鋅基合金

　　鋅基合金 　　zinc alloy 　　【概述】 　　鋅基合金—新型軸承合金　　高鋁鋅基合金是新型重力鑄造鋅基合金系列（za8、za12、za27）的代稱，其在1997年被列入國家推薦標準《鑄造鋅基合金》后（標準代號：gb/t1175-1997），以znal27cu2mg即za27-2為代表并衍生的高鋁鋅基合金，作為新型軸承合金已廣泛取代部分巴氏合金和青銅，用來制造各類軸瓦、軸套、滑板、滑塊、蝸輪及傳動螺母等減摩耐磨件。　　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。鋅基合金熔點低，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(fā)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基合金和變形鋅基合金?！　∨c巴氏合金相比 　　除了擁有顯著的性價比優(yōu)勢外，還具有更高的強韌性、更低的比重和更寬的應(yīng)用范圍等特點。 　　與青銅相比　　1．強度、硬度和許用壓力與鋁青銅相當，廣泛超過錫、鉛等青銅，許用速度相近。完全能夠滿足軸瓦等獨立減摩耐磨零件使用條件的需求?！　?．對潤滑油的親和力較強，自潤滑性更好，加上其冶金特性（熔點低，不易與鋼軸發(fā)生冶金結(jié)合），因此使用中抗粘著性強，減摩耐磨特性更加突出?！　?．摩擦系數(shù)低，磨損小，因而使用壽命更長。同等使用條件下，一般在銅瓦的1倍以上，從而降低了配件的采購成本?！　?．熱導(dǎo)率大（zznal27cu2mg λ=125； zcual10fe3λ=59），散熱快，磨面溫升慢且低，對配對摩擦有更好的保護作用。 　　5．材料密度低（zznal27cu2mgρ=5g/cm3），產(chǎn)品質(zhì)量輕（同型號、同規(guī)格質(zhì)量輕1/3），安裝、維護更加容易、方便。 　　6．具有較高阻尼特性，減振抗噪?！　∫弧鴺艘?guī)定的za27-2化學(xué)成分及物理特性： 　　合號 合金代號 合金元素 主要雜質(zhì)含量（不大于）　　zznal27cu2mg za27-2 al cu mg zn fe pb cd sn 其他 　　25.0-28.02.0-2.5 0.01-0.020 其余 0.075 0.006 0.006 0.003 　　mn0.01 　　cr0.01　　ni0.01 　　合號 合金代號 鑄造方法及狀態(tài) 抗拉強度 　　mpa 延伸率 % 布氏硬度 　　hbs　　zznal27cu2mg za27-2 sf 　　st3 　　jf 400 　　310 　　420 3 　　8 　　1 110　　90 　　110 　　注：t3工藝為320℃?3h爐冷。 　　二、高鋁鋅基合金制品的化學(xué)成分及物理特性： 　　合號 合金代號合金元素 主要雜質(zhì)含量 　?。ú淮笥冢?　　al cu mg zn fe pb cd sn 其他 　　zznal27cu1mgza27-1b 25.0-28.0 1.0-2.0 0.01-0.02 其余 0.055 0.006 0.006 0.003mn0.01 　　cr0.01 　　ni0.01 　　zznal27cu2mg za27-2b1 　　za27-2b2　　25.0-30.0 2.0-3.0 0.01-0.02 其余 0.075 0.006 0.006 0.003 mn0.01　　cr0.01 　　ni0.01 　　合號 合金代號 鑄造方法及狀態(tài) 抗拉強度 　　mpa 延伸率 % 布氏硬度 　　hbs　　zznal27cu1mg za27-1b sf 380 10 100 　　jt2 350 14 90 　　jf 400 6 110　　zznal27cu2mg za27-2b1 sf 400 10 100 　　jt1 360 14 90 　　jf 420 6110 　　za27-2b2 sf 420 10 105 　　jt1 380 12 90 　　jf 440 6 120 　　注：t1工藝指穩(wěn)定化熱處理工藝，t2工藝指時效熱處理工藝。 　　節(jié)約成本 優(yōu)勢明顯　　鋅基合金不僅具有優(yōu)越的機械性能，更具有極高的性價比。以鋅代銅，不僅能有效保證提高您的產(chǎn)品性能，同時可使您同種規(guī)格的產(chǎn)品節(jié)省成本40%左右：　　以φ5×74m回轉(zhuǎn)窯托輪軸瓦為例，每套12件，可節(jié)約166700元. 　　高鋁鋅基合金在回轉(zhuǎn)窯上的應(yīng)用 　　使用條件　　適用于低速≤7.1m/s、重載≤300kg/cm2、常溫≤150℃條件下，要求[pv] ≤30。 　　生產(chǎn)能力　　可為10000t/d以下回轉(zhuǎn)窯提供全系列托輪軸瓦、軸套產(chǎn)品，具有年產(chǎn)3000臺套的生產(chǎn)能力。 　　高鋁鋅基合金在回轉(zhuǎn)窯上的應(yīng)用　　軸瓦的刮研與潤滑建議 　　1.刮研建議：　　a.應(yīng)保證軸瓦與球面瓦接觸良好，軸瓦背與球面瓦在配合刮研時，接觸點為25×25mm2上不少于3點，并用涂色法進行檢查。　　b.應(yīng)保證軸瓦與軸頸接觸均勻、連續(xù)。刮研接觸角以30～40度為宜，接觸點為1～2點/cm2。 　　1 　　0 　　publicpower 　　08/09　　c.軸瓦與軸頸的側(cè)隙應(yīng)刮削平順，檢測規(guī)范可參見設(shè)計部門提供的安裝方案。