鋅合金

    鋅合金是以鋅為基加入其他元素組成的合金。常加的合金元素有鋁、銅、鎂、鎘、鉛、鈦等低溫鋅合金。鋅合金熔點低，流動性好，易熔焊，釬焊和塑性加工，在大氣中耐腐蝕，殘廢料便于回收和重熔；但蠕變強度低，易發生自然時效引起尺寸變化。熔融法制備，壓鑄或壓力加工成材。按制造工藝可分為鑄造鋅合金和變形鋅合金。

    鋅合金的主要添加元素有鋁,銅和鎂等.鋅合金按加工工藝可分為形變與鑄造鋅合金兩類.鑄造鋅合金流動性和耐腐蝕性較好,適用于壓鑄儀表,汽車零件外殼等。

 

鋅合金成分及鑄件品質

一、鋅合金的特點

　　1. 比重大。

　　2. 鑄造性能好，可以壓鑄形狀復雜、薄壁的精密件，鑄件表面光滑。

　　3. 可進行表面處理：電鍍、噴涂、噴漆。

　　4. 熔化與壓鑄時不吸鐵，不腐蝕壓型，不粘模。

　　5. 有很好的常溫機械性能和耐磨性。

　　6. 熔點低，在385℃熔化，容易壓鑄成型。

使用過程中須注意的問題：

　　1. 抗蝕性差。當合金成分中雜質元素鉛、鎘、錫超過標準時，導致鑄件老化而發生變形，表現為體積脹大，機械性能特別是塑性顯著下降，時間長了甚至破裂。

　　鉛、錫、鎘在鋅合金中溶解度很小，因而集中于晶粒邊界而成為陰極，富鋁的固溶體成為陽極，在水蒸氣（電解質）存在的條件下，促成晶間電化學腐蝕。壓鑄件因晶間腐蝕而老化。

　　2. 時效作用

　　鋅合金的組織主要由含Al和Cu的富鋅固溶體和含Zn的富Al固溶體所組成，它們的溶解度隨溫度的下降而降低。但由于壓鑄件的凝固速度極快，因此到室溫時，固溶體的溶解度是大大地飽和了。經過一定時間之后，這種過飽和現象會逐漸解除，而使鑄件地形狀和尺寸略起變化。

　　3. 鋅合金壓鑄件不宜在高溫和低溫（0℃以下）的工作環境下使用。鋅合金在常溫下有較好的機械性能。但在高溫下抗拉強度和低溫下沖擊性能都顯著下降。

二、鋅合金種類

　　傳統的壓鑄鋅合金有2、3、5、7號合金，目前應用最廣泛的是3號鋅合金。七十年代發展了高鋁鋅基合金ZA-8、ZA-12、ZA-27。

　　Zamak 3: 良好的流動性和機械性能。

　　應用于對機械強度要求不高的鑄件，如玩具、燈具、裝飾品、部分電器件。

　　Zamak 5: 良好的流動性和好的機械性能。

　　應用于對機械強度有一定要求的鑄件，如汽車配件、機電配件、機械零件、電器元件。

　　Zamak 2: 用于對機械性能有特殊要求、對硬度要求高、耐磨性好、尺寸精度要求一般的機械零件。

　　ZA8: 良好的流動性和尺寸穩定性，但流動性較差。

　　應用于壓鑄尺寸小、精度和機械強度要求很高的工件，如電器件。

　　Superloy: 流動性****，應用于壓鑄薄壁、大尺寸、精度高、形狀復雜的工件，如電器元件及其盒體。

　　不同的鋅合金有不同的物理和機械特性，這樣為壓鑄件設計提供了選擇的空間。

　　鋅合金按制造工藝又可分為鑄造鋅合金和變形鋅合金兩類。鑄造合金的產量遠大于變形合金。下表中列出幾種重要鋅合金的成分、性能和用途。

　　鑄造鋅合金 依鑄造方法不同又分為壓力鑄造鋅合金（在外加壓力作用下凝固）和重力鑄造鋅合金（僅在重力作用下凝固）。

　　壓力鑄造鋅合金 這種合金從1940年在汽車工業中應用以后,產量劇增，在鋅的消耗總量中，約有25%用來生產這種合金。先進適用技術在不斷采用，發展較快。對應相關人才也在增多，收錄齊全的有鋼鐵英才網。最常用的合金系為Zn-Al-Cu-M系。 某些雜質明顯影響壓鑄鋅合金的性能。因此對鐵、鉛、鎘、錫等雜質的含量限制極嚴,其上限分別為0.005%、0.004%、0.003%、0.02%，所以壓鑄鋅合金應選用純度大于99.99%的高純鋅作原料。

