鑄造鋅合金材料

1、第二篇鑄造鋅合金材料2.1概述2.1.1鋅的存在形式及基本屬性自然界中未曾發(fā)現(xiàn)過自然鋅，鋅往往是以硫化礦物和氧化礦物的形式存在。在硫化礦物中，鋅主要是以閃鋅礦形式存在，而在氧化礦中主要以菱鋅礦和異極礦的形式存在。在現(xiàn)代煉鋅工業(yè)所采用的原料，絕大部分是硫化礦物。同時(shí)，自然界中很少存在單一的鋅礦床，一般多與其他金屬伴生，如鉛鋅礦、銅鋅礦及銅鉛鋅礦等。鋅是一種具有金屬光澤的銀白色金屬。其熔點(diǎn)為419.5℃，沸點(diǎn)為907℃。在未合金化時(shí)，它是一

2、種較軟的金屬，其強(qiáng)度和硬度值要比錫和鉛大，但比鋁和銅要小。鋅是同素異晶型同素異晶型金屬，在低于170℃時(shí)，主要以μ形式存在；在170～330℃范圍以β形式存在；在330～419℃范圍以α形式存在。μ相具有密排六方結(jié)構(gòu)，因此室溫下鋅通常形成六面體晶體，在斷裂面出現(xiàn)結(jié)晶狀。一般講，鋅的晶格常數(shù)a及c分別為0.2665nm和0.4947nm，ca的理論值為1.856。每個(gè)鋅原子周圍有12個(gè)臨位原子，其中6個(gè)原子的間距為0.2665nm，另外6

3、個(gè)為0.2907nm。在六方基面中，原子之間的結(jié)合力要比層間強(qiáng)。這就是鋅各向異性的根源所在。鋅晶體學(xué)的另一個(gè)很重要的方面是高溫條件下原子在晶格中的易動(dòng)性及純鋅在室溫條件下變形后的再結(jié)晶。假如某些合金元素如鎘、銅等會(huì)形成鋅固溶體，鋅金屬的再結(jié)晶溫度則會(huì)提高。對(duì)純鋅而言，幾乎不發(fā)生加工硬化，因?yàn)樵俳Y(jié)晶會(huì)使加工造成的應(yīng)力得到松弛。由于鋅的恢復(fù)特性及加工硬化程度很小，因此其蠕變抗力或在長(zhǎng)期作用下承受變形的能力較小。這就是鋅不能用作工程材料的原因

4、，但是如果加入某些合金元素如加入某些合金元素如TiTi及CuCu等，蠕變抗力會(huì)增加許多倍等，蠕變抗力會(huì)增加許多倍。2.1.2鑄造鋅合金的優(yōu)缺點(diǎn)鑄造鋅合金的生產(chǎn)歷史較長(zhǎng)，主要適用于壓力鑄造壓力鑄造或重力鑄造重力鑄造，用來澆注汽車、拖拉機(jī)等機(jī)電部門的各種儀表殼體類鑄件或澆注各種起重設(shè)備、機(jī)床、水泵等的軸承，并且近些年來又發(fā)展了高鋁的高強(qiáng)高鋁的高強(qiáng)度高耐磨性的鑄造鋅合金度高耐磨性的鑄造鋅合金。純金屬在鑄造后，可變得相當(dāng)硬（如在水中淬火）。商品

5、鋅因含有雜質(zhì)，因而性脆而硬度高。但在大于100℃溫度下可以變形，能被壓成薄板或拉制成金屬絲。加熱到250℃后，這種鋅又會(huì)變脆，在缽中能研成粉末。所以，鋅的延性與雜質(zhì)和溫度有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，1.5mm厚的純鋅片，在125℃保溫半小時(shí)后，基本可以軟化。由于其蠕變抗力低，因而不能直接用于承載。鋅的延性比銅小，但是比錫大。含有細(xì)晶粒的鋅容易被輥軋。金屬中晶粒大小視冷卻條件不同而定，若熔化溫度較高即超過熔點(diǎn)很多并且冷卻緩金屬中晶粒大小視冷卻條件不同

