ZL108鑄造鋁合金：揭秘磷變質處理與T6熱處理如何塑造頂級活塞材料

發布時間：2026-01-20 分類：新聞瀏覽量：821

作為活塞專用鑄造鋁合金的杰出代表，ZL108（ZAlSi12Cu2Mg1） 以其優異的高溫強度、低熱膨脹系數和卓越的耐磨耐熱性而著稱。該合金是典型的過共晶鋁硅合金，通過復雜的合金化設計和嚴格的熱處理，專為承受發動機缸內劇烈交變熱載荷與機械載荷的活塞部件而優化，在高溫動力性能與耐久性之間實現了精密平衡。

ZL108 對應的國家牌號是 ZAlSi12Cu2Mg1。

國標牌號：按照GB/T 1173，其牌號為ZAlSi12Cu2Mg1。名稱直接體現了其核心合金體系：硅（Si）、銅（Cu）、鎂（Mg）。
行業/企業代號：ZL108 是該材料在發動機設計與制造領域通用的代號。
典型狀態：幾乎總是以T6狀態（固溶處理+完全人工時效） 使用，以獲取最佳的綜合性能，特別是高溫性能。

ZL108鋁合金成分表

元素	含量范圍（wt%）	功能作用
硅(Si)	11.0-13.0	過共晶含量。提供低熱膨脹性、高耐磨性，但初生硅相需通過磷（P）變質細化。
銅(Cu)	1.0-2.0	主要高溫強化元素。形成耐熱Al?Cu相，顯著提升高溫強度和硬度。
鎂(Mg)	0.4-1.0	關鍵強化元素。形成Mg?Si相，與Cu共同提供室溫及高溫強度。
錳(Mn)	0.3-0.9	提高耐熱性，形成耐熱相，并減輕鐵（Fe）的有害影響。
鎳(Ni)	0.3-0.9	重要耐熱元素。形成穩定的耐熱相，提升高溫蠕變抗力。
鈦(Ti)	≤0.20	晶粒細化劑。
鋁(Al)	余量	基體材料。

ZL108物理與力學性能參數表（金屬型鑄造，T6態典型值）

性能指標	數值范圍	核心優勢解讀
密度	2.68-2.70 g/cm3	--
室溫抗拉強度 (Rm)	250-280 MPa	高強度水平，滿足活塞結構承載需求。
高溫抗拉強度 (250°C)	≥ 120 MPa	核心優勢，在高溫下保持足夠強度，防止活塞頂部開裂或變形。
延伸率 (A)	≤ 1.0%	塑性較差，是其高強化、過共晶組織的固有特點。
布氏硬度 (HB)	100-130	高硬度，確保優秀的耐磨性。
線膨脹系數 (20-200°C)	18.5-20.0 ×10??/℃	核心優勢，低于大多數鋁合金，與缸套匹配更好，利于控制配缸間隙。
體積穩定性	優	經T6處理后，長期使用下尺寸變化極小。

性能強化路徑與技術關鍵
ZL108的性能實現依賴于一套精密且環環相扣的工藝組合：

合金成分精密控制：Si、Cu、Mg、Ni的含量需精確匹配，形成最優的耐熱相組合。必須嚴格控制磷（P）變質處理，以細化過共晶組織中的初生硅相，這是獲得良好機械性能和切削性的前提。
專屬熱處理制度（T6）：
- 固溶處理：通常在505±5°C進行，使可溶強化相充分溶解。
- 人工時效：采用較高溫度（如200-220°C）進行長時間時效，以形成穩定的強化相，特別優化其高溫性能和組織穩定性。
先進鑄造工藝：采用金屬型重力鑄造或低壓鑄造，以獲得致密、均勻的鑄態組織。良好的鑄造工藝是后續熱處理和性能表現的基礎。

對應的國際牌號
作為經典的活塞合金，它在各國標準中均有對應：

中國國標：ZAlSi12Cu2Mg1 (GB/T 1173)
美國標準：A332.0 (ASTM，非常接近)
歐盟標準：EN AC-48000 (EN 1706)
日本標準：AC9A 或 AC9B (JIS)

ZL108在鑄造行業的應用
其應用高度專業化，幾乎全部集中于內燃機核心熱端部件：

活塞（絕對主流應用）
- 柴油發動機活塞：中重型卡車、工程機械、船用柴油機的活塞（利用其卓越的高溫強度和耐磨性）。
- 高性能汽油發動機活塞：大排量、高增壓、高功率密度汽油機的活塞。
- 改裝與賽車活塞：對耐熱性和強度有極端要求的場合。
其他耐熱耐磨部件
- 發動機轉子：某些特殊發動機的旋轉部件。
- 壓縮機活塞：高壓空氣壓縮機。
- 剎車卡鉗活塞（在少數高性能要求下）。

ZL108鋁合金常見問題解答

Q1：ZL108最大的技術難點是什么？

鑄造與變質處理。由于其過共晶成分，熔體中會析出粗大的初生硅晶體，嚴重割裂基體，導致性能劇降和加工困難。必須通過精準的磷（P）變質處理（如加入Cu-P中間合金）來細化初生硅，這是ZL108生產中的核心技術門檻。

Q2：為什么ZL108的延伸率這么低？

這是其獲得高強度、高硬度、低膨脹系數所付出的必然代價。過共晶硅相和大量耐熱金屬間化合物（含Cu、Mg、Ni）雖然提供了所需的高溫性能，但也顯著降低了材料的塑性和韌性。

Q3：ZL108活塞需要進行哪些表面處理？

為進一步提升性能，ZL108活塞常進行組合式表面處理：
- 陽極氧化：在活塞頂部環槽或燃燒室表面形成硬質氧化鋁膜，提高耐熱、耐磨和抗燒蝕能力。
- 石墨涂層：在活塞裙部噴涂固體潤滑劑，改善磨合性和減摩性能。
- 電鍍：如鍍錫，利于初期磨合。

Q4：ZL108與普通活塞材料（如ZL109或共晶型合金）相比有何不同？

ZL108（過共晶）：Si含量更高（11-13%），熱膨脹系數最低，耐磨性最好，但鑄造和加工難度最大，成本最高。適用于熱負荷最嚴峻的場合。
ZL109（共晶/亞共晶）及類似合金：Si含量稍低（8-11%），鑄造性能更好，加工性更優，綜合力學性能（尤其是韌性）更好，是應用最廣泛的活塞材料。熱膨脹系數和耐磨性略遜于ZL108。

Q5：加工ZL108時有何特殊要求？