ZL115 (ZAlSi5Zn1Mg) 铸造铝合金：锌镁复合强化的耐蚀可焊型合金
发布时间：2026-03-11 分类：新闻 浏览量：21
作为中国国家标准（GB/T 1173）中铝硅锌镁系耐蚀铸造合金的特色代表，ZL115（ZAlSi5Zn1Mg） 以其良好的耐腐蚀性能、适中的力学强度和优异的焊接性而著称。该合金通过硅（Si）保障铸造性能，锌（Zn）与镁（Mg）复合强化，在保持较好铸造工艺性的同时，经热处理后可获得中等强度水平，特别适合制造要求耐海水腐蚀、可焊接且承受中等载荷的复杂铸件，在船舶、化工、食品机械等领域具有独特应用价值。
ZL115 对应的国家牌号是 ZAlSi5Zn1Mg。
- 国标牌号：按照GB/T 1173，其牌号为ZAlSi5Zn1Mg。名称直接体现了其核心合金体系：硅（Si）、锌（Zn）、镁（Mg）。
- 行业/企业代号：ZL115 是该材料在铸造行业图纸、手册及企业标准中广泛使用的代号。
- 核心特征：中低硅含量（4.5-5.5%） 保证基本的铸造流动性；锌（1.2-1.8%）与镁（0.4-0.6%）的复合提供强化效果；不含铜，使其具有优异的耐腐蚀性能；同时具备良好的焊接性，是铸造铝合金中少有的“耐蚀+可焊”型材料。
ZL115铝合金成分表（基于GB/T 1173典型要求）
| 元素 | 含量范围（wt%） | 功能作用 |
|---|---|---|
| 硅(Si) | 4.5-5.5 | 主合金元素。提供基本的铸造流动性，部分固溶强化。 |
| 锌(Zn) | 1.2-1.8 | 核心强化元素之一。固溶强化效果显著，同时改善耐腐蚀性。 |
| 镁(Mg) | 0.4-0.6 | 关键强化元素。与硅形成Mg₂Si，与锌协同产生复合强化效应。 |
| 铜(Cu) | ≤ 0.1 | 严格控制的杂质。保持优异的耐腐蚀性。 |
| 铁(Fe) | ≤ 0.6 | 杂质元素。需控制，但容忍度适中。 |
| 锰(Mn) | ≤ 0.5 | 可添加以中和铁的有害作用。 |
| 钛(Ti) | 0.1-0.2（可添加） | 晶粒细化剂。 |
| 铝(Al) | 余量 | 基体材料。 |
ZL115物理与力学性能参数表（金属型铸造，典型值）
| 性能指标 | 铸态 (F) | T5时效态 | T6固溶+时效态 | 性能定位与解读 |
|---|---|---|---|---|
| 密度 | 2.68-2.70 g/cm³ | -- | -- | -- |
| 抗拉强度 (Rm) | 160-190 MPa | 200-240 MPa | 250-290 MPa | T6态强度中等偏上，满足一般结构件要求。 |
| 屈服强度 (Rp0.2) | 90-110 MPa | 140-170 MPa | 180-210 MPa | 热处理后屈服强度提升，承载能力增强。 |
| 延伸率 (A) | 3.0-5.0% | 2.0-4.0% | 2.0-4.0% | 塑性良好，优于多数含铜合金。 |
| 布氏硬度 (HB) | 60-70 | 70-80 | 80-95 | 硬度适中，加工性良好。 |
| 耐腐蚀性 | 优秀 | 优秀 | 优秀 | 核心优势，不含铜，耐海水和化工介质腐蚀。 |
| 焊接性 | 良好 | 良好 | 良好 | 核心优势，可进行氩弧焊修补和连接。 |
| 铸造流动性 | 中等 | -- | -- | 硅含量较低，流动性不如高硅合金。 |
| 高温强度 | 一般 | 一般 | 一般 | 非耐热合金，不宜在高温下长期工作。 |
性能强化路径与技术特点
ZL115的性能来源于其“锌镁复合强化、耐蚀为本”的设计理念：
- 锌的独特作用：锌在铝中有较高的固溶度，能提供显著的固溶强化效果，同时不像铜那样损害耐腐蚀性。锌的加入还能改善合金的自然时效能力。
- 镁的辅助强化：镁与硅形成Mg₂Si沉淀相，通过热处理进一步强化。锌与镁的复合，可形成T(Al₂Mg₃Zn₃)等强化相，增强热处理响应。
- 无铜设计：严格限制铜含量，确保合金在海洋和化工环境中的优异耐腐蚀性能，这是其区别于ZL105、ZL107等含铜合金的核心特征。
- 良好焊接性：由于不含铜且杂质控制适当，ZL115的焊接热裂纹倾向低，可进行氩弧焊修补和结构连接，为复杂铸件的制造和修复提供了便利。
对应的国际牌号
ZL115的锌镁强化体系在国际上有一定独特性，但可找到相近牌号：
- 中国国标：ZAlSi5Zn1Mg (GB/T 1173)
- 美国标准：与 713.0 (Al-Zn6CuMg) 体系不同，但 712.0 (Al-Zn6Mg) 有一定相似性；部分资料提到 771.0 (Al-Zn7Mg) 体系相近。最接近的是 Zinc-containing aluminum casting alloys 类，但无直接对应。
