锌合金成分控制及应用

1、锌合金成分控制及应用 -参考资料锌的有关知识:锌的化学符号为Zn,原子序数为30,浅蓝白色金属。主要的矿石是闪锌矿(ZnS), 矿石在空气中煨烧成氧化锌，然后用炭还原即得。如将硫化锌在7000c左右焙烧成硫酸锌，以铝为阴极，铅为阳极，使硫酸锌溶液进行电解，在阴极上可得纯度为99.5%的电解锌。在空气中容易氧化，但覆上一层氧化锌即可成为保护膜，用于制镀锌铁(白铁) 、 黄铜及干电池等。锌板密度为7.15-7.3g/cm 3,锌铝合金密度为6.3-6.9 g/cm 3。二、标准合金成分1、锌锭。化学成分见表1。(GB470-83) 表1。名称0号锌1号锌2号锌3号锌4号锌5号锌牌号Zn-0|Zn-

2、1:Zn-2 1Zn-3Zn-4Zn-5 1铅(Pb)0.00310.0050.0200.0500.3001.000 铁(Fe)0.0010.0030.0100.0200.0300.070杂镉(Cd)0.001|0.0020.02010.0200.070.200 1质铜(Cu)0.001|0.0010.0010.0020.0020.005含锡(Sn)-0.0020.002量铝(Al)-0.0050.005< 神(As)-0.0050.010睇(Sb)-0.010.02杂质总和0.00510.0100.0500.1000.5001.31锌(Zn) >99.99599.9999.959

3、9.999.598.72、锌锭的用途：如下，表2名称牌号用途举例0号锌Zn-0高级合金和特殊用途1号锌Zn-1压铸零件、电镀锌、高级氧化锌、医药和化学试剂2号锌Zn-2电池锌片、黄铜、压铸件零件和锌合金3号锌Zn-3锌板、热镀锌和铜合金4号锌Zn-4锌板、热镀锌、氧化锌和锌粉5号锌Zn-5含锌铜铅合金，普通氧化锌和普通铸件3、铸造锌合金锭。化学成分见表3。(GB8738-88) 表3。牌号乙 ZnAlD4AZZnAlD4ZZnAlD4-1AZZnAlD4-1ZZnAlD4-3AZZnAlD4-3主要 成分铝(Al)33.9-4.33.9-4.33.9-4.33.9-4.33.9-4.33.9-

4、4.3铜(Cu)-0.50-1.25 10.50-1.252.50-3.502.50-3.50镁(Mg)0).03-0.06 10.03-0.060.03-0.06 0.03-0.060.03-0.060.03-0.06锌(Zn)工里余量余量余量余量余量杂质 含量铁(Fe)0.030.10.030.10.050.1铅(Pb)0.0030.0050.0030.0050.0030.005镉(Cd)0.0030.0030.0030.0030.0030.003锡(Sn)0.0010.0020.0010.0020.0010.002主要用途压铸较大铸件及仪表、 汽车零件外壳广泛用于压铸零件，用 于复杂形状

5、铸件厂用于压铸各种零件4、铸造锌合金。国际标准成分，见表4 表4。通用牌号2号锌3号锌4号锌5号锌8号锌主要成分铝(Al)3.9-4.23.9-4.23.9-4.213.9-4.2:8.2-8.8铜(Cu)2.7-2.9<0.030.3-0.40.75-1.10.8-1.3镁(Mg)0.035-0.050.04-0.050.04-0.050.04-0.050.02-0.03锌(Zn)余量余量余量:余量r余量杂质含量<铁(Fe)<0.020<0.020<0.020<0.020<0.035铅(Pb)<0.003<0.003<0.003&l

6、t;0.003<0.005镉(Cd)<0.003<0.002<0.002 <0.002<0.005锡(Sn)<0.001<0.001<0.0011<0.001<0.002锲(Ni)<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001硅(Si)<0.02<0.02?<0.02<0.02<0.035钿(In)<0.0005<0.0005<0.0005<0.0005<0.0005铠(Ti)<0.001<0.001<0.0

7、01<0.001<0.001通用牌号锌合金机械特性：表5通用牌号2#3#4#5#ZA-8ZA-12机械特性压铸:压铸压铸压铸1砂铸压铸砂铸压铸极限抗拉强度（MPa）359283317328263374276-317400冲击应力（J）4858616520422529延伸系数（%）7M0771-26-101-34-7布什硬度（HB）1008292918595-11089-10595-115抗剪强度（MPa）317214214-262262-275255296屈服强度(-0.2%,MPa)2831221221-269269200290214317抗疲劳强度（MPa）（旋转弯曲5亿次）5

