Zamak 5 er en del af kategorien zinklegeringer. Zamak 5 er en zinklegering med 3,5-4,3% aluminium, 0,03-0,08% magnesium og 0,75-1,25% kobber. Den har en trækstyrke på 330 MPa, en massefylde på 6,7 g/cm³ og et smeltepunkt på 380-385 °C. Det bruges til trykstøbning af højstyrkedele i bilindustrien, luft- og rumfart og forbrugsvarer.

I denne artikel kan du læse om støbeprocessen, de fysiske, mekaniske og kemiske egenskaber samt de vigtigste fordele.

Sammensætning og egenskaber af Zamak 5

Kemisk sammensætning af Zamak 5

Zamak 5 er en zinkbaseret legering, der består af fire elementer. Det er zink, aluminium, kobber og magnesium. Disse elementer medfører betydelige ændringer i dens ydeevne.

Zink (96-98%):

Zink er grundlaget for Zamak five-legeringen. Det passer godt til trykstøbningsteknikker på grund af dets lave smeltepunkter. Gå efter zink, der er 99,99% rent. Det skyldes, at urenheder i legeringer påvirker emnernes mekaniske egenskaber.

For eksempel kan bly (over 0,003%) eller cadmium (over 0,002%) svække eller knække dele. Zink i ren tilstand modstår også korrosion godt.

Aluminium (3,5-4,3%):

Aluminiums bidrag til Zamak 5 er at styrke det ved at forfine dets mikrostruktur. Under størkningen danner aluminium intermetalliske faser. Det forfiner strukturen og styrken som følge heraf.

I det givne billede viser den faste opløsning for eksempel, at den zinkrige del størkner ved 381 °C. I mellemtiden dannes den Al-rige fase, når den når 277 °C.

Fasen dikterer med vilje hårde og duktile regioner. Det skyldes, at tilføjelse af aluminium under 3,5% forårsager revner, eller når det overstiger 4,5%, øger det skørheden og er mere tilbøjeligt til at bryde.

Magnesium (0,03-0,08%):

Magnesiumindholdet i Zamak five blokerer for urenheder ved korngrænserne. Derfor er det blevet muligt at undgå intergranulær korrosion. Tilsætningen gør også, at legeringen flyder meget bedre og fylder formen jævnt under støbningen.

For store mængder magnesium er ikke godt til varmkammerstøbning (ved 385 °C). På grund af oxidationen opstår der mørke pletter på overfladerne. Det kræver på en eller anden måde meget streng kontrol under driften.

Kobber (0,75-1,25%):

Kobber i Zamak 5-legeringen styrker dens evne. De kan klare høje temperaturer. Specielt når den er omkring 150 °C. Legeringens struktur stabiliseres. Det øger derfor dens krybbestandighed sammenlignet med kobberfri zink.

Kobber er også med til at bevare legeringens mekaniske egenskaber. Det bremser dens ældning og holder i mere end 10 år.

Overforbrug af kobber over 1,25% fører også til skørhed, og den reducerede mængde forårsager Forlængelse op til 30% og omvendt.

Fysiske egenskaber for Zamak 5

Tæthed:

Der er en trækstyrke på 6,7 g/cm³ i Zamak 5. Densiteten påvirker vægten, hvilket gør den 15% lettere end stål (7,85 g/cm³). Sammenlignet med aluminiumslegering (2,7 g/cm³) er det dog 60% tungere.

Smeltepunkt:

Zamak 5-legeringen har grundlæggende lavere smeltepunkter, der ligger mellem 380 °C og 385 °C. Som følge heraf bruger de også 25% mindre energi end aluminium.

Under støbeprocessen størkner Zamak 5-indholdet desuden meget hurtigt inden for 0,8 sekunder. Det hjælper alternativt med at gennemføre en cyklus på omkring 20 sekunder.

Trækstyrke, udbyttestyrke, forlængelse:

Zamak 5 har en trækstyrke på omkring 330 Mpa. Den har også en flydespænding på 220 mpa. Legeringen kan dog strækkes op til 7-10%, før den går i stykker.

Desuden falder trækstyrken ved temperaturer på 150 °C eller derover. Det skyldes termisk blødgøring eller mikrostrukturelle ændringer.

Spændings-tøjnings-kurven på billedet viser lineære elastiske områder. Det er omkring 220 MPa. Der følger også plastisk deformation med.

Stigningen i trækstyrke omkring 15% sker på grund af mindre kornstørrelse (0,02 mm). Det blokerer dislokationsbevægelse.

Mekaniske egenskaber for Zamak 5

Hårdhed:

Zamak 5-kvalitet har 91 hb (Brinell-hårdhed). Ved at trykke på en 10 mm stålkugle med en kraft på 295 N får man denne måling. Denne proces varer 15 sekunder og efterlader en 3,2 mm stor bule.