- 欧盟标准：EN AC-41000 (Al-Si5Mg) 不含锌；EN AC-71000 (Al-Zn10Si8Mg) 锌含量过高。无直接对应。
- 日本标准：无直接对应。
- 国际标准：AlSi5Zn1Mg 在ISO 3522中有类似牌号。
ZL115在铸造行业的应用
基于其良好耐蚀性、可焊接性和中等强度的特点，ZL115主要应用于以下领域：
- 船舶与海洋工程（核心应用）
- 船用配件：甲板阀门、水泵壳体、管接头、通风口格栅。
- 海洋平台：仪器支架、栏杆连接件、防腐蚀罩壳。
- 渔业机械：渔网起收机壳体、海水泵部件。
- 化工与食品机械
- 化工泵阀：输送腐蚀性介质的泵体、阀体、管件。
- 食品机械：食品加工设备壳体、输送管道连接件（无铜污染风险）。
- 制药设备：要求无铜、耐腐蚀的仪器壳体。
- 通用机械与结构件
- 焊接结构件：需与铝合金型材或板材焊接连接的铸造部件。
- 复杂壳体：对耐蚀性有要求的仪器仪表外壳、电气设备壳体。
- 轨道交通：车厢内饰件、扶手支架。
ZL115铝合金常见问题解答
Q1：ZL115最突出的优点是什么？
- 两大核心优势：一是优异的耐腐蚀性能（不含铜），尤其耐海水和化工介质腐蚀；二是良好的焊接性，可进行氩弧焊连接和补焊。这两个特点使其在船舶、化工等领域具有独特价值。
Q2：ZL115的强度水平如何？与ZL104相比如何？
- ZL115-T6的抗拉强度约为250-290 MPa，略低于ZL104-T6（240-270 MPa，但ZL104-T6典型值其实更低，ZL104强度上限约270，ZL115上限约290，所以ZL115稍高或相当）。但ZL104的铸造流动性更好，ZL115的耐蚀性和焊接性更优。两者各有侧重，ZL115更适合对耐蚀性要求高的场合。
Q3：ZL115为什么具有良好的耐腐蚀性？
- 主要是因为不含铜（Cu）。铜在铝合金中会形成阴极相，加速电化学腐蚀。ZL115严格控制铜≤0.1%，同时锌的加入反而有助于形成更稳定的表面氧化膜，使其在海水、潮湿大气等环境中表现出优异的耐蚀性。
Q4：ZL115的焊接工艺有何要求？
- 焊接性良好，可采用常规氩弧焊（TIG/MIG）进行连接或修补。建议：
- 使用同质或略高于母材性能的焊丝（如含锌的铝硅焊丝）。
- 焊前彻底清洁焊接区域，去除氧化膜。
- 对厚大件可适当预热（100-150°C）。
- 焊后对重要结构件进行消除应力处理。
Q5：ZL115可以用于制造船用螺旋桨吗？
- 不适合。螺旋桨需要极高的强度和抗空蚀性能，通常使用镍铝青铜或不锈钢。ZL115的强度不足以胜任，主要用于船用非承力或中等承力部件。
Q6：ZL115的铸造性能如何？设计时需注意什么？
- 中等水平。硅含量仅4.5-5.5%，流动性不如ZL104、ZL111等高硅合金。设计浇注系统时需注意：
- 适当加大浇口尺寸，提高浇注温度。
- 避免过于薄壁的结构（建议最小壁厚≥3mm）。
- 加强补缩设计，防止缩孔缩松。
📊 延伸栏目：ZL115与相关合金对比分析
| 对比维度 | ZL115 (AlSi5Zn1Mg) | ZL101A (AlSi7MgA) | ZL104 (AlSi9Mg) | ZL105 (AlSi5Cu1Mg) |
|---|---|---|---|---|
| 硅(Si)% | 4.5-5.5 | 6.5-7.5 | 8.5-10.5 | 4.5-5.5 |
| 铜(Cu)% | ≤0.1（无铜） | ≤0.1（无铜） | ≤0.1（无铜） | 1.0-1.5（含铜） |
| 锌(Zn)% | 1.2-1.8 | ≤0.1 | ≤0.2 | ≤0.3 |
| 镁(Mg)% | 0.4-0.6 | 0.25-0.45 | 0.17-0.35 | 0.4-0.6 |
| 抗拉强度(T6) | 250-290 MPa | 290-330 MPa | 240-270 MPa | 280-320 MPa |
| 延伸率(T6) | 2.0-4.0% | 3.0-6.0% | 1.5-3.0% | 1.5-3.0% |
| 耐腐蚀性 | 优秀（无铜） | 优秀（无铜） | 优秀（无铜） | 中等（含铜） |
| 焊接性 | 优秀 | 良好 | 良好 | 中等 |
| 铸造流动性 | 中等 | 良好 | 优秀 | 中等 |
| 典型成本 | 中等 | 中高端 | 低 | 中等 |
选型快速指南：
- 选ZL115：当零件要求耐海水腐蚀、可焊接、强度中等时，是船舶、化工领域的特色选择。
- 选ZL101A：需要更高强度、良好综合性能，且对耐蚀性也有要求时。
- 选ZL104：追求铸造工艺性和经济性，强度要求适中时。
- 选ZL105：需要高温强度或更高强度，可接受耐蚀性稍差时。
