زاماك 5 هو جزء من فئة سبائك الزنك. Zamak 5 عبارة عن سبيكة زنك تحتوي على 3.5-4.3% من الألومنيوم، و0.03-0.08% من المغنيسيوم، و0.75-1.25% من النحاس. وتبلغ قوة الشد 330 ميجا باسكال، وكثافته 6.7 جم/سم مكعب، ودرجة انصهاره 380-385 درجة مئوية. يُستخدم في صب الأجزاء عالية القوة في صناعة السيارات والفضاء والسلع الاستهلاكية.

في هذه المقالة، تعرّف على عملية الصب وخصائصه الفيزيائية والميكانيكية والكيميائية، بالإضافة إلى فوائده الرئيسية.

تركيب الزماك وخصائصه 5

التركيب الكيميائي للزماك 5

تتكون Zamak 5، وهي سبيكة أساسها الزنك، من أربعة عناصر. وهي الزنك، والألومنيوم، والنحاس، والمغنيسيوم. تُحدث هذه العناصر تغييرات كبيرة في دور أدائها.

الزنك (96-98%):

الزنك هو أساس سبيكة الزماك الخمسة. وهو يتماشى بشكل جيد مع تقنيات الصب بالقالب بسبب درجات انصهاره المنخفضة. اختر الزنك النقي بنسبة 99.99%. وذلك لأن الشوائب في السبائك تؤثر على الخواص الميكانيكية للأجزاء.

على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي الرصاص (أعلى من 0.003%) أو الكادميوم (أعلى من 0.002%) إلى إضعاف الأجزاء أو تشققها. كما أن حالة الزنك النقية تقاوم التآكل بشكل جيد.

ألومنيوم (3.5-4.3%):

تتمثل مساهمة الألومنيوم في الزاماك 5 في تقويته من خلال تنقية بنيته المجهرية. أثناء عملية التصلب، يُشكّل الألومنيوم أطوارًا بين الفلزات. ونتيجة لذلك يعمل على صقل البنية والقوة.

على سبيل المثال، في الصورة المعطاة، يُظهر المحلول الصلب أن الجزء الغني بالزنك يتصلب عند 381 درجة مئوية. وفي الوقت نفسه، يتشكل الطور الغني بالزنك عندما يصل إلى 277 درجة مئوية.

يفرض الطور عمدًا مناطق صلبة وقابلة للسحب. وذلك لأن إضافة الألومنيوم أقل من 3.5% يسبب تشققات، أو عندما يتجاوز 4.5%، فإنه يزيد من الهشاشة ويزيد من احتمالية الكسر.

المغنيسيوم (0.03-0.08%):

يحجب محتوى المغنيسيوم في الزماك خمسة شوائب عند حدود الحبيبات. وهذا هو السبب في أنه أصبح قادرًا على تجنب التآكل بين الخلايا الحبيبية. كما أن إضافتها تجعل سيولة السبيكة أفضل بكثير، وتملأ القالب بالتساوي أثناء الصب.

إن الكميات المفرطة من المغنيسيوم ليست جيدة لصب القوالب بالغرفة الساخنة (عند 385 درجة مئوية). بسبب أكسدته، تحدث بقع داكنة على الأسطح. ويحتاج بطريقة ما إلى رقابة صارمة للغاية أثناء التشغيل.

نحاس (0.75 - 1.25%):

يعزز النحاس في سبيكة Zamak 5 من قدرتها. يمكنها التعامل مع درجات الحرارة العالية. وتحديداً عندما تكون درجة الحرارة حوالي 150 درجة مئوية. يستقر هيكل السبيكة. وبالتالي، يزيد ذلك من مقاومتها للزحف مقارنةً بالزنك الخالي من النحاس.

يعمل النحاس أيضًا على الحفاظ على الخواص الميكانيكية للسبائك. فهو يبطئ من تقادمها، ويدوم لأكثر من 10 سنوات.

كما أن الإفراط في استخدام النحاس الذي يزيد عن 1.251 تيرابايت 4 تيرابايت يؤدي إلى الهشاشة، وتؤدي الكمية المنخفضة إلى الاستطالة حتى 30% بالعكس.

الخواص الفيزيائية للزاماك 5

الكثافة:

تبلغ قوة الشد في زاماك 5 6.7 جم/سم³. تؤثّر كثافته على وزنه، مما يجعله أخف وزنًا من الفولاذ (7.85 جم/سم³). وبالمقارنة مع سبيكة الألومنيوم (2.7 جم/سم مكعب)، فهي مع ذلك أثقل بـ 60%.

