耐磨鋅合金

中文名稱

耐磨鋅合金

英文名稱

wear-resistant zinc alloy

定　　義

具有良好耐磨性能的鋅基合金。主要是Zn-Al-Cu系合金。多用來做轉(zhuǎn)速慢的承載軸承，如軋機(jī)軸承用。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級(jí)學(xué)科），金屬材料（二級(jí)學(xué)科），有色金屬材料（三級(jí)學(xué)科），低熔點(diǎn)金屬及其合金（四級(jí)學(xué)科）

鋅合金特點(diǎn)

1. 相對(duì)比重大。

2.鑄造性能好，可以壓鑄形狀復(fù)雜、薄壁的精密件，鑄件表面光滑。

3. 可進(jìn)行表面處理：電鍍、噴涂、噴漆、拋光、研磨等。

4. 熔化與壓鑄時(shí)不吸鐵，不腐蝕壓型，不粘模。

5. 有很好的常溫機(jī)械性能和耐磨性。

6. 熔點(diǎn)低，在385℃熔化，容易壓鑄成型。

鋅合金種類

傳統(tǒng)的壓鑄鋅合金有2、3、4、5、7號(hào)合金，應(yīng)用最廣泛的是3號(hào)鋅合金。七十年代發(fā)展了高鋁鋅基合金ZA-8、ZA-12、ZA-27。

Zamak 3: 良好的流動(dòng)性和機(jī)械性能。

應(yīng)用于對(duì)機(jī)械強(qiáng)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(dòng)性和好的機(jī)械性能。

應(yīng)用于對(duì)機(jī)械強(qiáng)度有一定要求的鑄件，如汽車配件、機(jī)電配件、機(jī)械零件、電器元件。

Zamak 2: 用于對(duì)機(jī)械性能有特殊要求、對(duì)硬度要求高、耐磨性好、尺寸精度要求一般的機(jī)械零件。

ZA8: 具有良好的沖擊強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，但流動(dòng)性較差。

應(yīng)用于壓鑄尺寸小、精度和機(jī)械強(qiáng)度要求很高的工件，如電器件。

Superloy: 流動(dòng)性最佳，應(yīng)用于壓鑄薄壁、大尺寸、精度高、形狀復(fù)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(jī)械特性，這樣為壓鑄件設(shè)計(jì)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(chǎn)量遠(yuǎn)大于變形合金。

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(yè)中應(yīng)用以后，產(chǎn)量劇增，在鋅的消耗總量中，約有25%用來生產(chǎn)這種合金。先進(jìn)適用技術(shù)在不斷采用，發(fā)展較快。最常用的合金系為Zn-Al-Cu-Mg系。 某些雜質(zhì)明顯影響壓鑄鋅合金的性能。因此對(duì)鐵、鉛、鎘、錫等雜質(zhì)的含量限制極嚴(yán)，其上限分別為0.005%、0.004%、0.003%、0.02%，所以壓鑄鋅合金應(yīng)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(qiáng)度高，鑄造性能好，冷卻速度對(duì)力學(xué)性能無明顯影響，殘、廢料可循環(huán)使用，澆口簡(jiǎn)單，對(duì)過熱和重熔不敏感，收縮率小，氣孔少，能電鍍，可用常規(guī)方法精整。

變形鋅合金工業(yè)上應(yīng)用的變形鋅合金除了傳統(tǒng)品種外，出現(xiàn)了Zn-Cu-0.1Ti和 Zn-22Al合金。前一種合金經(jīng)軋制后，由于有TiZn15金屬間化合物彌散質(zhì)點(diǎn)沿軋向排列成行，可阻礙晶界移動(dòng)。

鋅合金選擇

選擇哪一種鋅合金，主要從三個(gè)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(xué)性能，抗拉強(qiáng)度，是材料斷裂時(shí)的最大抗力；