8、94848-5757-103103117压力屈服强度（-0.1%MPa）641414414-600600199252227269通用牌号锌合金物理性能：表6通用牌号2#3#4#5#ZA-8ZA-12密度(g/cm 3)色.66.66.66.66.3r 6.0熔点（0C）379-390381-387380-386380-386375-404377-432电导率（IACS）252726-272627.728.3热传导率(W/m/hr/ 0C)104.7113.0108.9-113.0108.9114.7116.1热膨胀系数 (100-200 0C,um/mm/C)27.827.427.427.42

9、3.324.2比热(J/kg/ 0C)1418.71418.7418.7418.7435.4F 448.01缩模率（mm/mm）0.0070.0070.0070.0070.00740.0075通用牌号锌合金选择指南：表7通用牌号2#3#4#5#ZA-8ZA-12压铸性能优（E）优（E）优（E）佳（VG）r 佳（VG）沙铸性能良（G）不建议（NR）不建议（NR）良（G）优（E）强度佳(VG):良（G）良（G）佳（VG）优（E）延展性佳(VG)优(E)佳（VG）佳（VG）良（G）抗撞力良（G）优（E）优（E）佳(VG)良（G）抗磨损佳(VG):良（G）良（G）佳（VG）优（E）切削优（E）优(E)

10、优（E）优（E）佳（VG）隐压度优（E）优（E）优（E）佳（VG）优(E)电镀优（E）优(E)优（E）佳（VG）良（G）阳极氧化优（E）优(E)优（E）优（E）优（E）钝化优（E）优(E)优（E）佳（VG）良（G）喷漆优（E）优(E)优（E）优（E）优（E）尺寸稳定性佳(VG)优(E)优（E）佳（VG）佳（VG）防火花优（E）优(E)优（E）优（E）优（E）说明：性能表现排序：优(E) 佳(VG) 良(G) 可(F) 不建议(NR)E=excellent VG=very good G=good F=fair NR=not recommended通用牌号锌合金的用途：表8用途使用合金一般选择其它

11、选择玩具35浴室配件34、5餐桌用具、银器3拉链53、4时装饰物（皮带扣，钮扣）3减压阀3、5吊扇34家居配件（锁、抽屉手把）35电子及电器用品34、5家庭用品53工业配件52、 8、 12运动用口口（图尔夫球杆、鱼杆转盘）52、 8、 12 1汽车配件（锁、支架、座位配件、化油器等）5、82、 3、 12通用牌号锌合金性能说明：1） 3#锌合金：一向是压铸业的首选材料，它最能平衡物理及机械性能的要求。其优 异的铸造性和尺寸稳定性，使超过70%*合金压铸产品均使用3#锌合金。3#锌合金亦 特别适合电镀、喷油及铭化等表面处理。2） 4#锌合金：始于亚洲，铜含量介于 3#与5#之间。4#锌合金比3

12、#更有效减少某些 压铸件的粘模现象，而4#锌合金仍彳持有与3#相当的柔软性。3） 5#锌合金：比3#的硬度和强度更高，但柔软性更低，如铸件需要摺、屈、卷、窝 等变形工序时可能有影响。5#锌合金的特性转变是由于加入了1%勺铜。此合金铸造性优异，对抗蠕变（高温受力时变形）较3#锌合金妤，同样适合电镀、切削加工及一般表面处理。4） 2#锌合金：是各种低铝锌合金中，硬度及强度最高的。它含铜量高（3%却会在老化时令合金的性能有一些改变，这些改变包括尺寸增加（20年后每毫米增长0.0014 毫米），减低延展性及冲击强度。5） 8#锌合金：为重力铸造而发展，但现在却普遍用于高压压铸.它比3#及5#有较高的硬

13、义、强度及抗蠕变(高温受力时变形)。8号亦适合表面处理及其他表面处理， 工序与5#相同。因此当3#t 5#的性能表现未能满足要求时，8#的高强度及抗蠕变是 另一选择。金利锌合金标准成分表(参考值)金利牌号GZ2GZ3GZ4GZ5GZ8主铝(Al)4.14.14.14.18.5要铜(Cu)2.80.0010.40.851.1成镁(Mg)0.0450.0450.0450.0450.025分锌(Zn) 1余量余量余量余量余量铁(Fe)0.0020.002 |0.0020.002|0.002九铅(Pb)0.0020.0020.0020.0020.002 镉(Cd)；0.0010.00110.0010.