نقطة الانصهار:

تحتوي سبيكة Zamak 5 بشكل أساسي على درجات انصهار أقل تتراوح بين 380 درجة مئوية و385 درجة مئوية. ونتيجة لذلك، فإنها تستهلك طاقة أقل من الألومنيوم بمقدار 25%.

علاوة على ذلك، أثناء عملية الصب، يتصلب محتوى زاماك 5 بسرعة كبيرة خلال 0.8 ثانية. ويساعد ذلك بدلاً من ذلك في إكمال دورته الواحدة في حوالي 20 ثانية.

قوة الشد، قوة الخضوع والاستطالة:

توجد قوة شد تبلغ حوالي 330 ميجا باسكال في زاماك 5. كما أن لها قوة خضوع تبلغ 220 ميجا باسكال. ومع ذلك، يمكن أن تكون السبيكة قابلة للتمدد حتى 7-10% قبل أن تنكسر.

علاوة على ذلك، تنخفض قوة الشد عند درجات حرارة 150 درجة مئوية أو أعلى. ويرجع ذلك إلى التليين الحراري أو التغيرات في البنية المجهرية.

يُظهر منحنى الإجهاد-الإجهاد في الصورة مناطق مرونة خطية. أي حوالي 220 ميجا باسكال. كما يتبعه تشوه بلاستيكي.

تحدث الزيادة في قوة الشد حول 15% بسبب صغر حجم الحبيبات (0.02 مم). فهي تمنع حركة الخلع.

الخواص الميكانيكية للزماك 5

الصلابة:

تبلغ صلابة زاماك 5 درجة 91 hb (صلابة برينل). يساعد الضغط على كرة فولاذية قطرها 10 مم بقوة 295 نيوتن في الحصول على هذا القياس. تستغرق هذه العملية 15 ثانية، تاركةً انبعاجًا بقطر 3.2 مم.

تتميز بصلابة السطح لمنع الخدوش. وهذا ما يجعل السبيكة مناسبة لعناصر مثل مقابض الديكور أو مقابض الأبواب.

مقاومة الصدمات:

قوة صدم تشاربي من درجة زاماك 5. يمكن أن تكون 53 J عند درجة حرارة 20 درجة مئوية. ومع ذلك، ينخفض هذا إلى 35 J عندما تنخفض الليونة إلى -20 درجة مئوية.

صلابة الرتبة مهمة عندما تكون هناك حاجة لإنتاج أجزاء معرضة للاهتزاز.

قوة الإجهاد:

يمكنك التعامل مع ضغوط دورية تصل إلى 100 ميجا باسكال مع Zamak 5 لإكمال مليون دورة. ومع ذلك، فإن نتيجة السطح الخشن (Ra > 1.6 ميكرومتر) أو الحواف الحادة تؤثر على الحد وتؤدي إلى 70 ميجا باسكال. يناسب zamak5 معدات الغسّالة في مواجهة الاهتزازات المستمرة.

مزايا سبيكة Zamak 5 سبيكة زماك 5

نسبة قوة إلى وزن عالية

هناك نسبة قوة إلى الوزن تبلغ 49 ميجا باسكال في سبائك الألومنيوم الزنك، Zamak 5. لديها قوة شد وكثافة جيدة. هذا أعلى بكثير (30%) من درجة A380 من الألومنيوم A380 وحوالي 50% أخف وزنًا من النحاس C93200.

وبالإضافة إلى ذلك، تتفوق قوة صدمة سبيكة Zamak 5 على الألومنيوم A380 (40 J) وZA-12 (45 J). وهذا هو سبب ملاءمة هذه الدرجة في الأجزاء الأخف وزنًا والأكثر قوة. يمكن أن تكون علب الحفر ودواسات الدراجات الهوائية.

مقاومة جيدة للتآكل

قد يؤدي التعرض للرطوبة (85% RH) أو البيئات المالحة إلى صدأ الأجزاء. في هذه الحالة، تتجنب التركيبات الكيميائية (0.08% المغنيسيوم) الصدأ.

ينجو هذا المعدن من اختبارات رش الملح لمدة 500 ساعة تقريبًا ويُظهر بشكل مدهش فرص تآكل السطح بأقل من 0.1 مم.

وعادةً ما تعمل هذه الأنواع من الدرجات بشكل جيد لمقاومة التآكل في الأجهزة البحرية. على سبيل المثال، يمكنها أن توقف التآكل بدون طلاء في أجزاء مثل مرابط القوارب ومفصلات سطح السفينة.

