鋅合金

鋅合金

鋅合金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。鋅合金熔點低,流動性好,易熔焊,釺焊和塑性加工,在大氣中耐腐蝕,殘廢料便於回收和重熔;但蠕變強度低,易發生自然時效引起尺寸變化。熔融法製備,壓鑄或壓力加工成材。按製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,適用於壓鑄儀表,汽車零件外殼等。

基本信息

物質特點

鋅合金鋅合金

鋅合金的特點

1:比重大

2:鑄造性能好,可以壓鑄形狀複雜、薄壁的精密件,鑄件表面光滑。

3:可進行表面處理:電鍍、噴塗、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、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,因而集中於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。

鋅合金鋅合金

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。但由於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。經過一定時間之後,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:溫度影響

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衝擊性能都顯著下降。

物質種類

鋅合金鋅合金

Zamak3:良好的流動性和機械性能。套用於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。

Zamak5:良好的流動性和好的機械性能。套用於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。

Zamak2:用於對機械性能有特殊要求、對硬度要求高、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。套用於壓鑄尺寸小、精度和機械強度要求很高的工件,如電器件

Superloy:流動性最佳,套用於壓鑄薄壁、大尺寸、精度高、形狀複雜的工件,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。

超塑鋅合金 

具有超塑性的鋅合金。其典型代表是Zn-22Al的共析合金,它具有很大的延伸率(>1000%),很小的流變應力和高的應變速率敏感性指數(m=0.5),具有良好的組織可處理性,通過強化處理,調節組織形態,可提高室溫強度。該合金的超塑變形溫度不高(250℃),便於生產。但它的室溫綜合性能不理想,如抗蠕變性能和抗蝕性能都較差,為提高其綜合性能,可加入少量Cu,Mg等合金元素。常用的鋅基超塑合金還有Zn-22Al-0.2Cu,Zn-4Al和Zn-5Al共晶合金。它們可用於工藝美術品、塑膠模具、鏇鈕和橡膠製品模具的生產。

物質選擇

鋅合金鋅合金

選擇哪一種鋅合金,主要從三個方面來考慮

(一)壓鑄件本身的用途,需要滿足的使用性能要求。

1:力學性能,抗拉強度,是材料斷裂時的最大抗力;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。

(二)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。

(三)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、壓鑄機具等),以及生產成本。

元素的作用

鋅合金鋅合金

合金成分中,有效合金元素:鋁、銅、鎂;有害雜質元素:鉛、、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,引起固溶強化,提高機械性能。

②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%時達到最大值;在3%時降到最小值。鋁對衝擊強度的影響見圖3中虛線。衝擊強度在含鋁量3.5%達到最大值;6%時降到最小值。含鋁量超過4.3%,合金變脆。含鋁量低於規定範圍,導致薄壁件充型困難,有鑄後冷卻破裂的可能。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。

不利

1:含量超過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。

(3)鎂作用

①減少晶間腐蝕

②細化合金組織,從而增加合金的強度

③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。

②易在合金熔融狀態下氧化損耗。

(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,並引起鑄件尺寸變化。當鋅合金中雜質元素、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後(八周至幾個月),表面出現鼓泡。

(5)雜質元素:鐵

①鐵與鋁發生反應形成Al5Fe2金屬間化合物,造成鋁元素的損耗並形成浮渣

②在壓鑄件中形成硬質點,影響後加工和拋光。

③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,處於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。

生產注意

鋅合金鋅合金

1:控制合金成分從採購合金錠開始,合金錠必須是以特高純度鋅為基礎,加上特高純度鋁、鎂、銅配製成的合金錠,供應廠有嚴格的成分標準。優質的鋅合金料是生產優質鑄件的保證。

2:採購回來合金錠要保證有清潔、乾燥的堆放區,以避免長時間暴露在潮濕中而出現白銹,或被工廠髒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430℃,以避免鋁和鎂的損耗。

5:有條件的壓鑄廠最好採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。

物質套用

鋅合金鋅合金

豪華型鋅合金汽車立標

1、此款立標採用鋅合金鍍鉻材質,不會生鏽。

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、徹底清潔需要貼上車標的位置,並使此位置乾燥。

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。

新型鋅合金防盜窗

傳統不鏽鋼的產品特性已開始暴露了其中的弊端,其質量承諾開始產生質疑,其渠道價格體系已處於相對透明狀態,金升鋅合金彩鋼防護窗,吸取了現行門窗的優點,成為獨具功能和自身特色的新型產品,是防護窗第三代換代產品,它集安全性和美觀性於一體,採用獨特的免焊接流水線作業,組合式穿梭結構,已經接受了市場的洗禮,順應了市場和消費者的需求,它的誕生將是防護窗歷史上一次劃時代性的革命。

