Le Zamak 5 fait partie de la catégorie des alliages de zinc. Le Zamak 5 est un alliage de zinc avec 3,5-4,3% d'aluminium, 0,03-0,08% de magnésium et 0,75-1,25% de cuivre. Il a une résistance à la traction de 330 MPa, une densité de 6,7 g/cm³ et un point de fusion de 380-385°C. Il est utilisé pour le moulage sous pression de pièces à haute résistance dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale et des biens de consommation.

Dans cet article, vous découvrirez son processus de moulage, ses propriétés physiques, mécaniques et chimiques, ainsi que ses principaux avantages.

Composition et propriétés du zamak 5

Composition chimique du zamak 5

Alliage à base de zinc, le Zamak 5 est constitué de quatre éléments. Il s'agit du zinc, de l'aluminium, du cuivre et du magnésium. Ces éléments apportent des changements significatifs dans le rôle de ses performances.

Zinc (96-98%) :

Le zinc est la base de l'alliage Zamak five. Il se prête bien aux techniques de coulée sous pression en raison de son faible point de fusion. Privilégiez le zinc pur à 99,99%. En effet, les impuretés présentes dans les alliages affectent les propriétés mécaniques des pièces.

Par exemple, le plomb (au-dessus de 0,003%) ou le cadmium (au-dessus de 0,002%) peuvent affaiblir ou fissurer les pièces. En outre, le zinc à l'état pur résiste bien à la corrosion.

Aluminium (3.5-4.3%) :

L'apport de l'aluminium dans le Zamak 5 est de le renforcer en affinant sa microstructure. Au cours de la solidification, l'aluminium forme des phases intermétalliques. Il en affine la structure et la résistance.

Par exemple, dans l'image donnée, la solution solide montre que la partie riche en zinc se solidifie à 381°C. En revanche, la phase riche en Al se forme lorsqu'elle atteint 277°C.

La phase impose délibérément des régions dures et ductiles. En effet, l'ajout d'aluminium en dessous de 3,5% provoque des fissures, et au-delà de 4,5%, il augmente la fragilité et est plus susceptible de se fracturer.

Magnésium (0,03-0,08%) :

La teneur en magnésium du Zamak five bloque les impuretés aux joints de grains. C'est pourquoi il est devenu possible d'éviter corrosion intergranulaire. De plus, son ajout améliore considérablement la fluidité de l'alliage, qui remplit uniformément le moule lors de la coulée.

Des quantités excessives de magnésium ne sont pas bonnes pour le moulage sous pression en chambre chaude (à 385°C). En raison de son oxydation, des taches sombres apparaissent sur les surfaces. Le magnésium doit donc être contrôlé de manière très stricte pendant l'opération.

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

Le cuivre contenu dans l'alliage Zamak 5 renforce ses capacités. Ils peuvent supporter des températures élevées. En particulier lorsqu'elles avoisinent les 150°C. La structure de l'alliage se stabilise. Cela augmente donc sa résistance au fluage par rapport au zinc sans cuivre.

Le cuivre contribue également à maintenir les propriétés mécaniques de l'alliage. Il ralentit son vieillissement, qui dure plus de 10 ans.

En outre, l'utilisation excessive de cuivre au-delà de 1,25% entraîne une fragilité, et la réduction de la quantité de cuivre entraîne une fragilité. élongation jusqu'à 30% inversement.

Propriétés physiques du zamak 5

Densité :

La résistance à la traction du Zamak 5 est de 6,7 g/cm³. Sa densité influe sur son poids, ce qui en fait une option 15% plus légère que l'acier (7,85 g/cm³). Par rapport à l'alliage d'aluminium (2,7 g/cm³), il est cependant plus lourd de 60%.

Point de fusion :

L'alliage Zamak 5 a des points de fusion plus bas, compris entre 380°C et 385°C. Il consomme donc 25% moins d'énergie que les alliages d'aluminium. Ils consomment donc 25% d'énergie en moins que les alliages d'aluminium.

En outre, pendant le processus de coulée, le Zamak 5 se solidifie très rapidement, en l'espace de 0,8 seconde. Cela permet de réaliser un cycle en 20 secondes environ.

Résistance à la traction, limite d'élasticité, allongement :

Le Zamak 5 présente une résistance à la traction d'environ 330 Mpa. Sa limite d'élasticité est également de 220 mpa. L'alliage peut toutefois être étiré jusqu'à 7-10% avant de se rompre.

De plus, la résistance à la traction diminue à des températures de 150°C ou plus. Cela est dû à un ramollissement thermique ou à des changements microstructuraux.

La courbe contrainte-déformation de l'image montre des régions élastiques linéaires. Elle se situe autour de 220 MPa. Elle est suivie d'une déformation plastique.

L'augmentation de la résistance à la traction autour de 15% est due à une taille de grain plus petite (0,02 mm). Elle bloque le mouvement des dislocations.

