上海晟算金属材料有限公司锌合金简介

2018-06-11 13:33:47      点击:

1.什么是“锌合金”? 
“锌合金的特点 
1.比重大。 
2.铸造性能好,可以压铸形状复杂、薄壁的精密件,铸件表面光滑。 
3.可进行表面处理:电镀、喷涂、喷漆。 
4.熔化与压铸时不吸铁,不腐蚀压型,不粘模。
5.有很好的常温机械性能和耐磨性。 
6.熔点低,在385℃熔化,容易压铸成型。
使用过程中须注意的问题:
1.抗蚀性差。当合金成分中杂质元素铅、镉、锡超过标准时,导致铸件老化而发生变形,表现为体积胀大,机械性能特别是塑性显著下降,时间长了甚至破裂。 铅、锡、镉在锌合金中溶解度很小,因而集中于晶粒边界而成为阴极,富铝的固溶体成为阳极,在水蒸气(电解质)存在的条件下,促成晶间电化学腐蚀。压铸件因晶间腐蚀而老化。 
2.时效作用 锌合金的组织主要由含Al和Cu的富锌固溶体和含Zn的富Al固溶体所组成,它们的溶解度随温度的下降而降低。但由于压铸件的凝固速度极快,因此到室温时,固溶体的溶解度是大大地饱和了。经过一定时间之后,这种过饱和现象会逐渐解除,而使铸件地形状和尺寸略起变化。
3.锌合金压铸件不宜在高温和低温(0℃以下)的工作环境下使用。锌合金在常温下有较好的机械性能。但在高温下抗拉强度和低温下冲击性能都显著下降。
锌合金种类 
Zamak 3: 良好的流动性和机械性能。应用于对机械强度要求不高的铸件,如玩具、灯具、装饰品、部分电器件。 
Zamak 5: 良好的流动性和好的机械性能。应用于对机械强度有一定要求的铸件,如汽车配件、机电配件、机械零件、电器元件。 
Zamak 2: 用于对机械性能有特殊要求、对硬度要求高、尺寸精度要求一般的机械零件。 
ZA8:良好的流动性和尺寸稳定性,但流动性较差。 应用于压铸尺寸小、精度和机械强度要求很高的工件,如电器件。 
Superloy: 流动性最佳,应用于压铸薄壁、大尺寸、精度高、形状复杂的工件,如电器元件及其盒体。 
不同的锌合金有不同的物理和机械特性,这样为压铸件设计提供了选择的空间。
锌合金的选择
选择哪一种锌合金,主要从三个方面来考虑 
1.压铸件本身的用途,需要满足的使用性能要求。
包括: (1)力学性能,抗拉强度,是材料断裂时的最大抗力;伸长率,是材料脆性和塑性的衡量指标;硬度,是材料表面对硬物压入或摩擦所引起的塑性变形的抗力。 (2)工作环境状态:工作温度、湿度、工件接触的介质和气密性要求。 (3)精度要求:能够达到的精度及尺寸稳定性。 
2.工艺性能好:(1)铸造工艺; (2)机械加工工艺性; (3)表面处理工艺性。 
3. 经济性好:原材料的成本与对生产装备的要求(包括熔炼设备、压铸机、模具等),以及生产成本。 锌合金成分控制 合金中个元素的作用 合金成分中,有效合金元素:铝、铜、镁;有害杂质元素:铅、镉、锡、铁。 
(1)铝 作用:1.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。 2.降低锌对铁的反应能力,减少对铁质材料,如鹅颈、模具、坩埚的侵蚀。 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。 
(2)铜 作用:1.增加合金的硬度和强度; 2.改善合金的抗磨损性能; 3.减少晶间腐蚀。 不利:1. 含铜量超过1.25%时,使压铸件尺寸和机械强度因时效而发生变化; 2. 降低合金的可延伸性。 
(3)镁 作用:1.减少晶间腐蚀 2.细化合金组织,从而增加合金的强度 3.改善合金的抗磨损性能 不利:1.含镁量 > 0.08%时,产生热脆、韧性下降、流动性下降。 2.易在合金熔融状态下氧化损耗。 
(4)杂质元素:铅、镉、锡 使锌合金的晶间腐蚀变成十分敏感,在温、湿环境中加速了本身的晶间腐蚀,降低机械性能,并引起铸件尺寸变化。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后(八周至几个月),表面出现鼓泡。 
(5)杂质元素:铁 
1.铁与铝发生反应形成Al5Fe2金属间化合物,造成铝元素的损耗并形成浮渣。 
2.在压铸件中形成硬质点,影响后加工和抛光。 
3.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,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,结果是造成浮渣量增加。当铁元素不饱和时,合金对锌锅和鹅颈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。 
生产中注意的问题 
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。连续的重熔合金中铝和镁逐渐减少。
4.水口料重熔时,一定要严格控制重熔温度不要超过430℃,以避免铝和镁的损耗。
5.有条件的压铸厂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、细屑应单独熔炉。

