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基本信息
| 外文名 | zinc-base alloy |
| 特點 | 熔點低，流動性好等 |
| 應(yīng)用 | 印制電路板 、電池陰極等 |
| 定義 | 鋅基合金是以鋅為基加入其他元素組成的合金 |
| 學(xué)科 | 冶金學(xué) |
基本介紹
鋅基合金
zinc alloy
【概述】
鋅基合金—新型軸承合金
鋅基合金
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(biāo)準(zhǔn)《鑄造鋅基合金》后（標(biāo)準(zhǔn)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。
與巴氏合金相比
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
3．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。
6．具有較高阻尼特性，減震抗噪。
一、國標(biāo)規(guī)定的ZA27-2化學(xué)成分及物理特性：
合金牌號 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
25.0-28.0 2.0-2.5 0.01-0.020 其余 0.075 0.006 0.006 0.003
Mn0.01
Cr0.01
Ni0.01
合金牌號 合金代號 鑄造方法及狀態(tài) 抗拉強度
MPa 延伸率 % 布氏硬度
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：
合金牌號 合金代號 合金元素 主要雜質(zhì)含量
（不大于）
Al Cu Mg Zn Fe Pb Cd Sn 其他
ZZnAl27Cu1Mg ZA27-1B 25.0-28.0 1.0-2.0 0.01-0.02 其余 0.055 0.006 0.006 0.003 Mn0.01
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
合金牌號 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 6 110
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
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
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
PUBLIC POWER
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
b.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(dāng)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。
c.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(biāo)準(zhǔn)---鑄造鋅合金》 GB/T 1175-1997 (1997-03-04發(fā)布 1997-09-01實施)
本標(biāo)準(zhǔn)首次全面修訂。目前，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）尚未制訂鑄造鋅合金標(biāo)準(zhǔn)（僅有一個鋅合金標(biāo)準(zhǔn)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，同時又能滿足國內(nèi)市場須要，在本版本中引進了德國標(biāo)準(zhǔn)DIN1743中兩個合金牌號（適用于制造沖壓模具和美術(shù)裝飾品），美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM B791中三個合金牌號（適用于制造減磨、減震和結(jié)構(gòu)件）。上述五個合金牌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(biāo)，具體見本標(biāo)準(zhǔn)附錄B。
本版本在下列章節(jié)中有所改變：
---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ZA 11-5合金中將鋁含量下限由9.0%改為10.0%,取消ZZnAl4和ZZnAl4-0.5兩個壓軸合金牌號；
---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(biāo)準(zhǔn)GB 16746-1997《鋅合金鑄件》配套使用。
本標(biāo)準(zhǔn)的附錄A是標(biāo)準(zhǔn)的附錄；
本標(biāo)準(zhǔn)的附錄B是提示的附錄。
本標(biāo)準(zhǔn)由中華人民共和國機械工業(yè)部提出。
本標(biāo)準(zhǔn)由全國鑄造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會歸口。
本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：張照文、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(dāng)合金成分中雜質(zhì)元素鉛、鎘、錫超過標(biāo)準(zhǔn)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。
2. 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。
3. 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。
圖1 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，是材料斷裂時的最大抗力；
伸長率，是材料脆性和塑性的衡量指標(biāo)；
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(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：能夠達到的精度及尺寸穩(wěn)定性。
2. 工藝性能好：（1）鑄造工藝；
（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(biāo)準(zhǔn)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。
（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。
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。
圖3 鋁對合金流動性和機械性能的影響
（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
（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
② 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
（4）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。
當(dāng)鋅基合金中雜質(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。
圖6 鉛、鎘含量過高造成晶間腐蝕的顯微照片
（5）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，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），或不飽和（當(dāng)溫度上升時）。當(dāng)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(dāng)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)果是最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(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)質(zhì)的鋅基合金料是生產(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。
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