Propriétés mécaniques du zamak 5

Dureté :

Le Zamak 5 a une dureté de 91 hb (dureté Brinell). Pour obtenir cette mesure, il suffit de presser une bille d'acier de 10 mm avec une force de 295 N. Ce processus dure 15 secondes et laisse une empreinte de 3,2 mm. Cette opération dure 15 secondes et laisse une empreinte de 3,2 mm.

La surface présente des caractéristiques de dureté afin d'éviter les rayures. L'alliage convient donc pour des objets tels que des poignées décoratives ou des poignées de porte.

Résistance à l'impact :

Résistance au choc Charpy de la qualité Zamak 5. Elle peut être de 53 J à 20°C. Elle tombe toutefois à 35 J lorsque la ductilité est réduite à -20°C.

La ténacité de la nuance est importante lorsqu'il s'agit de produire des pièces exposées à des vibrations.

Résistance à la fatigue :

Le Zamak 5 peut supporter des contraintes cycliques allant jusqu'à 100 Mpa pour un million de cycles. Cependant, une surface rugueuse (Ra > 1,6 µm) ou des arêtes vives affectent la limite et la ramènent à 70 Mpa. Face aux vibrations constantes, le Zamak 5 convient aux machines à laver.

Avantages de l'alliage Zamak 5

Rapport résistance/poids élevé

Un alliage de zinc et d'aluminium, le Zamak 5, présente un rapport résistance/poids de 49 Mpa. Il présente une bonne résistance à la traction et une bonne densité. Ce rapport est beaucoup plus élevé (30%) que celui de l'aluminium A380 et environ 50% plus léger que celui du cuivre C93200.

En outre, la résistance à l'impact de l'alliage Zamak 5 53 J est supérieure à celle de l'aluminium A380 (40 J) et du ZA-12 (45 J). C'est la raison pour laquelle cette nuance convient aux pièces plus légères et à haute résistance. Il peut s'agir de boîtiers de perceuse ou de pédales de bicyclette.

Bonne résistance à la corrosion

L'exposition à l'humidité (85% RH) ou à des environnements salés peut entraîner la formation de rouille sur les pièces. Dans ce cas, les compositions chimiques (0,08% de magnésium) évitent la rouille.

Ce métal survit à des tests au brouillard salin pendant environ 500 heures et présente étonnamment des chances d'érosion de surface inférieures à 0,1 mm.

Ce type de qualité est généralement efficace pour résister à la corrosion dans la quincaillerie marine. Par exemple, elles peuvent stopper la corrosion sans revêtement dans des pièces telles que les taquets de bateau et les charnières de pont.

Excellente coulabilité

Le Zamak 5 remplit le moule avec la fluidité du 95%. Il offre une excellente coulabilité, étant un alliage qui permet de créer des formes complexes. Par exemple, il permet de concevoir un engrenage de montre en ajoutant des dents de 0,5 mm ou une charnière d'ordinateur portable.

Les pièces coulées ont des parois très épaisses, ce qui réduit le temps de refroidissement. Cela permet également de réduire les coûts de production jusqu'à 40%, par rapport au laiton usiné par CNC.

Haute ductilité

Sans se rompre, un alliage de Zamak 5 est extensible, de l'ordre de 7-10%. Sa grande ductilité permet le formage à froid. Cela est nécessaire pour les coudes de plomberie ou les connecteurs électriques afin d'éviter les fissures. Cette usinabilité facilite les opérations secondaires (filetage ou perçage).

Applications du zamak 5

Industrie automobile

L'alliage Zamak 5 permet de fabriquer des pièces automobiles. Il s'agit notamment de buses d'injecteurs, de boîtiers de capteurs et de supports de transmission.

Il confère une stabilité dimensionnelle (tolérance) allant jusqu'à ±0,05 mm à des pièces telles que les supports de moteur. Ils s'adaptent donc parfaitement et résistent aux vibrations les plus fortes.

Industrie aérospatiale

En raison des caractéristiques mécaniques du Zamak 5, les fabricants produisent des pièces non critiques telles que les vitres des phares de cabine ou les lamelles des bouches d'aération. Cependant, il limite son utilisation à des températures inférieures à 150°C.

Industrie de la construction

Les secteurs de la construction utilisent le Zamak 5 pour fabriquer des poignées de porte, des serrures de fenêtre ou encore des supports de toiture. Ils bénéficient de son aspect fin et poli.

Les traces de doigts et les ternissures peuvent endommager l'aspect des poignées de robinet, c'est pourquoi il est nécessaire d'appliquer des revêtements chromés.

Industrie des biens de consommation

Le Zamak 5 est un grade à haute résistance. Il permet de façonner des supports d'objectif d'appareil photo, des mélangeurs, des bases et des curseurs de fermeture à glissière. Il présente également une bonne soudabilité.

Cela signifie que les types de laser peuvent travailler sur des composants tels que les coutures des cadres de smartphones à une vitesse de 200 mm/min. C'est la raison pour laquelle le coût d'assemblage est réduit.

