锌合金成分控制与压铸件质量.doc

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锌合金成分控制与压铸件质量
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: 流动性最佳，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，是材料断裂时的最大抗力；
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、尺寸精确、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 %时达到最大值；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 %达到最大值；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.       有条件的压铸厂最好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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