 

2.锌合金压铸件常见缺陷处理办法。
由于每一种缺陷的产生原因来自多个不同的影响因素,因此在实际生产中要解决问题,面对众多原因到底是非功过先调机?还是先换料?或先修改模具?建议按难易程度,先简后复杂去处理,其次序: 
1) 清理分型面,清理型腔,清理顶杆;改善涂料、改善喷涂工艺;增大锁模力,增加浇注金属量。这些靠简单操作即可实施的措施。 
2) 调整工艺参数、压射力、压射速度、充型时间、开模时间,浇注温度、模具温度等。
3) 换料,选择质优的铝合金锭,改变新料与回炉料的比例,改进熔炼工艺。
4) 修改模具,修改浇注系统,增加内浇口,增设溢流槽、排气槽等。 
例如压铸件产生飞边的原因有: 
1) 压铸机问题:锁模力调整不对。 
2) 工艺问题:压射速度过高,形成压力冲击峰过高。 
3) 模具问题:变形,分型面上杂物,镶块、滑块有磨损不平齐,模板强度不够。
解决飞边的措施顺序:清理分型面→提高锁模力→调整工艺参数→修复模具磨损部位→提高模具刚度。从易到难,每做一步改进,先检验其效果,不行再进行第二步。 

3.锌合金的熔炼
一、熔炼过程的物理、化学现象 合金熔炼是压铸过程的一个重要环节,熔炼过程不仅是为了获得熔融的金属液,更重要的是得到化学成分符合规定,能使压铸件得到良好的结晶组织以及气体、夹杂物都很小的金属液。在熔炼过程中,金属与气体的相互作用和金属液与坩埚的相互作用使组分发生变化,产生夹杂物和吸气。所以制订正确的熔化工艺规程,并严格执行,是获得高质量铸件的重要保证。
1. 金属与气体的相互作用 在熔炼过程中,遇到的气体有氢(H2)、氧(O2)、水汽(H2O)、氮(N2)、CO2、CO等,这些气体或是溶于金属液中,或是与其发生化学作用。
2. 气体的来源 气体可以从炉气、炉衬、原材料、熔剂、工具等途径进入合金液中。
3. 金属与坩埚的相互作用 当熔炼温度过高时,铁质坩埚与锌液反应加快,坩埚表面发生铁的氧化反应生成Fe2O3等氧化物;此外铁元素还会与锌液反应生成FeZn13化合物(锌渣),溶解在锌液中。铁坩埚壁厚不断减薄直到报废。
二、熔炼温度控制
1. 压铸温度 压铸用的锌合金熔点为382 ~ 386℃,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,压铸机锌锅内金属液温度为415 ~ 430℃,薄壁件、复杂件压铸温度可取上限;厚壁件、简单件可取下限。中央熔炼炉内金属液温度为430 ~ 450℃。进入鹅颈管的金属液温度与锌锅内的温度基本一样。通过控制锌锅金属液温度就能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: ① 铝、镁元素烧损。 ② 金属氧化速度加快,烧损量增加,锌渣增加。 ③ 热膨胀作用会发生卡死锤头现象。 ④ 铸铁坩埚中铁元素熔入合金更多,高温下锌与铁反应加快。会形成铁-铝金属间化合物的硬颗粒,使锤头、鹅颈过度磨损。 ⑤ 燃料消耗相应增加。 温度过低:合金流动性差,不利于成形,影响压铸件表面质量。 图4-1示意温度对流动性的影响。 图4-2示意温度对力学性能的影响,温度越高,铸件结晶粗大而使力学性能降低。 现在的压铸机熔锅或熔炉都配备温度测控系统,日常工作中主要是定时检查以保证测温仪器的准确性,定期用便携式测温器(温度表)实测熔炉实际温度,予以校正。 有经验的压铸工会用肉眼观察熔液,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(图4-3),压铸机熔炉作保温炉,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(图4-4),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 如果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小块合金锭,可减少因加料引起的温度变化幅度。 三、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浮渣。浮渣中含有氧化物和铁、锌、铝金属间化合物,从熔体表面刮下的浮渣中通常含有90%左右的锌合金。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金液与空气中氧原子的接触,从而形成更多的浮渣。 ③ 不要过于频繁的扒渣。当熔融的合金暴露于空气中都会发生氧化,形成浮渣,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(Ф6 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,将刮出的渣盛起,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 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。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100公斤渣,需加入0.5 ~ 1.5公斤助熔剂,先均匀散发在金属液面,随后用搅拌器将其均匀混入熔融金属中(约需2 ~ 4分钟),保温5分钟后,表面产生一层更似泥土类的东西,将其刮掉。
四、水口料、废件重熔 水口料、废料、垃圾位、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。 
五、电镀废料重熔 电镀废料应同无电镀废料分开熔炼,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。 
六、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、熔渣和氧化物等。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℃,彻底去除涂料中水份。 
2. 工具:熔炼工具在使用前应清除表面脏物,与金属接触的部份,必须预热并刷上涂料。工具不能沾有水分,否则引起熔液飞溅及爆炸。
3. 合金料:熔炼前要清理干净并预热,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450℃。
5. 及时清理锌锅中液面上的浮渣,及时补充锌料,保持熔液面正常的高度(不低于坩埚面30 mm),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,拉伤钢呤、锤头和司筒本身,导致卡死锤头、鹅颈和锤头报废。 
6. 熔液上面的浮渣用扒渣耙平静地搅动,使之集聚以便取出。 

4.锌合金种类及其特点
锌合金的特点: 
比重大。 铸造性能好,可以压铸形状复杂、薄壁的精密件,铸件表面光滑。 
可进行表面处理:电镀、喷涂、喷漆。 熔化与压铸时不吸铁,不腐蚀压型,不粘模。 
有很好的常温机械性能和耐磨性。 熔点低,在385℃熔化,容易压铸成型。 使用过程中须注意的问题: (蚀性差) 当合金成分中杂质元素铅、镉、锡超过标准时,导致铸件老化而发生变形,表现为体积胀大,机械性 能特别是塑性显著下降,时间长了甚至破裂。铅、锡、镉在锌合金中溶解度很小,因而集中于晶粒边 界而成为阴极,富铝的固溶体成为阳极,在水蒸气(电解质)存在的条件下,促成晶间电化学腐蚀。 压铸件因晶间腐蚀而老化。 (时效作用) 锌合金的组织主要由含Al和Cu的富锌固溶体和含Zn的富Al固溶体所组成,它们的溶解度随温度的下降 而降低。但由于压铸件的凝固速度极快,因此到室温时,固溶体的溶解度是大大地饱和了。经过一定 时间之后,这种过饱和现象会逐渐解除,而使铸件地形状和尺寸略起变化。 (温度作用) 锌合金压铸件不宜在高温和低温(0℃以下)的工作环境下使用。锌合金在常温下有较好的机械性能。 但在高温下抗拉强度和低温下冲击性能都显著下降。 
合金种类 
mak 3:良好的流动性和机械性能。 应用于对机械强度要求不高的铸件,如玩具、灯具、装饰品、部分电器件。 
Zamak 5: 良好的流动性和好的机械性能。 
Zamak 2: 用于对机械性能有特殊要求、对硬度要求高、尺寸精度要求一般的机械零件。 
ZA8: 良好的流动性和尺寸稳定性,但流动性较差。 应用于压铸尺寸小、精度和机械强度要求很高的工件,如电器件。 流动性最佳,应用于压铸薄壁、大尺寸、精度高、形状复杂的工件,如电器元件及其盒体。 不同的锌合金有不同的物理和机械特性,这样为压铸件设计提供了选择的空间。 
Superloy: 流动性最佳,应用于压铸薄壁、大尺寸、精度高、形状复杂的工件,如电器元件及其盒 体。不同的锌合金有不同的物理和机械特性,这样为压铸件设计提供了选择的空间。 