鋅合金彩鋼防盜窗,所用材質和高速公路護欄、高壓電塔等野外設施相同。高強度、外觀精美、色澤鮮艷、質優價廉,是不鏽鋼防護網的最佳替代品。

分類

鋅合金也稱為鋅基合金,一般分為二元合金、三元合金和多元合金。二元鋅基合金一般指鋅鋁合金;三元鋅基合金一般指鋅鋁銅合金;多元合金一般指鋅鋁銅及其他微量金屬。

鋅基合金、鋅合金、鋅鋁合金都是一個寬泛的概念,不是指該合金可以滿足某種特定功能的概念。如鋅鋁合金按照鋁的含量分為低鋁鋅基合金、中鋁鋅基合金和高鋁鋅基合金。它們雖說都是鋅鋁合金,但它們的性能卻有著很大不同。

低鋁鋅基合金一般為二元合金,主要用於防腐功能,現在基本上用噴鍍鋅鋁合金替代了鍍鋅工藝(新技術)。中鋁鋅基合金一般為三元合金,主要用於緊固功能,常常用於製造鉚釘等緊固件,其原因是除了其具有一定的強度和延伸率,最主要是其具有很好的施工方便性。高鋁鋅基合金一般為三元或多元合金,該合金具有這樣的特性,即採用不同的熔煉參數和鑄造工藝,製造出的材料在性能上存在著很大的差異;有的延伸率好適合於製造緊固件,有的強度高適合於製造高強度殼體,只有一少部分減摩係數小適合於製造滑動軸承;因此高鋁鋅基合金在國外被稱作“魔術合金”。一般來說,鋅基軸承合金都是高鋁鋅基合金,但高鋁鋅基合金並不都是滑動軸承合金。

新型滑動軸承合金的分類中的“鋅基合金”和上述寬泛概念的鋅基合金有著本質上的差異,嚴格說就不是一類材料。

滑動軸承合金要求要有一定的強度、延伸率和硬度,最重要的要有非常良好的減摩性能。

良好的減摩性絕對不是把幾種有關的金屬成份混合在一起熔煉就可以自然產生出來的,它是需要完整的工藝來保證其性能的;比如金剛石和石墨,它們具有相同的化學成份,如果採用不同的工藝,那么就可以生產出金剛石或石墨;金剛石的分子結構是三角形結構,它的特性是堅硬無比,可以用來製作刀具;石墨的分子結構是平行結構,它的特性是非常柔軟,可以用來製作潤滑劑;金剛石和石墨成分相同,其性能卻是天壤之別。

多元合金的工藝比三元合金要複雜許多;三元合金是可以通過一次熔煉產生,也採用二次熔煉工藝。由於二次熔煉的成本比一次熔煉的高,許多企業願意採用一次熔煉工藝生產三元合金。多元合金是在三元合金的基礎上多加了一種或幾種合金成份,熔煉技術自然就要複雜許多,一般的熔煉技術水平想隨意多加一種或幾種元素,其實都是很有難度加入進去的。

隨著世界納米技術的誕生,從納米技術衍生出的微納米套用技術給基礎材料工業帶來了全新的發展思路,徹底改變了人們的思維。

微納米套用技術套用在了軸承合金領域,誕生了先進的“聯合熔鑄工藝”技術,因此實現了在多元的軸承合金基礎上製造與世界同步的鋅基微晶合金。

微晶合金是一種合金晶粒細化至微米級的鋅基合金材料,具有這種超微晶粒的鋅基合金可以實現在某一特殊方面表現出極其優異的綜合機械性能、超強的尺寸穩定性和耐磨性。

使用注意

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,因而集中於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。但由於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。經過一定時間之後,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衝擊性能都顯著下降。

4.鋅合金壓鑄件由於鎖模力不足、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後處理加工工序.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.

缺陷分析

前各種裝飾方面,如家具配件、建築裝飾、浴室配件、燈飾零件、玩具、領帶夾、皮帶扣、各種金屬飾扣等都廣泛用到鋅合金壓鑄件,這也就要求其鑄件表面的質量要高,並需具有良好的表面處理性能。而鋅合金壓鑄件最常見的缺陷是表面起泡。

缺陷表征:壓鑄件表面有突起小泡。主要表現在:壓鑄出來就發現,拋光或加工後顯露出來,還有噴油或電鍍後會出現。

產生原因:

1.孔洞引起:主要是氣孔和收縮機制,氣孔往往是圓形,而收縮多數是不規則形。

(1)氣孔產生原因:a金屬液在充型、凝固過程中,由於氣體侵入,導致鑄件表面或內部產生孔洞。b塗料揮發出來的氣體侵入。

c合金液含氣量過高,凝固時析出。當型腔中的氣體、塗料揮發出的氣體、合金凝固析出的氣體,在模具排氣不良時,最終留在鑄件中形成的氣孔。

(2)縮孔產生原因:a金屬液凝固過程中,由於體積縮小或最後凝固部位得不到金屬液補縮,而產生縮孔。

b厚薄不均的鑄件或鑄件局部過熱,造成某一部位凝固慢,體積收縮時表面形成凹位。由於氣孔和縮孔的存在,使壓鑄件在進行表面處理時,孔洞可能會進入水,當噴漆和電鍍後進行烘烤時,孔洞內氣體受熱膨脹;或孔洞內水會變蒸氣,體積膨脹,因而導致鑄件表面起泡。

