Цинковые сплавы

Цинк имеет fnл = 419 °С, fKип = 907 °С, плотность при комнатной температуре 7,14 г/см3, гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку и не испытывает аллотропических превращений. В литом состоянии у чистого цинка низкие прочностные (Ϭв = 20 . . . 70 МПа) и пластические свойства (Ϭ = 0,3... 0,5 %).

Чистый цинк используют в основном в виде деформированных полуфабрикатов (листов, полос, плит) в полиграфической и электротехнической областях промышленности. Основную массу листов применяют для изготовления малогабаритных источников тока; значительное количество цинка расходуют на изготовление типографских клише и приготовление различных сплавов. Цинк имеет хорошую коррозионную стойкость в атмосферных условиях и в пресной воде, поэтому его широко используют для защитных покрытий кровельного железа и изделий из него (баки, ведра).                                                                                                      

В нагретом состоянии (при 150°С и более) цинк хорошо воспринимает пластическую деформацию, склонность к которой ухудшается в присутствии сотых долей процента примеси олова. Образуя с цинком легкоплавкую эвтектику (19В °С), олово сообщает ему красноломкость, делая невозможной обработку давлением при повышенных температурах. При одновременном содержании примесей олова и свинца образуется еще более легкоплавкая (150 °С) тройная эвтектика (Zn- Sn-Pb).

Свинец, как и олово, практически нерастворим в твердом цинке. При быстром охлаждении сплава цинка со свинцом удается получить равномерное распределение свинца по границам зерен. Ввиду большого различия электропотенциалов свинец увеличивает склонность цинка к коррозии, ускоряет растворимость его в кислотах. Это свойство свинца используют при изготовлении типографских клише из сплава цинка с 1 % свинца.

Примесь железа повышает твердость цинка и задерживает его рекристаллизацию. При содержании железа более 0,001 % образуется хрупкая твердая фаза FeZn, при 0,2 % железа цинк нельзя подвергать прокатке.

Впервые цинковые сплавы для ЛПД применяли в 60-х годах прошлого столетия; тогда они содержали повышенное количество Sn, имели низкую температуру плавления, легко отливались и хорошо заполняли форму, но были недостаточно прочны. Со временем их качества улучшались и в настоящее время цинковые сплавы широко применяют для литья под давлением благодаря хорошим литейным' свойствам, позволяющим получать сложные отливки со стенками толщиной до 0,35 мм. Кроме того, цинковые сплавы не взаимодействуют с пресс- формой и с деталями камеры прессования, что позволяет применять автоматические машины с горячей камерой. Низкая температура плавления (380-385 °С) этих сплавов и возможность литья при невысоких давлениях (15...25МПа) обеспечивают высокую стойкость пресс- форм - до 500000 и даже до 1 млн. циклов. Также существенным преимуществом сплавов на основе цинка является возможность нанесения декоративных и упрочняющих покрытий без предварительной отделки поверхности отливок. Выпуск литья под давлением из цинковых сплавов в разных странах колеблется от 50 до 70 % общего выпуска отливок,получаемых этим способом.

В табл.6 и 7 приведены химический состав, физико-механические и технологические свойства цинковых сплавов, применяемых для литья под давлением.

Таблица 6. Химический состав цинковых сплавов для литья под давлением

Цинковые сплавы

Эти сплавы имеют хорошую жидкотекучесть, что при литье под давлением позволяет получать тонкостенные (до 0,5 мм) отливки, не требующие дополнительной обработки поверхности. Они хорошо полируются и легко воспринимают защитные покрытия. Отливки из сплавов ЦАМ Широко используют в автомобильной и тракторной промышленности, в бытовой технике, в электротехнике, в качестве заменителей оловянных бронз при изготовлении подшипников, работающих на малых скоростях и удельном давлении до 20 МПа. В автотракторостроении из сплавов ЦАМ отливают корпуса карбюраторов и магнето, бензонасосы и другие детали. В приборостроении из этих сплавов изготавливают детали счетных и пишущих машин, телефонных и телеграфных аппаратов и радиоприемников.