伸長(zhǎng)率，是材料脆性和塑性的衡量指標(biāo)；

硬度，是材料表面對(duì)硬物壓入或摩擦所引起的塑性變形的抗力。

（2） 工作環(huán)境狀態(tài)：工作溫度、濕度、工件接觸的介質(zhì)和氣密性要求。

（3） 精度要求：能夠達(dá)到的精度及尺寸穩(wěn)定性。

2.工藝性能好：

（1）鑄造工藝；

（2）機(jī)械加工工藝性；

（3）表面處理工藝性。

3. 經(jīng)濟(jì)性好：原材料的成本與對(duì)生產(chǎn)裝備的要求（包括熔煉設(shè)備、壓鑄機(jī)、模具等），以及生產(chǎn)成本。

鋅合金成分

2. 合金中個(gè)元素的作用

合金成分中，有效合金元素：鋁、銅、鎂；有害雜質(zhì)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(dòng)性，細(xì)化晶粒，引起固溶強(qiáng)化，提高機(jī)械性能。

② 降低鋅對(duì)鐵的反應(yīng)能力，減少對(duì)鐵質(zhì)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(qiáng)度及流動(dòng)性，流動(dòng)性好是獲得一個(gè)完整、尺寸精確、表面光滑的鑄件必需的條件。

（2） 銅

作用：

1. 增加合金的硬度和強(qiáng)度；

2. 改善合金的抗磨損性能；

3. 減少晶間腐蝕。

不利：

1. 含銅量超過1.25%時(shí)，使壓鑄件尺寸和機(jī)械強(qiáng)度因時(shí)效而發(fā)生變化；

2. 降低合金的可延伸性。

作用：

① 減少晶間腐蝕

② 細(xì)化合金組織，從而增加合金的強(qiáng)度

③ 改善合金的抗磨損性能

不利：

① 含鎂量 > 0.08%時(shí)，產(chǎn)生熱脆、韌性下降、流動(dòng)性下降。

② 易在合金熔融狀態(tài)下氧化損耗。

（3）雜質(zhì)元素：鉛、鎘、錫

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

當(dāng)鋅合金中雜質(zhì)元素鉛、鎘含量過高，工件剛壓鑄成型時(shí)，表面質(zhì)量一切正常，但在室溫下存放一段時(shí)間后（八周至幾個(gè)月），表面出現(xiàn)鼓泡。

（4）雜質(zhì)元素：鐵

① 鐵與鋁發(fā)生反應(yīng)形成Al₅Fe₂金屬間化合物，造成鋁元素的損耗并形成浮渣。

② 在壓鑄件中形成硬質(zhì)點(diǎn)，影響后加工和拋光。

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(nèi)鋅液溫度變化都將導(dǎo)致鐵元素過飽和（當(dāng)溫度下降時(shí)），或不飽和（當(dāng)溫度上升時(shí)）。當(dāng)鐵元素過飽和時(shí)，處于過飽和的鐵將與合金中鋁發(fā)生反應(yīng)，結(jié)果是造成浮渣量增加。當(dāng)鐵元素不飽和時(shí)，合金對(duì)鋅鍋和鵝頸材料的腐蝕將會(huì)增強(qiáng)，以回到飽和狀態(tài)。兩種溫度變化的一個(gè)共同結(jié)果是最終造成對(duì)鋁元素的消耗，形成更多的浮渣。

鋅合金生產(chǎn)注意

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(chǔ)，加上特高純度鋁、鎂、銅配制成的合金錠，供應(yīng)廠有嚴(yán)格的成分標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)質(zhì)的鋅合金料是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)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(qū)，以避免長(zhǎng)時(shí)間暴露在潮濕中而出現(xiàn)白銹，或被工廠臟物污染而增加渣的產(chǎn)生，也增加金屬損耗。清潔的工廠環(huán)境對(duì)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(xù)的重熔合金中鋁和鎂逐漸減少。

4. 水口料重熔時(shí)，一定要嚴(yán)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(wěn)定。電鍍廢品、細(xì)屑應(yīng)單獨(dú)熔爐。

目前工業(yè)生產(chǎn)用鑄造鋅合金各國(guó)均形成了自己的標(biāo)準(zhǔn)，比較規(guī)范化。鑄造鋅合金錠主要用于鑄造廠生產(chǎn)鑄造件，重力鑄造件和熱鍍鋅件。