2.晶間腐蝕引起:鋅合金成分中有害雜質:鉛、鎘、錫會聚集在晶粒交界處導致晶間腐蝕,金屬基體因晶間腐蝕而破碎,而電鍍加速了這一禍害,受晶間腐蝕的部位會膨脹而將鍍層頂起,造成鑄件表面起泡。特別是在潮濕環境下晶間腐蝕會使鑄件變形、開裂、甚至破碎。

3.裂紋引起:水紋、冷隔紋、熱裂紋。

水紋、冷隔紋:金屬液在充型過程中,先進入的金屬液接觸型壁過早凝固,後進入金屬液不能和已凝固金屬層熔合為一體,在鑄件表面對接處形成疊紋,出現條狀缺陷。水紋一般是在鑄件表面淺層;而冷隔紋有可能滲入到鑄件內部。

熱裂紋:a當鑄件厚薄不均,凝固過程產生應力;

b過早頂出,金屬強度不夠;

c頂出時受力不均

d過高的模溫使晶粒粗大;

e有害雜質存在。以上因素都有可能產生裂紋。當壓鑄件存在水紋、冷隔紋、熱裂紋,電鍍時溶液會滲入到裂紋中,在烘烤時轉化為蒸氣,氣壓頂起電鍍層形成起泡。

解決缺陷方案:控制氣孔產生,關鍵是減少混入鑄件內的氣體量,理想的金屬流應不斷加速地由噴嘴經過分流錐和澆道進入型腔,形成一條順滑及方向一致的金屬流,採用錐形流道設計,即澆流應不斷加速地由噴嘴向內澆口逐漸減少,可達到這個目的。在充填系統中,混入的氣體是由於湍流與金屬液相混合而形成氣孔,從金屬液由澆鑄系統進入型腔的模擬壓鑄過程的研究中,明顯看出澆道中尖銳的轉變位和遞增的澆道截面積,都會使金屬液流出現湍流而卷氣,平穩的金屬液才有利於氣體從澆道和型腔進入溢流槽和排氣槽,排出模外。

對於縮孔:要使壓鑄凝固過程中各個部位儘量同時均勻散熱,同時凝固。可通過合理的水口設計,內澆口厚度及位置,模具設計,模溫控制及冷卻,來避免縮孔產生。

對於晶間腐蝕現象:主要是控制合金原料中有害雜質含量,特別是鉛<0.003%。注意廢料帶來的雜質元素。

對於水紋、冷隔紋,可提高模具溫度,加大內澆口速度,或在冷隔區加大溢流槽,來減少冷隔紋的出現。

對於熱裂紋:壓鑄件厚薄不要急劇變化以減少應力產生;相關的壓鑄工藝參數作調整;降低模溫

電鍍退鍍

鋅鋁壓鑄件是──種以鋅為主要成分的壓鑄零件。這種零件表面有──層很緻密的表層,裡面則是疏散多孔結構,又是活潑的兩性金屬。所以,只有採用適當的前處理方法和電鍍工藝,才能確保鋅合金上的電鍍層有良好的附著力,達到合格品的要求。

電鍍常用的鋅合金材料為ZA4-1,其主要成分為:鋁3.5%~4.5%,銅0.75%~1.25%,鎂0.03%~0.08%,餘量為鋅,雜質總和≤0.2%。而925牌號的鋅合金含銅量高,也易於電鍍。通常,鋅合金的密度為6.4~6.5g/cm,若密度<6.4g/cm,電鍍後易發生起泡和麻點。總之,選材時務必嚴格把關。另外,壓鑄時模具必須設計合理,避免給電鍍帶來難以克服的缺陷(如麻點)

犧牲陽極

鋅合金犧牲陽極按國標GB/T4950-2002《鋅-鋁-鎘合金犧牲陽極》生產,用於管道的陽極同時符合SY/T0019-97《埋地鋼質管道犧牲陽極陰極保護設計規範》。執行標準:GB/T4950-2002SY/T0019-97。鋅合金犧牲陽極適用於海水、淡海水介質中的船舶、機械設備、海洋工程和海港設施以及低電阻率土壤中的管道、電纜等設施金屬防腐蝕的陰極保護。

化學與物理術語(一)

通過對化學和物理的了解,來明白生活中的細節,從而使我們更好的明白一些事物。

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