锌合金成分控制

1.    标准合金成分

2. 合金中个元素的作用

2.    合金成分中，有效合金元素：铝、铜、镁；有害杂质元素：铅、镉、锡、铁。

锌合金

　　zinc alloy

[]

为基加入其他组成的。常加的有、、、、、等。锌合金低，好，易，和加工，在中耐腐蚀，残废料便于和重熔；但低，易发生引起尺寸变化。制备，或加工成材。按制造工艺可分为铸造锌合金和。

　　锌合金的主要添加元素有铝,铜和镁等.锌合金按加工工艺可分为形变与铸造锌合金两类.铸造锌合金流动性和耐腐蚀性较好,适用于压铸,零件等。

　　【锌合金成分及铸件品质】

　　一、锌合金的特点

　　1. 比重大。

　　2. 铸造性能好，可以压铸形状复杂、薄壁的精密件，铸件表面光滑。

　　3. 可进行表面处理：电镀、喷涂、喷漆。

　　4. 熔化与压铸时不吸铁，不腐蚀压型，不粘模。

　　5. 有很好的常温机械性能和耐磨性。

　　6. 熔点低，在385℃熔化，容易压铸成型。

　　使用过程中须注意的问题：

　　1. 抗蚀性差。当合金成分中杂质元素铅、镉、锡超过标准时，导致铸件老化而发生变形，表现为体积胀大，机械性能特别是塑性显著下降，时间长了甚至破裂。

　　铅、锡、镉在锌合金中溶解度很小，因而集中于晶粒边界而成为阴极，富铝的固溶体成为阳极，在水蒸气（电解质）存在的条件下，促成晶间电化学腐蚀。压铸件因晶间腐蚀而老化。

　　2. 时效作用

　　锌合金的组织主要由含Al和Cu的富锌固溶体和含Zn的富Al固溶体所组成，它们的溶解度随温度的下降而降低。但由于压铸件的凝固速度极快，因此到室温时，固溶体的溶解度是大大地饱和了。经过一定时间之后，这种过饱和现象会逐渐解除，而使铸件地形状和尺寸略起变化。

　　3. 锌合金压铸件不宜在高温和低温（0℃以下）的工作环境下使用。锌合金在常温下有较好的机械性能。但在高温下抗拉强度和低温下冲击性能都显著下降。

　　图1 时效时间对锌合金屈服强度和冲击韧性的影响

　　图2 温度对抗拉强度的影响

　　二、锌合金种类

　　Zamak 3: 良好的流动性和机械性能。

　　应用于对机械强度要求不高的铸件，如玩具、灯具、装饰品、部分电器件。

　　Zamak 5: 良好的流动性和好的机械性能。

　　应用于对机械强度有一定要求的铸件，如汽车配件、机电配件、机械零件、电器元件。

　　Zamak 2: 用于对机械性能有特殊要求、对硬度要求高、尺寸精度要求一般的机械零件。

　　ZA8: 良好的流动性和尺寸稳定性，但流动性较差。

　　应用于压铸尺寸小、精度和机械强度要求很高的工件，如电器件。

　　Superloy: 流动性{zj0}，应用于压铸薄壁、大尺寸、精度高、形状复杂的工件，如电器元件及其盒体。

　　不同的锌合金有不同的物理和机械特性，这样为压铸件设计提供了选择的空间。

　　三、锌合金的选择

　　选择哪一种锌合金，主要从三个方面来考虑

　　1. 压铸件本身的用途，需要满足的使用性能要求。包括：

　　（1） 力学性能，抗拉强度，是材料断裂时的{zd0}抗力；

　　伸长率，是材料脆性和塑性的衡量指标；

　　硬度，是材料表面对硬物压入或摩擦所引起的塑性变形的抗力。

　　（2） 工作环境状态：工作温度、湿度、工件接触的介质和气密性要求。

　　（3） 精度要求：能够达到的精度及尺寸稳定性。

　　2. 工艺性能好：（1）铸造工艺；

　　（2）机械加工工艺性；

　　（3）表面处理工艺性。

　　3. 3. 经济性好：原材料的成本与对生产装备的要求（包括熔炼设备、压铸机、模具等），以及生产成本。

　　四、锌合金成分控制

　　1. 标准合金成分

　　    Zamak 2      Zamak 3     Zamak 5        ZA8            Superloy        AcuZinc 5

　　铝  3.8 ~ 4.3      3.8 ~ 4.3    3.8 ~ 4.3      8.2 ~ 8.8        6.6 ~ 7.2        2.8 ~ 3.3

　　铜  2.7 ~ 3.3      <0.030   　  0.7 ~ 1.1      0.9 ~ 1.3       3.2 ~ 3.8         5.0 ~ 6.0

　　镁  0.035 ~ 0.06  0.035 ~ 0.06  0.035 ~ 0.06   0.02 ~ 0.035     <0.005          0.025 ~ 0.05