　　重力鑄造鋅合金 可在砂型、石膏�；蛴材Ｖ需T造。這種鋅合金不僅具有一般壓鑄鋅合金的特性，而且強度高，鑄造性能好，冷卻速度對力學性能無明顯影響，殘、廢料可循環使用，澆口簡單，對過熱和重熔不敏感，收縮率小，氣孔少，能電鍍，可用常規方法精整。

變形鋅合金工業上應用的變形鋅合金除了傳統品種外，出現了Zn-1Cu-0.1Ti和 Zn-22Al合金。前一種合金經軋制后,由于有TiZn15金屬間化合物彌散質點沿軋向排列成行，可阻礙晶界移動。

三、鋅合金的選擇

　　選擇哪一種鋅合金，主要從三個方面來考慮

　　1. 壓鑄件本身的用途，需要滿足的使用性能要求。包括：

　�。�1） 力學性能，抗拉強度，是材料斷裂時的****抗力；

　　伸長率，是材料脆性和塑性的衡量指標；

　　硬度，是材料表面對硬物壓入或摩擦所引起的塑性變形的抗力。

　�。�2） 工作環境狀態：工作溫度、濕度、工件接觸的介質和氣密性要求。

　�。�3） 精度要求：能夠達到的精度及尺寸穩定性。

　　2. 工藝性能好：（1）鑄造工藝；

　�。�2）機械加工工藝性；

　�。�3）表面處理工藝性。

　　3. 3. 經濟性好：原材料的成本與對生產裝備的要求（包括熔煉設備、壓鑄機、模具等），以及生產成本。

四、鋅合金成分控制

　　

1. 標準合金成分	鋁	銅	鎂	鐵	鉛	鎘	錫	鋅
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. 合金中個元素的作用

　　合金成分中，有效合金元素：鋁、銅、鎂；有害雜質元素：鉛、鎘、錫、鐵。

　�。�1）鋁

　　作用：① 改善合金的鑄造性能，增加合金的流動性，細化晶粒，引起 鋁棒固溶強化，提高機械性能。

　�、� 降低鋅對鐵的反應能力，減少對鐵質材料，如鵝頸、模具、坩堝的侵蝕。

　　鋁含量控制在3.8 ~ 4.3%。主要考慮到所要求的強度及流動性，流動性好是獲得一個完整、尺寸精確、表面光滑的鑄件必需的條件。

　　鋁對流動性和機械性能的影響見圖3。流動性在鋁含量5 %時達到****值；在3 %時降到最小值。鋁對沖擊強度的影響見圖3中虛線。沖擊強度在含鋁量3.5 %達到****值；6 %時降到最小值。含鋁量超過4.3 %，合金變脆。含鋁量低于規定范圍，導致薄壁件充型困難，有鑄后冷卻破裂的可能。鋁在鋅合金中不利的影響是產生Fe2Al3浮渣，造成其含量下降。

　�。�2） 銅

　　作用：1. 增加合金的硬度和強度；

　　2. 改善合金的抗磨損性能；

　　3. 減少晶間腐蝕。

  