قابلية صب ممتازة

يملأ Zamak 5 القالب بسلاسة 95%. يوفر قابلية صب ممتازة، كونه سبيكة تخلق أشكالاً معقدة. على سبيل المثال، يمكن تصميم ترس ساعة بإضافة أسنان 0.5 مم أو مفصل كمبيوتر محمول.

تنتج المسبوكات أجزاء ذات جدران أكثر سمكًا جدًا، لذا فهي تستغرق وقتًا أقل للتبريد. كما أن ذلك يقلل من تكاليف الإنتاج بما يصل إلى 401 تيرابايت في 4 تيرابايت، على عكس النحاس الأصفر المشغول بالتحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي.

ليونة عالية

سبيكة زاماك 5 قابلة للمطّ دون أن تنكسر، حوالي 7-10%. تتيح ليونة عالية تتيح التشكيل على البارد. وهذا ضروري لأكواع السباكة أو الموصلات الكهربائية لمنع التشققات. ويساعد هذا النوع من القابلية للتشغيل الآلي في العمليات الثانوية (الخيوط أو الحفر).

تطبيقات زاماك 5

صناعة السيارات

تصنع سبائك زاماك 5 من سبائك زاماك 5 قطع غيار السيارات. ويشمل ذلك فوهات الحاقنات، وأغطية المستشعرات، وأقواس ناقل الحركة.

إنه يوفر ثباتاً في الأبعاد (تفاوتاً) يصل إلى ± 0.05 مم في أجزاء مثل حوامل المحرك. بحيث تتناسب تماماً وتتنافس ضد أعلى الاهتزازات.

صناعة الطيران والفضاء

نظرًا للخصائص الميكانيكية التي يتميز بها زاماك 5، يصنع المصنعون الأجزاء غير الحرجة مثل حواف مصابيح المقصورة أو شرائح تنفيس الهواء. ومع ذلك، يحد من استخدامه تحت درجات حرارة أقل من 150 درجة مئوية.

صناعة البناء والتشييد

تستخدم قطاعات البناء زاماك 5 لصناعة مقابض الأبواب، وأقفال النوافذ، أو حتى أقواس الأسقف. فهي تستفيد من مظهرها الناعم والمصقول.

يمكن أن تتسبب بصمات الأصابع والبقع في تشويه مظهر مقابض الصنابير، ولهذا السبب بالضبط تحتاج إلى طلاء الكروم.

صناعة السلع الاستهلاكية

زاماك 5 هو درجة عالية القوة. ويمكنه تشكيل حوامل عدسات الكاميرا، والخلاطات والقواعد، ومزلاقات السوستة. كما أنها تتمتع بقابلية لحام جيدة.

وهذا يعني أن أنواع الليزر يمكن أن تعمل على مكونات مثل اللحامات في إطارات الهواتف الذكية بسرعة 200 مم/الدقيقة. وهذا هو سبب انخفاض تكلفة التجميع.

الفرق بين زاماك 5 وزاماك 3

1. مقارنة التركيب الكيميائي:

الفرق الرئيسي هو أن زاماك 5 يحتوي على النحاس. وهذا هو السبب في أنه يزيد من مقاومة درجات الحرارة العالية.

وفي الوقت نفسه، يحتوي زاماك 3 على القليل جدًا من النحاس. ومع ذلك، فهو لتحسين قابلية الصب ومقاومة التآكل في البيئات الرطبة مثل الرطوبة.

2. مقارنة التركيب الميكانيكي:

يتميز زاماك 5 بقدر أفضل وأعلى من القوة والصلابة. لذا فهي مناسبة بشكل جيد لتصنيع الأجزاء الحاملة.

وعلى العكس من ذلك، توجد ليونة أعلى في سبيكة Zamak 3. فهي تدعم الانحناءات المعقدة والصعبة.

مقارنة التطبيقات

يناسب زاماك الأجزاء التي يكون فيها ثبات الأبعاد ضروريًا. على سبيل المثال، أقواس محركات السيارات وأجسام الصمامات الصناعية.

سبيكة الصب بالقالب منخفضة التكلفة، زاماك ثري لتصنيع الأجزاء ذات السطح الأملس. مثل الألعاب أو قواعد المصابيح المزخرفة.