　　铁  <0.020       <0.020        <0.020         <0.035           <0.020          <0.075

　　铅  <0.003       <0.003        <0.003         <0.005           <0.003        　<0.005

　　镉  <0.003       <0.003        <0.003         <0.005           <0.003    　    <0.004

　　锡  <0.001       <0.001        <0.001         <0.001           <0.001          <0.003

　　锌  余量        余量        余量         余量         余量          余量

　　2. 合金中个元素的作用

　　合金成分中，有效合金元素：铝、铜、镁；有害杂质元素：铅、镉、锡、铁。

　　（1）铝

　　作用：① 改善合金的铸造性能，增加合金的流动性，细化晶粒，引起固溶强化，提高机械性能。

　　② 降低锌对铁的反应能力，减少对铁质材料，如鹅颈、模具、坩埚的侵蚀。

　　铝含量控制在3.8 ~ 4.3%。主要考虑到所要求的强度及流动性，流动性好是获得一个完整、尺寸xx、表面光滑的铸件必需的条件。

　　铝对流动性和机械性能的影响见图3。流动性在铝含量5 %时达到{zd0}值；在3 %时降到最小值。铝对冲击强度的影响见图3中虚线。冲击强度在含铝量3.5 %达到{zd0}值；6 %时降到最小值。含铝量超过4.3 %，合金变脆。含铝量低于规定范围，导致薄壁件充型困难，有铸后冷却破裂的可能。铝在锌合金中不利的影响是产生Fe2Al3浮渣，造成其含量下降。

　　图3 铝对合金流动性和机械性能的影响

　　（2） 铜

　　作用：1. 增加合金的硬度和强度；

　　2. 改善合金的抗磨损性能；

　　3. 减少晶间腐蚀。

　　不利：1. 含铜量超过1.25%时，使压铸件尺寸和机械强度因时效而发生变化；

　　2. 降低合金的可延伸性。

　　作用：① 增加 铜含量对合金强度的影响见图4。

　　图4 铜对合金强度的影响

　　（3）镁

　　作用：① 减少晶间腐蚀

　　② 细化合金组织，从而增加合金的强度

　　③ 改善合金的抗磨损性能

　　不利：① 含镁量 > 0.08%时，产生热脆、韧性下降、流动性下降。

　　② 易在合金熔融状态下氧化损耗。

　　镁对合金流动性的影响见图5。

　　图5 镁对合金流动性的影响

　　（4）杂质元素：铅、镉、锡

　　使锌合金的晶间腐蚀变成十分敏感，在温、湿环境中加速了本身的晶间腐蚀，降低机械性能，并引起铸件尺寸变化。

　　当锌合金中杂质元素铅、镉含量过高，工件刚压铸成型时，表面质量一切正常，但在室温下存放一段时间后（八周至几个月），表面出现鼓泡。

　　图6 铅、镉含量过高造成晶间腐蚀的显微照片

　　（5）杂质元素：铁

　　① 铁与铝发生反应形成Al5Fe2金属间化合物，造成铝元素的损耗并形成浮渣。

　　② 在压铸件中形成硬质点，影响后加工和抛光。

　　③ 增加合金的脆性。

　　铁元素在锌液中的溶解度是随温度增加而增加，每一次炉内锌液温度变化都将导致铁元素过饱和（当温度下降时），或不饱和（当温度上升时）。当铁元素过饱和时，处于过饱和的铁将与合金中铝发生反应，结果是造成浮渣量增加。当铁元素不饱和时，合金对锌锅和鹅颈材料的腐蚀将会增强，以回到饱和状态。两种温度变化的一个共同结果是最终造成对铝元素的消耗，形成更多的浮渣。

　　图7 铁在锌合金中的溶解度随温度的变化

　　五、生产中注意的问题

　　1. 控制合金成分从采购合金锭开始，合金锭必须是以特高纯度锌为基础，加上特高纯度铝、镁、铜配制成的合金锭，供应厂有严格的成分标准。优质的锌合金料是生产优质铸件的保证。

　　2. 采购回来合金锭要保证有清洁、干燥的堆放区，以避免长时间暴露在潮湿中而出现白锈，或被工厂脏物污染而增加渣的产生，也增加金属损耗。清洁的工厂环境对合金成分的有效控制是很有作用的。

　　3. 新料与水口等回炉料配比，回炉料不要超过50%，一般新料：旧料 = 70：30。连续的重熔合金中铝和镁逐渐减少。

　　4. 水口料重熔时，一定要严格控制重熔温度不要超过430℃，以避免铝和镁的损耗。

　　5. 有条件的压铸厂{zh0}采用集中熔炉熔化锌合金，使合金锭与回炉料均匀配比，熔剂可更有效使用，使合金成分及温度保持均匀稳定。电镀废品、细屑应单独熔炉。