Отливки из сплава типа ZnAI4 (ЦАМ4) отличаются высокой точностью и стабильностью размеров. Сплав типа ZnAMCul (ЦАМ4-1) обладает более высокими механическими свойствами, чем сплав ZnA14, но стабильность размеров изготовленных из него отливок ниже.

Компоненты, добавляемые в цинковые сплавы, влияют на структуру и свойства литого металла следующим образом.

Цинковые сплавы

Алюминий является практически единственным элементом, препятствующим химическому взаимодействию цинка со сталью. Алюминий измельчает зерно, повышает прочность и жидкотекучесть, а также уменьшает окисллемость сплава. Жидкотекучесть и механические свойства двойного цинково-алюминиевого сплава эвтектического состава достигают максимума при содержании 4-5 %А1. Дальнейшее увеличение содержания алюминия не улучшает механических свойств.

Медь повышает прочность, износостойкость и жидкотекучесть цинковых сплавов, но вызывает фазовые превращения в процессе старения, приводящие к изменению размеров отливок (рис.2). В цинковые сплавы рекомендуется добавлять не более 1 % Си. При дальнейшем повышении содержания меди начинает уменьшаться ударная вязкость. Алюминий и медь растворяются в цинке в очень малых количествах. В цинке при эвтектической температуре растворяется 1 % AI, а при комнатной температуре - 0,1 %. Растворимость меди при комнатной температуре составляет 0,2 %.

Структура сплава типа ZnAl4Cu1 состоит из кристаллов твердого раствора л-фазы белого цвета, двойной (ŋ+ β) и тройной (ŋ +  β + е) эвтектик . (рис.З). Богатая цинком ŋ-фаза образуется по перитекти-

Цинковые сплавы

ческой реакции при 423,5 °С. При 377 °С выпадает тройная эвтектика (ŋ + β + ε состоящая из 89,1 % Zn, 7,05 % AI и 3,85 % Си.

Магний вводят в сплав главным образом для повышения стойкости против межкристаллитной коррозии. Он нейтрализует вредные примеси и уменьшает скорость распада p-фазы. При содержании магния более 0,1 % заметно повышается хрупкость сплава в горячем состоянии (горячеломкость) и увеличивается скорость распада р-фазы.

В отдельных случаях применяются и другие цинковые сплавы. При отсутствии высоких требований к точности размеров литых деталей, которые в то же время должны быть прочными и твердыми, можно использовать для литья под давлением сплав типа ZnAl4Cu3 с добавкой 0,04 % Мо. Детали, от которых требуются хорошие антифрикционные свойства, изготовляют из сплава типа ZnAl10Cu3 (ЦАМ 10-5 по. ГОСТ 7117-62). Однако следует отметить, что в США, Англии, Германии и Японии стандарты предусматривают только два цинковых сплава для литья под давлением.

Цинковые сплавы очень чувствительны к примесям. Им вообще свойственно старение, проявляющееся в повышенной нестабильности размеров. Кроме того, они плохо сопротивляются коррозии. Нередко отливки разбухают, деформируются, растрескиваются, а в некоторых случаях полностью разрушаются. Причиной этого является межкрис- таллитная коррозия, распространяющаяся по границам зерен при наличии даже очень малого количества вредных примесей (свинец, кадмий и особенно олово). Примеси располагаются по границам зерен вследствие весьма слабой растворимости, которая, например, для кадмия составляет только 0,004%. Свинец нерастворим в цинке даже в жидком состоянии.

Факторами, способствующими протеканию коррозии, являются влажность и особенно водяные пары. Продукты межкристаллитной коррозии приводят к разбуханию, короблению и разрушению отливок.

Проблема получения цинковых отливок, обладающих высокой стойкостью к атмосферному воздействию, решается применением цинка высшей степени чистоты (99,99 % Zn). Другие металлы, используемые для выплавки цинковых сплавов, должны иметь следующую чистоту: алюминий - 99,75 %, магний - 99,8 %, медь - 99,9 %.

При получении отливок на машинах ЛПД на заводах автомобильной промышленности применяют цинковые сплавы в чушках по ГОСТ 19424-74 ’’Сплавы цинковые в чушках для литья под давлением”.

Смотрите также