5.锌合金压铸过程中缺陷产生原因
A;气孔:是在金属液凝固过程中由于气体串入而导致铸件的表面或内部产生的孔洞,这类气泡大多是圆形的。细少的气孔不影响铸件的机械性能,但大颗粒的气泡会大大地降低铸件的抗冲性能,铸件表面气孔在表面处理时会装入水分,喷漆或电镀之后,因孔内的水气澎胀至气泡。
B:收缩孔:是液体在凝固过程中由于体积的缩小而导致在铸件表面或内部产生的孔洞。收缩孔在形状上往往都带有棱角而且外表呈树枝状,铸件表面上或靠近表面内的收缩孔会给后续加工带来问题。同气孔一样,收缩孔会在表面处理时串入液体,喷漆或电镀时产生气泡。
C:晶间腐蚀:是金属晶粒之间的边界内产生的腐蚀。晶间腐蚀开始在铸件表面产生,而后沿着颗粒边界延伸至铸件内部,高温、潮湿的环境会加快晶间腐蚀的危害,晶间腐蚀会使铸件膨胀、变形,严重的葚至开裂、破碎,同时机械性能也变差,晶间腐蚀也可以引起电镀气泡。产生原因是锌合金的铅、镉、锡等杂质元素超标。 
D:水纹:是锌合金凝固过程中,同一表面上两个单独凝固的区域间出现的痕迹。水纹的形成是因为金属熔体在全部充满模形腔之前,由于接触模壁而硬化之后,金属熔流从另一边真充模腔与已经凝固部分接触,后流入的金属液没有足够的能量将已凝固的金属熔化而凝固在其周围。这样,两者之间就形成了水纹。出现较多的水纹的表面可以引起电镀气泡。  
E:夹渣:是指非锌合金成分的颗粒串入锌合金的铸件中。锌合金压铸中最常见的夹杂物是铁铝结合而成的金属间化合物或是金属氧化物,铁铝金属间化合物硬且脆,因此会给加工和抛光造成问题,使铸件表面产生划痕,或脱落形成孔洞,金属氧化物如果在铸件表面,由于其导电性不良,电镀层与铸件部分结合力不强,故可能会引起电镀起泡。以上杂物都会浮于合金液表面,刮渣可以刮掉。应适当降低保温温度。
F:粘模;此种情况是由于压铸锌合金粘在模腔表面的结果,当发生粘模时,可能会同时造成铸件破裂或变形,尺寸误差铸件产生顶针冲痕或铸件内部针孔的问题。一般由于模温过高或过低、模具设计不合理,顶出力不均衡。入水口太小,射速快,射位受伤。脱模剂使用浓度及量及均匀性和种类要改善。啤把锥度不够位等。 

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