14、0011_0.001J 锡(Sn)0.00050.00050.00050.00050.0005二锲(Ni)<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001/硅(Si)0.0050.005厂0.0050.0050.0057，一,钿(In)<0.0005<0.0005<0.0005<0.0005<0.0005铠(Ti)0.00030.00030.00030.00030.00035、压铸锌合金：(GB/T13818-92),推荐标准，合金化学成分见表9 表9。牌号ZZnAl4YZZnAlCu1YZZnAlCu3Y代号YX040Y

15、X041YX043主要成分铝(Al)3.5-4.3P3.5-4.33.5-4.3铜(Cu)<0.250.75-1.252.5-3.0镁(Mg)0.02-0.06F 0.03-0.080.02-0.06锌(Zn)余量余量余量杂 质 含 量铁(Fe)0.10.10.1铅(Pb)0.005r 0.0050.005镉(Cd)0.0040.0040.004锡(Sn)0.0030.0030.003压铸锌合金物理性能：见表10表10。牌号ZZnAl4YZZnAlCu1YZZnAlCu3Y代号:YX040YX041YX043抗拉强度MPa250270320'一2Kgf/mm252732伸长率)L

16、0=50123布什硬度5/250/30809095冲击韧性Ak(J)353942三、合金中各元素的作用合金成分中，有效合金元素有铝、铜、镁；有害杂质元素有铅、镉、锡、铁。(1) 铝作用：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；降低锌对铁的反应能力，减少对铁质的材料，如鹅颈管、模具、地竭的 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 表11。流动性在含铝量5%寸达到最大值；在含铝量 3%寸降到最小值。铝对冲击强度的影响见表 6中虚线。冲击强度

17、在含铝量3.5%寸达至IJ最 大值；在含铝量6%寸降到最小值。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FeAl3浮渣，造成其含铝量下降。,流.动性神击强度铝含fit卡/%表11铝对合金流动性和机械性能的影响(2) 铜作用：增加合金的硬度和强度；改善合金的抗磨损性能；减少品间腐蚀。不利：含铜量1.25%寸，使压铸件尺寸和机械强度因时效而发生变化，即压铸后 一度收缩，继而转向膨胀；降低合金的可延伸性。铜含量对合金强度的影响见 表12。表12铜含量对合金强度的影响(3) 镁作用：减少晶间腐蚀；细化合金组织，从而增加合金

18、的强度；改善使合金的 抗磨损性能。不利：含镁量0.08%寸，产生热脆、韧性下降、流动性下降；易在合金熔融状 态下氧化损耗。镁对合金流动性的影响见 表131015-表13镁对合金流动性的影响(4) 杂质元素：铅、镉、锡铅、镉、锡使锌合金的晶间的腐蚀变成十分敏感，在温、湿环境中加速了本身的品 间腐蚀，降低机械性能，并引起铸件尺寸变化。表14所示为被品间腐蚀的基体组织,表14铅、镉含量过高造成晶间腐蚀的显微照片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（几周至几个月）后，表面出现鼓泡。也有的锌合金产品放谿一 段时间后，掉到地下就破碎，就是由于铅、锡

19、、镉等杂质含量超过标准，引起品间腐蚀 而失效。（5）杂质元素：铁 铁与铝发生反应形成Al 5Fe金属间化合物，造成铝元素的损耗并形成浮渣； 在压铸件中形成硬质点，影响后加工和抛光；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，见表15所示。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，结果造成浮渣量增加。当铁元素不饱和时， 合金对锌锅和鹅颈管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。0.0 0.009 0.0080.007J

20、0.006 0.0050.004 0.003 0.002表15铁在锌合金中的溶解度随温度的变化四、合金成分在生产中的控制问题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。连续的重熔会使合金中铝和镁逐渐减少。4）水口料

