, yüksek sıcaklık mukavemetini ve sertliğini önemli ölçüde artırır.
Magnezyum (Mg)	0.4-1.0	Temel Geliştirme Unsurları. Cu ile birlikte oda ve yüksek sıcaklık dayanımı sağlayan Mg₂Si fazı oluşur.
Manganez (Mn)	0.3-0.9	Isı direncini artırır, ısıya dayanıklı fazlar oluşturur ve demirin (Fe) zararlı etkilerini azaltır.
Nikel (Ni)	0.3-0.9	Önemli ısıya dayanıklı elemanlar. Yüksek sıcaklıkta sürünme direncini artırmak için kararlı bir ısıya dayanıklı faz oluşumu.
Titanyum (Ti)	≤0.20	Tahıl rafinerisi.
Alüminyum (Al)	tolerans (yani izin verilen hata)	Alt tabaka malzemesi.

ZL108 Fiziksel ve Mekanik Özellikler Parametre Tablosu (Metal kalıp dökümü için tipik değerler, T6 durumu)

Performans göstergeleri	Sayısal aralık	Temel Güçlü Yönler Açıklandı
yoğunluk	2,68-2,70 g/cm³	--
Oda sıcaklığında çekme dayanımı (Rm)	250-280 MPa	Piston yapısal yükleme gereksinimlerini karşılamak için yüksek mukavemet seviyesi.
Yüksek sıcaklık çekme dayanımı (250°C)	≥ 120 MPa	Temel güçlü yönlerpistonun üst kısmının çatlamasını veya bozulmasını önlemek için yüksek sıcaklıklarda yeterli mukavemeti korur.
Uzama (A)	≤ 1,0%	Zayıf plastisite, yüksek oranda güçlendirilmiş, per-ötektik organizasyonunun doğasında vardır.
Brinell sertliği (HB)	100-130	yüksek sertlikÜrünün en yeni versiyonu, mükemmel aşınma direnci sağlayan en iyi aşınma direncine sahip olanıdır.
Doğrusal genleşme katsayısı (20-200°C)	18.5-20.0 × 10-⁶/°C	Temel güçlü yönlerÇoğu alüminyum alaşımından daha alçaktır, silindir gömleği ile daha iyi eşleşir ve silindir boşluğunu kontrol etmek için iyidir.
hacimsel kararlılık	优	T6 tedavisi, uzun süreli kullanımda minimum boyutsal değişikliklere neden olur.

Performans Geliştirme Yolları ve Teknoloji Anahtarları
ZL108'in performansının gerçekleştirilmesi, sofistike ve birbirine bağlı süreçlerin bir kombinasyonuna dayanır:

1. Alaşım bileşiminin hassas kontrolü: Isıya dayanıklı fazların optimum kombinasyonunu oluşturmak için Si, Cu, Mg ve Ni içeriklerinin hassas bir şekilde eşleştirilmesi gerekir. Sıkı bir şekilde kontrol edilmelidirFosfor (P) Bozulma Tedavisiötektik organizasyonunu rafine etmek içinyeni oluşan silikon fazıBu, iyi mekanik özellikler ve işlenebilirlik için bir ön koşuldur.
2. Tescilli ısıl işlem sistemi (T6)：
   • katı çözelti arıtımı: Çözünebilir takviye fazının yeterince çözünmesini sağlamak için genellikle 505±5°C'de gerçekleştirilir.
   • yapay zaman sınırı: Kararlı takviye fazlarının oluşması için daha yüksek sıcaklıklarda (örn. 200-220°C) uzun süreli yaşlandırma.Yüksek sıcaklık özellikleri ve doku stabilitesi için özel olarak optimize edilmiştir。
3. Gelişmiş Döküm Süreci: Evlat EdinmeMetal tipi gravite döküm或düşük basınçlı dökümyoğun, homojen bir döküm durumu organizasyonu elde etmek için. İyi bir döküm işlemi, sonraki ısıl işlem ve performans için temel oluşturur.