實際中應(yīng)根據(jù)瓦口間隙的大小和儲油槽的深淺、平順刮削至接觸帶，起始處不小于1mm，末端應(yīng)在0.15～0.20之間。　　d.軸瓦刮研端面為10×10mm2上不少于1點。 　　2.潤滑建議　　a.通常情況下，夏季宜采用vg680動力粘度的潤滑油，冬季宜采用vg460動力粘度的潤滑油。同時，使用中也要考慮環(huán)境和地域的差異并高度關(guān)注潤滑油膜的厚度是否滿足潤滑要求?！　.雖然高鋁鋅基合金軸瓦與青銅軸瓦相比對潤滑油的要求更低，但是因為當今設(shè)備的發(fā)展趨勢正向著負荷大、效率高、壽命長的方向發(fā)展，因此我們一定要更新潤滑觀念，為了保證設(shè)備更加安全運行，建議采用高品質(zhì)的含有極壓及耐磨添加劑的潤滑油?！　.高度關(guān)注磨合初期的潤滑情況，加強監(jiān)控與清潔。 　　《中華人民共和國國家標準---鑄造鋅合金》 gb/t 1-03-04發(fā)布 1997-09-01實施)　　本標準首次全面修訂。目前，化組織（iso）尚未制訂鑄造鋅合金標準（僅有一個鋅合金標準iso301-1981,其中僅列出合金錠的化學(xué)成分沒有列出力學(xué)性能）。為促進國際貿(mào)易，技術(shù)和經(jīng)濟交流，同時又能滿足須要，在本版本中引進了德國標準din1743中兩個合號（適用于制造沖壓模具和美術(shù)裝飾品），美國標準astmb791中三個合號（適用于制造減磨、減震和結(jié)構(gòu)件）。上述五個合號在引用時僅采用了它們的化學(xué)成分和力學(xué)性能指標，具體見本標準附錄b?！　”景姹驹谙铝姓鹿?jié)中有所改變： 　　---第3章中給出鋅合金定義、新的牌號和代號；　　---第4.1條中在za9-2合金中將鋁含量上限由11.0%改為10.0%,在za11-5合金中將鋁含量下限由9.0%改為10.0%,取消zznal4和zznal4-0.5兩個壓軸合號；　　---第4.4條中增加試樣澆冒口系統(tǒng) 　　---第4.7條中新增條文； 　　---第5章中新增條文5.1-5.6 　　本標準gb16746-1997《鋅合金鑄件》配套使用。 　　本標準的附錄a是標準的附錄； 　　本標準的附錄b是提示的附錄?！　”緲藴视芍腥A人民共和國機械工業(yè)部提出。 　　本標準由全國鑄造標準化技術(shù)委員會歸口?！　”緲藴势鸩輪挝唬荷蜿栬T造研究所、河南中發(fā)合金制品有限公司（現(xiàn)許昌眾力合金制品有限公司）、阿城市有色金屬鑄造廠、沈陽高壓開關(guān)廠、包頭五二研究所?！　”緲藴手饕鸩萑耍簭堈瘴?、申震濤、李東基、張斌、靳依林 　　【鋅基合金成分及鑄件品質(zhì)】 　　一、鋅基合金的特點 　　1. 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(zhì)元素鉛、鎘、錫超過標準時，導(dǎo)致鑄件老化而發(fā)生變形，表現(xiàn)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?！　°U、錫、鎘在鋅基合金中溶解度很小，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(zhì)）存在的條件下，促成晶間電化學(xué)腐蝕。壓鑄件因晶間腐蝕而老化?！　?. 時效作用　　鋅基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(jīng)過一定時間之后，這種過飽和現(xiàn)象會逐漸解除，而使鑄件地形狀和尺寸略起變化?！　?.鋅基合金壓鑄件不宜在高溫和低溫（0℃以下）的工作環(huán)境下使用。鋅基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?！　D1 時效時間對鋅基合金屈服強度和沖擊韌性的影響 　　圖2 溫度對抗拉強度的影響 　　二、鋅基合金種類 　　zamak 3:良好的流動性和機械性能。 　　應(yīng)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(yīng)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、尺寸精度要求一般的機械零件。 　　za8: 良好的流動性和尺寸穩(wěn)定性，但流動性較差。　　應(yīng)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(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?！　〔煌匿\基合金有不同的物理和機械特性，這樣為壓鑄件設(shè)計提供了選擇的空間。 　　三、鋅基合金的選擇　　選擇哪一種鋅基合金，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(xué)性能，抗拉強度，是材料斷裂時的Zui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。 　?。?） 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。　?。?） 精度要求：能夠達到的精度及尺寸穩(wěn)定性。 　　2. 工藝性能好：（1）鑄造工藝； 　?。?）機械加工工藝性；　　（3）表面處理工藝性。 　　3. 3. 經(jīng)濟性好：原材料的成本與對生產(chǎn)裝備的要求（包括熔煉設(shè)備、壓鑄機、模具等），以及生產(chǎn)成本。　　四、鋅基合金成分控制 　　1. 