21、重熔时，一定要严格控制重熔温度不要超过 430C ,以避免铝和镁的损耗。5）有条件时，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、细屑应单独熔炼。五、熔炉温度控制1、压铸温度压铸用的锌合金熔点为382-3860C,合适的温度控制是锌合金成分控制的一个重要因 素。为保证合金液良好的流动性充填型腔，压铸金锌锅内金属液温度为415-4300C,薄壁件、复杂件压铸温度可取上限，厚壁件、复杂件压铸温度可取下限。进入鹅颈壶的金 属液温度与锌锅内的温度基本一致。中央熔炼炉内的金属液温度为430-450°。通过控制锌锅内的温度就能

22、对浇注温度进行准确的控制，并做到：1）金属液为不含氧化物的干净液体2）浇注温度不波动温度过高的害处有：1）铝、镁元素烧损。2）金属氧化速度加快，烧损时增加，锌渣增加。3）热膨胀作用会发生卡死锤头故障。4）铸铁培竭中铁元素熔入合金更多，高温下锌与铁反应加快。会形成铁一铝金属 间化合物的三角颗粒，使锤头、鹅颈壶过度磨损。5）燃料消耗相应增加。温度过底：合金流动性差，不利于成形，影响压铸件表面质量。表16所示为温度对流动性的影响。表17所示为温度对力学性能的影响，温度越高, 铸件结晶越粗大，而使力学性能降低。50090350250300挠注温度门七£后才越招W过 一 o O 6 3 (年工

23、50鲤津花生375400425表17 3#锌合金浇注温度对力学性能的影响压铸工可以根据经验，用肉眼观察熔液。若刮渣后觉得熔液不太粘稠，也较清亮， 起渣不是很快，说明温度合适；熔液过于粘稠，则说明温度偏低；刮渣后液面很快泛出 一层白霜，起渣过快，说明温度偏高，应及时调整。2、如何保持温度的稳定1)最佳方法之一：采用中央熔炼炉，压铸机熔炉保温炉，从而避免在锌锅中直接 加锌锭熔化时造成大幅度温度变化。集中熔炼能保证合金成分稳定。2)最佳方法之二：采用先进的金属液自动送料系统，能够保持稳定的供料速度、 合金液的温度及锌锅液面高度。3)目前生产条件是在锌锅中直接加料，建议将一次加入整条合金锭改为多次加入

24、 小块合金锭，可减少因加料引起的温度变化幅度。五、锌渣的产生及控制通过熔炼，合金从固态变为液态，这是一个复杂的物理、化学过程。气体与熔融金 属发生化学反应，其中氧的反应最为强烈，合金表面被氧化而产生一定量的锌渣。锌渣 中含有氧化物和铁、锌、铝金属间化合物，从熔体表面刮下的锌渣中通常含有90流右的锌合金。锌渣形成的反应速度随熔炼温度上升成指数增加。正常情况下，原始锌合金锭的产渣量低于 1%在0.3% -0.5%范围内；而重熔水口、 废工件等产渣量通常在2% -5%之间。1、 锌渣量的控制1) 严格控制熔炼温度，温度越高，锌渣越多。2) 尽可能避免锌锅中合金液的搅动，任何方式的搅动都会导致更多的合

25、金液与空气中氧原子的接触，从而形成更多的锌渣。3) 不要过于频繁的扒渣。当熔融的合金暴露于空气中时，都会发生氧化，形成锌渣。保留炉面一层薄的浮渣有利于锅中液体不进一步氧化。4) 扒渣时，使用一个多孔(份mm盘形扒渣耙，轻轻从浮渣下面刮过，尽可能避免合金液搅动，将刮出渣盛起，扒渣耙在锌锅边轻轻磕打，使金属液流回锌锅中。2、 锌渣的处理1) 将锌渣卖回原料供应商或专门处理厂，因为自行处理可能成本更高。2) 压铸厂自行处理锌渣。需要有单独的熔炉，锌渣重熔温度在420 - 440范围内。同时加入助熔剂。熔炼100kg 渣，需加入0.5 -1.5kg 助熔剂，先均匀散发在金属液面，随后用搅拌器将其均匀混

26、入熔融金属中( 约需 2 - 4min) ，保温 5min 后，表面产生一层更似泥土类的东西，再将其刮掉。建议一般不要自己处理锌渣，原因一：熔炼锌渣，产生烟尘厉害，环保设备投入大，成本高，得不偿失。原因二：当熔炼工艺、操作不规范时，易造成合金料质量不保证，压铸出来的铸件缺陷多，生产成本更高。六、水口料、废件重熔与使用水口料、废料、溢流槽，报废工件等，不宜直接放入压铸机锌锅内重熔。原因是这些水口料表面在压铸成形过程中发生氧化，其氧化锌的含量远远超过原始合金锭，当这些水口料在锌锅中重熔时，由于氧化锌在高温条件下呈粘稠状态，将其从锌锅取出时，会带走大量的合金成分。把水口料等另外重熔，是为了将氧化锌和

