锌合金zinc alloy_晟世伟业
  zinc alloy   以为基加入其他元素组成的合金。常加的合金元素有铝、铜、镁、镉、铅、钛等。锌合金熔点低,流动性好,易熔焊,钎焊和塑性加工,在大气中耐腐蚀,残废料便于回收和重熔;但蠕变强度低,易发生自然时效引起尺寸变化。熔融法制备,压铸或压力加工成材。按制造工艺可分为铸造锌合金和变形锌合金。
  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,适用于压铸仪表,汽车零件外壳等。   

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


  传统的压铸锌合金有2、3、5、7号合金,目前应用最广泛的是3号锌合金。七十年代发展了高铝锌基合金ZA-8、ZA-12、ZA-27。
  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、耐磨性好、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
  铁
Zamak 2 3.8 ~ 4.3 2.7 ~ 3.3 0.035 ~ 0.06 <0.020 <0.003 <0.003 <0.001 余量
Zamak 3 3.8 ~ 4.3 <0.030 0.035 ~ 0.06 <0.020 <0.003 <0.003 <0.001 余量
Zamak 5 3.8 ~ 4.3 0.7 ~ 1.1 0.035 ~ 0.06 <0.020 <0.003 <0.003 <0.001 余量
ZA8 8.2 ~ 8.8 0.9 ~ 1.3 0.02 ~ 0.035 <0.035 <0.005 <0.005 <0.001 余量
Superloy 6.6 ~ 7.2 3.2 ~ 3.8 <0.005 <0.020 <0.003 <0.003 <0.001 余量
AcuZinc 5 2.8 ~ 3.3 5.0 ~ 6.0 0.025 ~ 0.05 <0.075 <0.00 <0.004 <0.003 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420℃,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。


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