標準合金成分 　　zamak 2 　　zamak 3 　　zamak 5 　　za8　　superloy 　　acuzinc 5 　　鋁 　　3.8 ~ 4.3 　　3.8 ~ 4.3 　　3.8 ~ 4.3　　8.2 ~ 8.8 　　6.6 ~ 7.2 　　2.8 ~ 3.3 　　銅 　　2.7 ~ 3.3 　　<0.030　　0.7 ~ 1.1 　　0.9 ~ 1.3 　　3.2 ~ 3.8 　　5.0 ~ 6.0 　　鎂 　　0.035 ~ 0.06　　0.035 ~ 0.06 　　0.035 ~ 0.06 　　0.02 ~ 0.035 　　<0.005 　　0.025 ~0.05 　　鐵 　　<0.020 　　<0.020 　　<0.020 　　<0.035　　<0.020 　　<0.075 　　鉛 　　<0.003 　　<0.003 　　<0.003　　<0.005 　　<0.003 　　<0.005 　　鎘 　　<0.003 　　<0.003　　<0.003 　　<0.005 　　<0.003 　　<0.004 　　錫 　　<0.001　　<0.001 　　<0.001 　　<0.001 　　<0.001 　　<0.003 　　鋅　　余量 　　余量 　　余量 　　余量 　　余量 　　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(zhì)元素：鉛、鎘、錫、鐵。 　?。?）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。 　?、诮档弯\對鐵的反應(yīng)能力，減少對鐵質(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度及流動性，流動性好是獲得一個完整、尺寸、表面光滑的鑄件必需的條件?！　′X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Zui大值；在3%時降到Zui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Zui大值；6 %時降到Zui小值。含鋁量超過4.3%，合金變脆。含鋁量低于規(guī)定范圍，導(dǎo)致薄壁件充型困難，有鑄后冷卻破裂的可能。鋁在鋅基合金中不利的影響是產(chǎn)生fe2al3浮渣，造成其含量下降?！　D3 鋁對合金流動性和機械性能的影響 　?。?） 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. 含銅量超過1.25%時，使壓鑄件尺寸和機械強度因時效而發(fā)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。 　　圖4 銅對合金強度的影響 　?。?）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 　　③ 改善合金的抗磨損性能 　　不利：① 含鎂量 >0.08%時，產(chǎn)生熱脆、韌性下降、流動性下降。 　?、?易在合金熔融狀態(tài)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 　?。?）雜質(zhì)元素：鉛、鎘、錫　　使鋅基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，降低機械性能，并引起鑄件尺寸變化?！　‘斾\基合金中雜質(zhì)元素鉛、鎘含量過高，工件剛壓鑄成型時，表面質(zhì)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(xiàn)鼓泡?！　D6 鉛、鎘含量過高造成晶間腐蝕的顯微照片 　?。?）雜質(zhì)元素：鐵 　?、勹F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。 　?、?在壓鑄件中形成硬質(zhì)點，影響后加工和拋光。 　?、墼黾雍辖鸬拇嘈浴！　¤F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(fā)生反應(yīng)，結(jié)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(tài)。兩種溫度變化的一個共同結(jié)果是Zui終造成對鋁元素的消耗，形成更多的浮渣。　　圖7 鐵在鋅基合金中的溶解度隨溫度的變化 　　五、生產(chǎn)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(chǔ)，加上特高純度鋁、鎂、銅配制成的合金錠，供應(yīng)廠有嚴格的成分標準。優(yōu)質(zhì)的鋅基合金料是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件的保證?！　?.采購回來合金錠要保證有清潔、干燥的堆放區(qū)，以避免長時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，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.有條件的壓鑄廠采用集中熔爐熔化鋅基合金，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、細屑應(yīng)單獨熔爐。

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