6、而定，若熔化溫度較高即超過熔點(diǎn)很多并且冷卻緩慢時(shí)，其晶粒會(huì)變得粗大。慢時(shí)，其晶粒會(huì)變得粗大。鋅與其他金屬一樣有加工硬化的特點(diǎn)，在機(jī)械加工硬化后可在低溫狀態(tài)燜火以恢復(fù)其延展性。金屬鋅的臨界剪切應(yīng)力較低臨界剪切應(yīng)力較低，它取決于應(yīng)變率及溫度。單晶鋅在自身重力作用下會(huì)彎曲，其臨界剪切應(yīng)力不超過0.0785MNm2。隨著溫度的升高，鋅的熱導(dǎo)率下降，而比熱容增高。單晶金屬鋅的熱導(dǎo)率比多晶金屬鋅高。熱導(dǎo)率隨晶體方向不同而不同。對(duì)定向凝固的鑄造金屬，

7、由于熱膨脹的各向異性，會(huì)引起變形應(yīng)力。含有雜質(zhì)的金屬鋅的電阻較大。冷軋鋅的電阻比熱軋鋅的電阻要略大一些。鋅的抗磁性隨晶體方向不同而不同。鋅具有電熱性，當(dāng)鋅試樣的兩個(gè)端部置于不同溫度時(shí)，試樣內(nèi)部有電流通過。鑄造鋅合金的缺點(diǎn)是耐蝕性差，在長(zhǎng)期使用過程中，易發(fā)生老化現(xiàn)象。合金的老化使鑄件變脆，性能急劇下降。同時(shí)鑄件發(fā)生變形、膨脹，嚴(yán)重時(shí)可發(fā)生開裂。鋅合金的這種現(xiàn)象通常認(rèn)為主要是晶間腐晶間腐蝕所引起的。鋅合金的老化，大大阻礙了這類合金的廣泛應(yīng)用

8、，因此提高鋅合金的抗老化能力，防止和推遲鋅合金的老化就成了研究、生產(chǎn)這類合金的基本課題。在我國(guó)，鋅是非鐵金屬工業(yè)中重點(diǎn)發(fā)展的主要金屬之一。用鋅合金取代銅合金和鋁合金，在節(jié)約能源和降低原材料成本以及合理使用本國(guó)資源方面具有重要意義。鋅的物理性能由表21所示。表22鑄造鋅合金的牌號(hào)合金牌號(hào)合金代號(hào)相近國(guó)外牌號(hào)（GBT11751997）美國(guó)俄羅斯德國(guó)英國(guó)日本ZZnAl4Cu1MgZA41AG41AЦAM41GDZnAl4Cu1BS1004BZ

9、DC1ZZnAl4Cu3MgZA43GZnAl4Cu3GKZnAl4Cu1ZZnAl6Cu1ZA61GZnAl6Cu1GKZnAl6Cu3ZZnAl8Cu1MgZA81ZA8ЦAM91.5ZZnAl9Cu2MgZA92ZZnAl11Cu1MgZA111ZA11ZZnAl11Cu5MgZA115ЦAM105ZZnAl27Cu2MgZA272ZA272.1.4鑄造鋅合金的分類鋅合金種類很多，分類方法也不盡相同，按習(xí)慣和應(yīng)用方式，大致有三種分

10、類方法。(1)按合金成分分類鋅合金按成分可分為四類鋅合金按成分可分為四類:Zn:Zn一AlAl系、系、ZnZn一CuCu系、系、ZnZn一PbPb系和系和ZnZn一PbPb一AlAl系。ZnZn一AlAl系合金一般含有少量的系合金一般含有少量的CuCu、MgMg以提高強(qiáng)度和改善耐蝕性。以提高強(qiáng)度和改善耐蝕性。Zn―Cu合金一般還含有Ti，也稱Zn一Cu一Ti系合金，該合金是抗蠕變合金，有時(shí)為進(jìn)一步改善抗蠕變性能也加入少量Cr。Zn一Pb