Overfladen har en hårdhed, der forhindrer ridser. Det gør legeringen velegnet til f.eks. pyntegenstande eller dørhåndtag.

Modstandsdygtighed over for slag:

Charpy-slagstyrke af Zamak 5-kvalitet. Det kan være 53 J ved 20. Den falder dog til 35 J, når duktiliteten reduceres til -20 °C.

Kvalitetens sejhed er vigtig, når der er behov for at producere dele, der udsættes for vibrationer.

Udmattelsesstyrke:

Du kan håndtere op til 100 Mpa cykliske belastninger med Zamak 5 for at gennemføre 1 million cyklusser. Men resultatet af en ru overflade (Ra > 1,6 µm) eller skarpe kanter påvirker grænsen og fører den ned på 70 Mpa. I konkurrencen mod konstante vibrationer passer zamak5 til udstyr til vaskemaskiner.

Fordele ved Zamak 5-legering

Højt styrke-til-vægt-forhold

Der er et styrke/vægt-forhold på 49 Mpa i en zink-aluminium-legering, Zamak 5. Den har god trækstyrke og densitet. Det er meget højere (30%) end A380-aluminium og omkring 50% lettere end C93200-kobber.

Dertil kommer, at Zamak 5-legeringens slagstyrke på 53 J slår A380-aluminium (40 J) og ZA-12 (45 J). Det er grunden til, at denne kvalitet er velegnet til lettere dele med høj styrke. Det kan være borehuse og cykelpedaler.

God modstandsdygtighed over for korrosion

Udsættelse for fugtighed (85% RH) eller saltholdige miljøer kan føre til rust på delene. I dette tilfælde undgår de kemiske sammensætninger (0,08% magnesium) rust.

Dette metal overlever salttågetest i omkring 500 timer og viser overraskende nok mulighed for overfladeerosion på mindre end 0,1 mm.

Den slags kvaliteter fungerer normalt godt til at modstå korrosion i marinebeslag. For eksempel kan det stoppe korrosion uden belægninger i dele som bådklamper og dækshængsler.

Fremragende støbbarhed

Zamak 5 fylder formen med 95%'s fluiditet. Det giver fremragende støbbarhed, da det er en legering, der skaber indviklede former. For eksempel kan den designe urgear ved at tilføje 0,5 mm tænder eller et hængsel til en bærbar computer.

Støbegods producerer dele med meget tykkere vægge, så det tager kortere tid at køle dem. Det reducerer også produktionsomkostningerne med op til 40% i modsætning til CNC-bearbejdet messing.

Høj duktilitet

Uden at gå i stykker er en Zamak 5-legering strækbar, omkring 7-10%. Dens høje duktilitet muliggør koldformning. Det er nødvendigt for rørbøjninger eller elektriske stik for at forhindre revner. Denne form for bearbejdelighed hjælper med sekundære operationer (gevindskæring eller boring).

Anvendelser af Zamak 5

Bilindustrien

Zamak 5-legeringen fremstiller dele til biler. Det omfatter indsprøjtningsdyser, sensorhuse og gearkassebeslag.

Det giver dimensionsstabilitet (tolerance) på op til ±0,05 mm i dele som motorophæng. Så de passer perfekt og konkurrerer mod de højeste vibrationer.

Luft- og rumfartsindustrien

På grund af Zamak 5's mekaniske egenskaber fremstiller producenterne ikke-kritiske dele som f.eks. indfatninger til kabinelys eller udluftningslameller. Det begrænser dog brugen til temperaturer under 150 °C.

Bygge- og anlægsbranchen

Byggebranchen bruger Zamak 5 til at lave dørhåndtag, vindueslåse eller endda tagbeslag. De nyder godt af det fine, polerede udseende.

Fingeraftryk og anløbninger kan ødelægge vandhanehåndtagets udseende, og det er netop derfor, du skal anvende krombelægninger.

Forbrugsvarebranchen

Zamak 5 er en højstyrkekvalitet. Den kan forme kameralinsebeslag, blendere, baser og lynlåsglidere. Den har også gode svejseegenskaber.

Det betyder, at lasertyper kan arbejde på komponenter som f.eks. sømme i smartphone-rammer med 200 mm/min. Det er årsagen til de reducerede monteringsomkostninger.

Forskellen mellem Zamak 5 og Zamak 3

1. Sammenligning af kemisk sammensætning:

Den største forskel er, at Zamak 5 indeholder kobber. Det er derfor, det øger modstanden ved høje temperaturer.