Karşılık gelen uluslararası notlar
Klasik bir piston alaşımı olarak ulusal standartlarda karşılığı vardır:

• Çin ulusal standardı：ZAlSi12Cu2Mg1 (GB/T 1173)
• American Standard：A332.0 (ASTM, çok yakın)
• AB standardı：EN AC-48000 (EN 1706)
• Japon Standardı：AC9A 或 AC9B (JIS)

Döküm endüstrisinde ZL108 uygulaması
Uygulamaları son derece uzmanlaşmış olup, neredeyse sadeceİçten yanmalı motorların çekirdek sıcak uç bileşenleri：

1. Pistonlar (mutlak ana akım uygulamalar)
   • Dizel Motor Pistonları: Orta ve ağır hizmet kamyonları, inşaat makineleri ve deniz dizel motorları için pistonlar (mükemmel yüksek sıcaklık dayanımı ve aşınma direncinden yararlanarak).
   • Yüksek performanslı benzinli motor pistonları: Büyük hacimli, yüksek takviyeli, yüksek güç yoğunluklu benzinli motorlar için pistonlar.
   • Modifiye & Yarış Pistonları: Isı direnci ve mukavemet için aşırı gereksinimlerin olduğu yerlerde.
2. Diğer ısıya ve aşınmaya dayanıklı parçalar
   • Motor rotoru: Bazı özel motorların dönen parçaları.
   • Kompresör pistonları: Yüksek basınçlı hava kompresörü.
   • Fren Kaliper Pistonları(birkaç yüksek performans gereksiniminde).

ZL108 Alüminyum Alaşım Sıkça Sorulan Sorular

S1: ZL108'in en büyük teknik zorluğu nedir?

• Döküm ve Bozulma. Hipereutektik bileşimi nedeniyle, eriyik kaba çökelirBirincil silikon kristallerSonuç olarak alt tabakada ciddi bir kesik oluşur ve bu da performansta dramatik bir düşüşe ve işleme zorluklarına yol açar. Bu, hassas bir şekilde gerçekleştirilmelidirFosfor (P) Bozulma Tedavisi(örneğin Cu-P ara alaşımları ekleyerek) birincil silikonu rafine etmek için, ki bu da ZL108 üretimidir.Temel teknoloji eşiği。

S2: ZL108'in uzaması neden bu kadar düşük?

• Bu ödül ilk kez veriliyorYüksek mukavemet, yüksek sertlik, düşük genleşme katsayısıÖdenmesi gereken kaçınılmaz bedel. Per-ötektik silikon fazı ve çok sayıda ısıya dayanıklı intermetalik (Cu, Mg, Ni içeren), istenen yüksek sıcaklık özelliklerini sağlarken, malzemenin plastisitesini ve tokluğunu da önemli ölçüde azaltır.

S3：ZL108 piston için hangi yüzey işlemi gereklidir?

• Performansı daha da artırmak için ZL108 pistonlara genellikle yüzey işlemlerinin bir kombinasyonu uygulanır:
  • anodik oksidasyon: Pistonun üst segman oluğunda veya yanma odasının yüzeyinde sert bir alüminyum oksit filminin oluşmasıIsı, aşınma ve sürtünme direnci。
  • Grafit Kaplama: Aşınma ve sürtünmeyi azaltmak için piston eteklerine katı yağlayıcılar püskürtün.
  • galvaniz: örneğin ilk alıştırmayı kolaylaştırmak için kalaylanmış.

S4: ZL108, ZL109 veya ötektik alaşımlar gibi yaygın piston malzemeleriyle nasıl karşılaştırılır?

• ZL108 (ötektik başına)：Daha yüksek Si içeriği (11-13%)，En düşük termal genleşme katsayısı ve en iyi aşınma direnciancak döküm ve işleme en zor ve maliyetli olanıdır. Şunlar için uygundurIsı yükü en şiddetli olanıdırBu vesileyle.
• ZL109 (ötektik/sub-ötektik) ve benzeri alaşımlar: Biraz daha düşük Si içeriği (8-11%), daha iyi döküm performansı, daha iyi işlenebilirlik, daha iyi genel mekanik özellikler (özellikle tokluk), en yaygın kullanılan piston malzemesidir.Termal genleşme katsayısı ve aşınma direnci ZL108'den biraz daha düşüktür。

S5: ZL108'in işlenmesi için özel gereksinimler nelerdir?

• ÇünküSert silikon fazı ile yüksek sertlikzayıf kesme ve işlenebilirlik ile “Sert kesimli alüminyum alaşımlar”。
  • kesiciler: kullanılmalıdırPCD (Polikristal Elmas) Kesici Takımlarveya kaliteli kaplamalı karbür takımlar.
  • parametreler: Yüksek kesme hızları ve küçük ilerlemeler kullanılır.
  • sertleştirilmiş: Elmas diskler, halka kanalları gibi alanlar için uygun maliyetli tek seçenektir.