锌合金成分控制及应用

锌合金成分控制及应用-参考资料

一、锌的有关知识：

锌的化学符号为Zn，原子序数为30，浅蓝白金属。主要的矿石是闪锌矿（ZnS），矿石在空气中煅烧成氧化锌，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/cm3, 锌铝合金密度为6.3-6.9 g/cm3。

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-1	Zn-2	Zn-3	Zn-4	Zn-5
杂质含量≤	铅（Pb）	0.003	0.005	0.020	0.050	0.300	1.000
	铁(Fe)	0.001	0.003	0.010	0.020	0.030	0.070
	镉(Cd)	0.001	0.002	0.020	0.020	0.07	0.200
	铜(Cu)	0.001	0.001	0.001	0.002	0.002	0.005
	锡(Sn)	-	-	-	-	0.002	0.002
	铝(Al)	-	-	-	-	0.005	0.005
	砷(As)	-	-	-	-	0.005	0.010
	锑(Sb)	-	-	-	-	0.01	0.02
	杂质总和	0.005	0.010	0.050	0.100	0.500	1.3
锌(Zn)≥		99.995	99.99	99.95	99.9	99.5	98.7

2、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		ZZnAlD4A	ZZnAlD4	ZZnAlD4-1A	ZZnAlD4-1	ZZnAlD4-3A	ZZnAlD4-3
主要成分	铝(Al)	3.9-4.3	3.9-4.3	3.9-4.3	3.9-4.3	3.9-4.3	3.9-4.3
	铜(Cu)	-	-	0.50-1.25	0.50-1.25	2.50-3.50	2.50-3.50
	镁(Mg)	0.03-0.06	0.03-0.06	0.03-0.06	0.03-0.06	0.03-0.06	0.03-0.06
	锌(Zn)	余量	余量	余量	余量	余量	余量
杂质含量≤	铁(Fe)	0.03	0.1	0.03	0.1	0.05	0.1
	铅(Pb)	0.003	0.005	0.003	0.005	0.003	0.005
	镉(Cd)	0.003	0.003	0.003	0.003	0.003	0.003
	锡(Sn)	0.001	0.002	0.001	0.002	0.001	0.002
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，用于复杂形状铸件		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)	3.9-4.2	3.9-4.2	3.9-4.2	3.9-4.2	8.2-8.8
	铜(Cu)	2.7-2.9	≤0.03	0.3-0.4	0.75-1.1	0.8-1.3
	镁(Mg)	0.035-0.05	0.04-0.05	0.04-0.05	0.04-0.05	0.02-0.03
	锌(Zn)	余量	余量	余量	余量	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	≤0.003	≤0.005
	镉(Cd)	≤0.003	≤0.002	≤0.002	≤0.002	≤0.005
	锡(Sn)	≤0.001	≤0.001	≤0.001	≤0.001	≤0.002
	镍(Ni)	≤0.001	≤0.001	≤0.001	≤0.001	≤0.001
	硅(Si)	≤0.02	≤0.02	≤0.02	≤0.02	≤0.035
	铟(In)	≤0.0005	≤0.0005	≤0.0005	≤0.0005	≤0.0005
	铊(Ti)	≤0.001	≤0.001	≤0.001	≤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-8		ZA-12
机械特性	压铸	压铸	压铸	压铸	砂铸	压铸	砂铸	压铸
极限抗拉强度(MPa)	359	283	317	328	263	374	276-317	400
冲击应力(J)	48	58	61	65	20	42	25	29
延伸系数(%)	7	10	7	7	1-2	6-10	1-3	4-7
布什硬度(HB)	100	82	92	91	85	95-110	89-105	95-115
抗剪强度(MPa)	317	214	214-262	262	-	275	255	296
屈服强度(-0.2%,MPa)	283	221	221-269	269	200	290	214	317
抗疲劳强度(MPa) （旋转弯曲5亿次）	59	48	48-57	57	-	103	103	117
压力屈服强度(-0.1%MPa)	641	414	414-600	600	199	252	227	269