I mellemtiden har Zamak 3 meget lidt kobber. Det er dog for at forbedre støbbarheden og korrosionsbestandigheden i miljøer som fugtige.

2. Sammenligning af mekanisk sammensætning:

Zamak 5 har en bedre og højere styrke og hårdhed. Så de passer godt til fremstilling af bærende dele.

Omvendt er der højere duktilitet i Zamak 3-legeringen. Den understøtter komplekse og vanskelige bøjninger.

Sammenligning af applikationer

Zamak er velegnet til dele, hvor dimensionsstabilitet er nødvendig. For eksempel motorbeslag til biler og ventilhuse til industrien.

Zamak Three er en billig trykstøbningslegering til fremstilling af dele med glat overflade. Som legetøj eller dekorative lampefødder.

Udvælgelsesfaktorer:

• Styrke i forhold til omkostninger: Zamak er omkring 12% dyrere end Zamak 3. Men det holder op til 50% i barske miljøer.
• Modstandsdygtighed over for korrosion: Zamak 3 giver bedre korrosionsbestandighed og er ideel til vandhaner ved kysten. I mellemtiden giver zamak 5 god slidstyrke i dele som bearbejdede tandhjul.
• Belastningstype: Den højere hårdhed i Zamak 5 gør den i stand til at konkurrere med dynamiske belastninger (f.eks. tandhjul, pumpekomponenter). Zamak 3 fungerer godt til statiske emner som dekorationsbeklædning.
• Overfladefinish: Zamak 3 giver en meget attraktiv og poleret finish, som opfylder behovene for smykkelåse. I mellemtiden skal zamak 5 have yderligere lag af belægning for at give et æstetisk udseende.
• Overensstemmelse med lovgivningen: Zamak 5 opfylder ASTM B240-reglen for bilindustrien. Den fremstiller varmebestandige dele. Zamak 3 følger iso 301-standarden, der arbejder med omkostningsfølsomme varer.

Fremstillingsproces af Zamak 5

Trykstøbningsprocessen

Trykstøbning med varmt kammer fungerer godt med zink-aluminium-legeringer, så Zamak five kan støbes i det. Den har lave smeltepunkter og kan opvarmes til 400 °C for at opnå optimal flydeevne.

Den smeltede legering sprøjtes ind i et formhulrum lavet af stål. Producenterne anvender et tryk på 1000 til 3000 bar. Den tager fast form på få sekunder og indeholder snævre tolerancer.

Denne teknik kan bruges til større produktioner og giver glatte overflader (1,6 µm). Det mindsker også behovet for efterbehandling.

Zinkstøbning er en meget overkommelig fremstillingsmetode. Det er derfor, den vælges af de fleste masseproducerende platforme. Det gælder f.eks. beslag til biler eller huse til forbrugerelektronik.

Procesparametre

De vigtige parametre er:

• Indsprøjtningstryk (700-1000 bar). Det forhindrer defekter,
• Formens temperatur (150-200 °C) for at undgå for tidlig afkøling
• Kølehastigheder (50 °C/s) understøtter raffineret kornstørrelse (0,02 mm).

Det er vigtigt at justere disse trin for at få de faktiske resultater. Det øger de mekaniske egenskaber som f.eks. trækstyrke.

Disse parametre forhindrer også variationer i delene. Passende kølesystemer reducerer interne defekter og forbedrer udmattelsesmodstanden.

Bearbejdning og efterbehandling

Zamak 5 kan bearbejdes ved skærehastigheder på 150 m/min. Tilspændingen svinger omkring 0,1 mm/omdrejning. Det afhænger af hårdmetalværktøjet.

Kølekanaler, der er vandbaserede, fjerner overskydende varme. Det understøtter alternativt meget præcis gevindskæring eller notning.

At fremstille dele med en finish af høj kvalitet er et af de mest nødvendige trin. Efter galvanisering, vil delene modstå korrosion bedre.

I forskellige efterbehandlingsmuligheder anvender producenterne pulverlakering på arkitektonisk hardware for at tilføje en holdbar finish. I mellemtiden klæber belægninger af maling perfekt til dekorative genstande som lampefødder.

Alt det ovenstående er meget vigtigere, når det gælder miljøpåvirkning. Så indfør miljøvenlig praksis. For eksempel kan lukkede vandsystemer bruges til at påføre pulverlag.

Konklusion:

Zamak 5 er et zinkbaseret metal. Det indeholder mange elementer som aluminium, magnesium og kobber. Derfor har det et bedre forhold mellem styrke og vægt, korrosionsbestandighed og fremragende støbbarhed. Man bruger trykstøbningsteknikker til at opfylde kravene til masseproduktion. Det er omkostningseffektivt og overgår alternativer som Zamak 3 eller aluminium.