27、液体合金中有效成份分离开，熔炼中须加入一些溶剂，铸成锭后使用。七、电镀废料重熔电镀废料应同无电镀的废料分开熔炼，因为电镀废料中含铜、镍、铬等金属是不溶于锌的，留在锌合金中会以坚硬的颗粒物存在，带来抛光和机加工的困难。电镀废料重熔中注意将镀层物质与锌合金溶液分开。工作程序：1) 坩埚内先装有一定量的锌合金液，然后在锌合金液上面先撒上一层锌合金灰渣，作用是利用灰渣的浮力，托起加入的电镀废料，使电镀废不能与锌合金液接触。加入电镀废料时，注意加入量。2) 当电镀废料受热分解时，低熔点的锌合金熔化后到灰渣下面的锌液中，而熔点高的电镀层废物仍然留在灰渣上面。3) 捞出灰渣时，一定要注意操作，用扒渣耙轻轻拨

28、开一些灰渣，斜切入，从灰渣底部向上捞出电镀层废物及灰渣，不能有任何搅动，以免电镀层废物落入锌合金液中。4) 把锌合金液表面灰渣刮干净后，再看是否需要加精炼剂处理。八、熔炼操作中注意事项1) 坩埚：使用前必须进行清理，去除表面的油污、铁锈、熔渣的氧化物等。为防止铸铁坩埚中铁元素溶解于合金中，坩埚应预热到150 -200 ，在工作表面上喷一层涂料，再加热到200-300 C,彻底去除涂料中水分，涂料要涂二层，涂料成分：滑石粉+6咻玻璃；石英粉+水玻璃。2) 工具：熔炼工具在使用前应清除表面脏物，与金属接触的部分，必须预热并刷上涂料。工具不能沾有水分，否则引起溶液飞溅及爆炸。3) 合金料：熔炼前要清

29、理干净并预热，去除表面吸附的水分。为了控制合金成分，建议采用2/3 的新料与1/3 的回炉料搭配使用。4) 熔炼温度绝对不能超过440，超过440时，对铁坩埚、工具腐蚀大。5) 及时清理锌锅中液面上的浮渣，及时补充锌料，保持溶液面正常的高度(不低于培竭面30mm因为过多的浮渣和过低的液面都容易造成料渣进入鹅颈司筒，拉伤钢环、锤头和司筒本身，导致卡死锤头、鹅颈司筒和锤头报废。6) 用扒渣耙平静地搅动熔液上面的浮渣，使之集聚以便取出。第 9 页 共 11 页九、本厂锌合金材料说明1、本厂锌合金压铸件图纸上标注为 ZZnAlD4A,其对应国际标准牌号为3#锌合金.目 前本厂一直实际使用牌号为 ZZn

30、AlD4-1A,其对应国际标准牌号为5#锌合金。2、本厂使用锌锭自行配制压铸用锌合金时，标准配比成分为:对应通用牌号3号锌5号锌对应铸造锌合金锭牌号ZZnAlD4AZZnAlD4-1A标准值允许值标准值允许值以前实际使用值铝(Al)4.13.9-4.24.13.9-4.23.9-4.3 |铜(Cu)0.001<0.030.85 0.75-1.1 0.80镁(Mg)0.0450.04-0.050.0450.04-0.050.030 号锌(Zn-0)余量余量余量|余量|余量说明：1)在自配压铸用锌合金料时，必须使用高纯度锌合金0号锌2)以前自配5#锌合金料时，铜料使用白是铜包铝(外层铜 20%中间铝80%在保证铜用量的前提下，铝余量用铝皮补足用量。3、原始锌锭及水口料名称说明：1) 一次锌：指自配锌料熔好后的锌锭或直接从外厂买回可直接用于压铸的原始 锌锭。2) 二次锌：一次锌使用后从产品上摘下的水口料，如浇道料，排渣料等。重熔 后成为二次锌。3) 三次锌：二次锌使用后从产品上摘下的水口料，如浇道料，排渣料等。重熔 后成为三次锌。如此种