通用牌号锌合金物理性能：

表6

通用牌号	2#	3#	4#	5#	ZA-8	ZA-12
密度(g/cm3)	6.6	6.6	6.6	6.6	6.3	6.0
熔点(0C)	379-390	381-387	380-386	380-386	375-404	377-432
电导率(%IACS)	25	27	26-27	26	27.7	28.3
热传导率(W/m/hr/0C)	104.7	113.0	108.9-113.0	108.9	114.7	116.1
热膨胀系数(100-2000C,um/mm/0C)	27.8	27.4	27.4	27.4	23.3	24.2
比热(J/kg/0C)	418.7	418.7	418.7	418.7	435.4热镀锌合金	448.0
缩模率(mm/mm)	0.007	0.007	0.007	0.007	0.0074	0.0075

通用牌号锌合金选择指南：

表7

通用牌号	2#	3#	4#	5#	ZA-8	ZA-12
压铸性能	优（E）	优（E）		优（E）	佳（VG）	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）		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
用途	一般选择	其它选择
玩具	3	5
浴室配件	3	4、5
餐桌用具、银器	3
拉链	5	3、4
时装饰物（皮带扣，钮扣）	3
减压阀	3、5
吊扇	3	4
家居配件（锁、抽屉手把）	3	5
电子及电器用品	3	4、5
家庭用品	5	3
工业配件	5	2、8、12
运动用品（高尔夫球杆、鱼杆转盘）	5	2、8、12
汽车配件（锁、支架、座位配件、化油器等）	5、8	2、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%锌合金压铸产品均使用3#锌合金。3#锌合金亦特别适合电镀、喷油及铬化等表面处理。

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#更有效减少某些压铸件的粘模现象，而4#锌合金仍保持有与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%的铜。此合金铸造性优异，对抗蠕变（高温受力时变形）较3#锌合金好，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#与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		GZ2	GZ3	GZ4	GZ5	GZ8
主要成分	铝(Al)	4.1	4.1	4.1	4.1	8.5
	铜(Cu)	2.8	0.001	0.4	0.85	1.1
	镁(Mg)	0.045	0.045	0.045	0.045	0.025
	锌(Zn)	余量	余量	余量	余量	余量
杂质含量≤	铁(Fe)	0.002	0.002	0.002	0.002	0.002
	铅(Pb)	0.002	0.002	0.002	0.002	0.002
	镉(Cd)	0.001	0.001	0.001	0.001	0.001
	锡(Sn)	0.0005	0.0005	0.0005	0.0005	0.0005
	镍(Ni)	≤0.001	≤0.001	≤0.001	≤0.001	≤0.001
	硅(Si)	0.005	0.005	0.005	0.005	0.005
	铟(In)	≤0.0005	≤0.0005	≤0.0005	≤0.0005	≤0.0005
	铊(Ti)	0.0003	0.0003	0.0003	0.0003	0.0003

5、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		ZZnAl4Y	ZZnAlCu1Y	ZZnAlCu3Y
代号		YX040	YX041	YX043
主要成分	铝(Al)	3.5-4.3	3.5-4.3	3.5-4.3
	铜(Cu)	≤0.25	0.75-1.25	2.5-3.0
	镁(Mg)	0.02-0.06	0.03-0.08	0.02-0.06
	锌(Zn)	余量	余量	余量
杂质含量≤	铁(Fe)	0.1	0.1	0.1
	铅(Pb)	0.005	0.005	0.005
	镉(Cd)	0.004	0.004	0.004
	锡(Sn)	0.003	0.003	0.003

压铸锌合金物理性能：见表10

表10。

牌号		ZZnAl4Y	ZZnAlCu1Y	ZZnAlCu3Y
代号		YX040	YX041	YX043
抗拉强度	MPa	250	270	320
抗拉强度	Kgf/mm2	25	27	32
伸长率δ(%) L0=50		1	2	3
布什硬度 5/250/30		80	90	95
冲击韧性Ak(J)		35	39	42

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：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，减少对铁质的材料，如鹅颈管、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。

铝对流动性和机械性能的影响见表11。流动性在含铝量5%时达到最大值；在含铝量3%时降到最小值。铝对冲击强度的影响见表6中虚线。冲击强度在含铝量3.5%时达到最大值；在含铝量6%时降到最小值。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Fe2Al3浮渣，造成其含铝量下降。

表11 铝对合金流动性和机械性能的影响

（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。

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