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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 |
| 學科 | 冶金學 |
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。
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、國標規(guī)定的ZA27-2化學成分及物理特性：
合金牌號 合金代號 合金元素 主要雜質含量（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成分及物理特性：
合金牌號 合金代號 合金元素 主要雜質含量
（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品性能，同時可使您同種規(guī)格的產品節(jié)省成本40%左右：
以Φ5×74m回轉窯托輪軸瓦為例，每套12件，可節(jié)約166700元.
高鋁鋅基合金在回轉窯上的應用
使用條件
生產能力
可為10000t/d以下回轉窯提供全系列托輪軸瓦、軸套產品，具有年產3000臺套的生產能力。
高鋁鋅基合金在回轉窯上的應用
1.刮研建議：
a.應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.軸瓦與軸頸的側隙應刮削平順，檢測規(guī)范可參見設計部門提供的安裝方案。實際中應根據(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，但是因為當今設備的發(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，為了保證設備更加安全運行，建議采用高品質的含有極壓及耐磨添加劑的潤滑油。
c.高度關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 1175-1997 (1997-03-04發(fā)布 1997-09-01實施)
本標準首次全面修訂。目前，國際標準化組織（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成分沒有列出力學性能）。為促進國際貿易，技術和經(jīng)濟交流，同時又能滿足國內市場須要，在本版本中引進了德國標準DIN1743中兩個合金牌號（適用于制造沖壓模具和美術裝飾品），美國標準ASTM B791中三個合金牌號（適用于制造減磨、減震和結構件）。上述五個合金牌號在引用時僅采用了它們的化學成分和力學性能指標，具體見本標準附錄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
本標準GB 16746-1997《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。
本標準由中華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委員會歸口。
本標準主要起草人：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】
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。當合金成分中雜質元素鉛、鎘、錫超過標準時，導致鑄件老化而發(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，應用于壓鑄薄壁、大尺寸、精度高、形狀復雜的工件，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；
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裝備的要求（包括熔煉設備、壓鑄機、模具等），以及生產成本。
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。
當鋅基合金中雜質元素鉛、鎘含量過高，工件剛壓鑄成型時，表面質量一切正常，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）雜質元素：鐵
① 鐵與鋁發(fā)生反應形成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，每一次爐內鋅液溫度變化都將導致鐵元素過飽和（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，結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，加上特高純度鋁、鎂、銅配制成的合金錠，供應廠有嚴格的成分標準。優(yōu)質的鋅基合金料是生產優(yōu)質鑄件的保證。
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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作者