عوامل الاختيار:

• القوة مقابل التكلفة: زاماك أكثر تكلفة من زاماك 3 بحوالي 12%. ومع ذلك، فإنه يدوم حتى 50% في البيئات القاسية.
• مقاومة التآكل: يوفر زماك 3 مقاومة أفضل للتآكل وهو مثالي للصنابير الساحلية. أما زاماك 5 فيوفر مقاومة جيدة للتآكل في الأجزاء مثل التروس المشغولة آلياً.
• نوع الحمولة: إن وجود صلابة أعلى في زاماك 5 يمكّنه من منافسة الأحمال الديناميكية (مثل التروس ومكونات المضخات). يعمل زاماك 3 بشكل جيد مع العناصر الثابتة مثل زخرفة الديكور.
• تشطيب السطح: يعطي زماك 3 لمسة نهائية جذابة للغاية ومصقولة، والتي تلبي احتياجات مشابك المجوهرات. وفي الوقت نفسه، يحتاج زماك 5 إلى طبقات إضافية من الطلاء لإنتاج مظهر جمالي.
• الامتثال التنظيمي: يفي زاماك 5 بقاعدة ASTM B240 الخاصة بالسيارات. يصنع الأجزاء المقاومة للحرارة. يتبع زاماك 3 معيار ISO 301 الذي يعمل للسلع الحساسة من حيث التكلفة.

عملية تصنيع زماك 5

عملية الصب بالقالب

يعمل الصب بالقالب بالغرفة الساخنة بشكل جيد مع سبائك الزنك والألومنيوم، لذلك يمكن صب الزماك الخمسة فيه. وتتميز بنقاط انصهار منخفضة ويمكن تسخينها عند 400 درجة مئوية للحصول على سيولة مثالية.

يتم حقن السبيكة المنصهرة في تجويف القالب المصنوع من الفولاذ. يطبق المصنعون ضغط 1000 إلى 3000 بار. يأخذ القالب شكلاً صلباً في بضع ثوانٍ، ويحتوي على تفاوتات ضيقة.

يمكن أن تعمل هذه التقنية لإنتاج أكبر، والحصول على أسطح ناعمة (1.6 ميكرومتر). كما أنها تقلل من احتياجات ما بعد المعالجة.

صب الزنك هو طريقة تصنيع ميسورة التكلفة للغاية. ولهذا السبب يتم اختيارها من قبل معظم المنصات ذات الإنتاج الضخم. ويشمل ذلك أقواس السيارات أو أغلفة الإلكترونيات الاستهلاكية.

معلمات العملية

المعلمات المهمة هي:

• ضغط الحقن (700-1000 بار). يمنع العيوب,
• درجة حرارة القالب (150-200 درجة مئوية) لتجنب التبريد المبكر
• تدعم معدلات التبريد (50 درجة مئوية/ثانية) حجم الحبيبات المكرر (0.02 مم).

يعد ضبط هذه الخطوات أمرًا مهمًا للحصول على نتائج إخراج فعلية. فهو يزيد من الخواص الميكانيكية مثل قوة الشد.

تمنع هذه المعلمات أيضًا المتغيرات المتغيرة في الأجزاء. وتقلل أنظمة التبريد المناسبة من العيوب الداخلية وتحسن من مقاومة التعب.

التصنيع الآلي والتشطيب

يمكن تشكيل صنف Zamak 5 بسرعات قطع تبلغ 150 م/دقيقة. تتأرجح معدلات تغذيتها حوالي 0.1 مم/دقيقة. يعتمد ذلك على أداة الكربيد.

تزيل قنوات التبريد التي تعتمد على الماء الحرارة الزائدة. يدعم ذلك بدلاً من ذلك الخيوط أو الحفر الدقيق للغاية.

يعد صنع الأجزاء بلمسة نهائية عالية الجودة من أكثر الخطوات المطلوبة. بعد الطلاء الكهربائي, ستقاوم الأجزاء التآكل بشكل أفضل.

في خيارات التشطيبات المختلفة، يقوم المصنعون بتطبيق طلاء المسحوق على الأجهزة المعمارية لإضافة لمسة نهائية متينة. وفي الوقت نفسه، تلتصق طلاءات الطلاء بشكل مثالي بالعناصر الزخرفية مثل قواعد المصابيح.

كل ما سبق ذكره، فيما يتعلق بالتأثير البيئي، أكثر أهمية بكثير. لذا، اعتمد ممارسات صديقة للبيئة. على سبيل المثال، يمكن استخدام أنظمة المياه ذات الحلقة المغلقة لتطبيق طبقات المسحوق.

الخلاصة:

زاماك 5 هو معدن أساسه الزنك. يحتوي على العديد من العناصر مثل الألومنيوم والمغنيسيوم والنحاس. وهذا هو السبب في أنها تتمتع بنسبة قوة إلى وزن أفضل، ومقاومة للتآكل، وقابلية صب ممتازة. تستخدم تقنيات الصب بالقالب لتلبية متطلبات الإنتاج الضخم. وهي فعالة من حيث التكلفة وتتفوق على البدائل مثل الزماك 3 أو الألومنيوم.