五金銅套

不利：1. 含銅量超過1.25%時，使壓鑄件尺寸和機械強度因時效而發生變化；

　　2. 降低合金的可延伸性。

　　作用：① 增加 銅含量對合金強度的影響見圖4。

　�。�3）鎂

　　作用：① 減少晶間腐蝕

　�、� 細化合金組織，從而增加合金的強度

　�、� 改善合金的抗磨損性能

　　不利：① 含鎂量 > 0.08%時，產生熱脆、韌性下降、流動性下降。

　�、� 易在合金熔融狀態下氧化損耗。

　　鎂對合金流動性的影響見圖5。

　　圖5 鎂對合金流動性的影響

　�。�4）雜質元素：鉛、鎘、錫

　　使鋅合金的晶間腐蝕變成十分敏感，在溫、濕環境中加速了本身的晶間腐蝕，降低機械性能，并引起鑄件尺寸變化。

　　當鋅合金中雜質元素鉛、鎘含量過高，工件剛壓鑄成型時，表面質量一切正常，但在室溫下存放一段時間后（八周至幾個月），表面出現鼓泡。

　　圖6 鉛、鎘含量過高造成晶間腐蝕的顯微照片

　�。�5）雜質元素：鐵

　�、� 鐵與鋁發生反應形成Al5Fe2金屬間化合物，造成鋁元素的損耗并形成浮渣。

　�、� 在壓鑄件中形成硬質點，影響后加工和拋光。

　�、� 增加合金的脆性。

　　鐵元素在鋅液中的溶解度是隨溫度增加而增加，每一次爐內鋅液溫度變化都將導致鐵元素過飽和（當溫度下降時），或不飽和（當溫度上升時）。當鐵元素過飽和時，處于過飽和的鐵將與合金中鋁發生反應，結果是造成浮渣量增加。當鐵元素不飽和時，合金對鋅鍋和鵝頸材料的腐蝕將會增強，以回到飽和狀態。兩種溫度變化的一個共同結果是最終造成對鋁元素的消耗，形成更多的浮渣。

　　圖7 鐵在鋅合金中的溶解度隨溫度的變化

五、生產中注意的問題

　　1. 控制合金成分從采購合金錠開始，合金錠必須是以特高純度鋅為基礎，加上特高純度鋁、鎂、銅配制成的合金錠，供應廠有嚴格的成分標準。優質的鋅合金料是生產優質鋅合金軸承鑄件的保證。

　　2. 采購回來合金錠要保證有清潔、干燥的堆放區，以避免長時間暴露在潮濕中而出現白銹，或被工廠臟物污染而增加渣的產生，也增加金屬損耗。清潔的工廠環境對合金成分的有效控制是很有作用的。

　　3. 新料與水口等回爐料配比，回爐料不要超過50%，一般新料：舊料 = 70：30。連續的重熔合金中鋁和鎂逐漸減少。

　　4. 水口料重熔時，一定要嚴格控制重熔溫度不要超過420℃，以避免鋁和鎂的損耗。

　　5. 有條件的壓鑄廠最好采用集中熔爐熔化鋅合金，使合金錠與回爐料均勻配比，熔劑可更有效使用，使合金成分及溫度保持均勻穩定。電鍍廢品、細屑應單獨熔爐。

六、鋅合金-物質應用

　　豪華型鋅合金汽車立標

　　1、此款立標采用鋅合金鍍鉻材質，不會生銹。

　　2、橄欖型的底座，厚重而穩固。做工精細，質量一流。

　　3、底部使用3M膠。

　　使用方法

　　1、徹底清潔需要粘貼車標的位置，并使此位置干燥。

　　2、將車標底座的3M膠揭下來，粘在適當的位置，稍用力長按壓一分鐘左右即可。

使用過程中須注意的問題

1. 抗蝕性差。

　　當合金成分中雜質元素鉛、鎘、錫超過標準時，導致鑄件老化而發生變形，表現為體積脹大，機械性能特別是塑性顯著下降，時間長了甚至破裂。

　　鉛、錫、鎘在鋅合金中溶解度很小，因而集中于晶粒邊界而成為陰極，富鋁的固溶體成為陽極，在水蒸氣（電解質）存在的條件下，促成晶間電化學腐蝕。壓鑄件因晶間腐蝕而老化。

　　2. 時效作用

　　鋅合金的組織主要由含Al和Cu的富鋅固溶體和含Zn的富Al固溶體所組成，它們的溶解度隨溫度的下降而降低。但由于壓鑄件的凝固速度極快，因此到室溫時，固溶體的溶解度是大大地飽和了。經過一定時間之后，這種過飽和現象會逐漸解除，而使鑄件的形狀和尺寸略起變化。

　　3. 鋅合金壓鑄件不宜在高溫和低溫（0℃以下）的工作環境下使用。鋅合金在常溫下有較好的機械性能。但在高溫下抗拉強度和低溫下沖擊性能都顯著下降。

　　4.鋅合金壓鑄件由于鎖模力不足、合模不良、模具強度不足、熔湯溫度太高等問題會出現表面有毛刺的現象,這種現象叫做產品披鋒,往往是企業必須要面對的后處理加工工序.目前主要是根據產品性質運用手工打磨,氫氧爆炸以及昭凌冷凍拋丸機去解決。

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