11、系合金一般用做沖制電池殼用，并可制成各種小五金及體育運(yùn)動(dòng)器材等。Zn一Pb一Al系合金用于鍍鋅行業(yè)。近些年有些鍍鋅行業(yè)人員主張取消Al，單純使用Zn一Pb合金。(2)按加工方式分類按加工方式，鋅合金主要分為三類，鑄造合金、變形合金和熱鍍鋅合金鑄造合金、變形合金和熱鍍鋅合金。鑄造合金又分為壓力鑄造合金、重力鑄造合金壓力鑄造合金、重力鑄造合金等。其中，ZnZn一AlAl合金和合金和ZnZn一CuCu一TiTi合金既可直接鑄合金既可直接鑄造，

12、又可進(jìn)行變形加工造，又可進(jìn)行變形加工。Zn一Al合金因其具有超塑性曾引起人們大力關(guān)注。變形鋅合金可分為三類。①軋制鋅合金。鋅合金板、帶、箔都是軋制生產(chǎn)的。這類鋅合金已形成了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。②擠壓鋅合金。該合金的主要用途是替代黃銅。一般情況下擠壓鋅合金的擠壓力比正常生產(chǎn)實(shí)踐中的擠壓黃銅大，所以該合金的發(fā)展受到了一定的限制。③拉拔線、棒的鋅合金。這類合金通過拉拔制成線棒后，主要用作熱噴涂金屬線、焊接用焊料、焊絲，以及制釘、螺絲、網(wǎng)等。變

13、形鋅合金目前使用最廣泛的是ZnCuTi系合金和ZnPb系合金。其中ZnCuTi系合金主要用來替代黃銅，如制做拉鏈、千層鎖、日用五金等。ZnPb系合金主要用于沖制電池殼、焊接電池殼、制做體育運(yùn)動(dòng)器材部件、制做小五金及用于照相制板等。(3)按性能和用途分類抗蠕變鋅合金抗蠕變鋅合金也就是前述也就是前述ZnZn一CuCu一TiTi合金，它可通過變形生產(chǎn)所需要的零件，也可以直接壓鑄制品。合金，它可通過變形生產(chǎn)所需要的零件，也可以直接壓鑄制品。超塑

14、性鋅合金超塑性鋅合金指ZnZn一AlAl二元合金。它在一定的組織條件和變形條件下，能呈現(xiàn)出極高的延伸率。對(duì)二元合金。它在一定的組織條件和變形條件下，能呈現(xiàn)出極高的延伸率。對(duì)于加工一些形狀復(fù)雜的零件，有獨(dú)到之處。于加工一些形狀復(fù)雜的零件，有獨(dú)到之處。該合金在美國(guó)、英國(guó)和日本研究較多，并得到了應(yīng)用。超塑性鋅合金的抗拉強(qiáng)度可以超過銅、鋁合金，甚至達(dá)到或超過軟鋼水平。具有在270℃270℃左右呈現(xiàn)超塑性，極左右呈現(xiàn)超塑性，極易加工成形，同時(shí)還兼

15、有鋅的耐腐蝕、成本低的優(yōu)點(diǎn)。易加工成形，同時(shí)還兼有鋅的耐腐蝕、成本低的優(yōu)點(diǎn)。阻尼鋅合金阻尼鋅合金也叫減震鋅合金，是一種也叫減震鋅合金，是一種ZnZn一AlAl系合金，它可以降低工業(yè)噪聲和減輕機(jī)械震動(dòng)，是一種系合金，它可以降低工業(yè)噪聲和減輕機(jī)械震動(dòng)，是一種有發(fā)展前景的新型結(jié)構(gòu)材料。有發(fā)展前景的新型結(jié)構(gòu)材料。模具鋅合金，該合金在日本、西歐成功地應(yīng)用于汽車制造行業(yè)，日本還制定了該合金的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ZAS(沖壓用鋅合金)。耐磨鋅合金主要用作軸承材料