Différence entre Zamak 5 et Zamak 3

1. Comparaison de la composition chimique :

La différence majeure est que le Zamak 5 contient du cuivre. C'est pourquoi il augmente la résistance aux hautes températures.

Le Zamak 3, quant à lui, contient très peu de cuivre. Toutefois, cela permet d'améliorer la coulabilité et la résistance à la corrosion dans des environnements tels que l'humidité.

2. Comparaison de la composition mécanique :

Le Zamak 5 présente une résistance et une dureté supérieures. Il convient donc parfaitement à la fabrication de pièces porteuses.

A l'inverse, l'alliage de Zamak 3 est plus ductile. Il supporte des pliages complexes et difficiles.

Comparaison des applications

Le Zamak convient aux pièces pour lesquelles la stabilité dimensionnelle est nécessaire. Par exemple, les supports de moteurs automobiles et les corps de vannes industrielles.

Alliage de coulée sous pression à faible coût, le Zamak Three permet de fabriquer des pièces à surface lisse. Comme des jouets ou des pieds de lampe décoratifs.

Facteurs de sélection :

• Résistance par rapport au coût : Le Zamak est environ 12% plus cher que le Zamak 3. Cependant, il peut durer jusqu'à 50% dans des environnements difficiles.
• Résistance à la corrosion : Le zamak 3 offre une meilleure résistance à la corrosion et est idéal pour les robinets côtiers. Le zamak 5 offre quant à lui une bonne résistance à l'usure dans des pièces telles que les engrenages usinés.
• Type de charge : La plus grande dureté du Zamak 5 lui permet de rivaliser avec les charges dynamiques (par exemple, les engrenages, les composants de pompes). Le Zamak 3 convient bien aux éléments statiques tels que les garnitures de décoration.
• Finition de la surface : Le zamak 3 donne une finition très attrayante et polie, qui répond aux besoins des fermoirs de bijouterie. Le zamak 5, quant à lui, doit être recouvert d'une couche supplémentaire pour obtenir un aspect esthétique.
• Conformité réglementaire : Le Zamak 5 est conforme à la norme ASTM B240 pour l'automobile. Il permet de fabriquer des pièces résistantes à la chaleur. Le Zamak 3 est conforme à la norme ISO 301 pour les produits sensibles aux coûts.

Processus de fabrication du zamak 5

Processus de moulage sous pression

Le moulage sous pression en chambre chaude fonctionne bien avec les alliages de zinc et d'aluminium, et le Zamak five peut donc être coulé dans ce type d'alliage. Il a des points de fusion bas et peut être chauffé à 400°C pour une fluidité optimale.

L'alliage en fusion est injecté dans la cavité du moule en acier. Les fabricants appliquent une pression de 1000 à 3000 bars. Il prend une forme solide en quelques secondes, avec des tolérances serrées.

Cette technique peut être utilisée pour une production plus importante et permet d'obtenir des surfaces lisses (1,6 µm). Elle permet également de réduire les besoins de post-traitement.

La coulée de zinc est une méthode de fabrication très abordable. C'est pourquoi elle est choisie par la plupart des plates-formes de production de masse. Il s'agit notamment des supports automobiles ou des boîtiers d'électronique grand public.

Paramètres du processus

Les paramètres importants sont les suivants :

• Pression d'injection (700-1000 bar). Elle permet d'éviter les défauts,
• Température de la matrice (150-200°C) pour éviter un refroidissement prématuré
• Les taux de refroidissement (50°C/s) permettent d'obtenir une taille de grain raffinée (0,02 mm).

Il est important d'ajuster ces étapes pour obtenir des résultats réels. Il augmente les propriétés mécaniques telles que la résistance à la traction.

Ces paramètres permettent également d'éviter les variantes dans les pièces. Des systèmes de refroidissement appropriés réduisent les défauts internes et améliorent la résistance à la fatigue.

Usinage et finition

La qualité Zamak 5 peut être usinée à des vitesses de coupe de 150m/min. Ses vitesses d'avance fluctuent autour de 0,1 mm par tour. Cela dépend de l'outil en carbure.

Les canaux de refroidissement à base d'eau éliminent la chaleur excessive. Cela permet également de réaliser des filetages ou des rainurages très précis.

La fabrication de pièces avec une finition de haute qualité est l'une des étapes les plus importantes. Après galvanoplastie, les pièces résisteront mieux à la corrosion.

Parmi les différentes options de finition, les fabricants appliquent un revêtement en poudre sur la quincaillerie architecturale pour lui conférer une finition durable. Par ailleurs, des couches de peinture adhèrent parfaitement à des objets décoratifs tels que les pieds de lampe.

Tout ce qui précède, concernant l'impact sur l'environnement, est beaucoup plus important. Adoptez donc des pratiques respectueuses de l'environnement. Par exemple, des systèmes d'eau en circuit fermé peuvent être utilisés pour appliquer les couches de poudre.

Conclusion :

Le zamak 5 est un métal à base de zinc. Il contient de nombreux éléments tels que l'aluminium, le magnésium et le cuivre. C'est pourquoi il présente un meilleur rapport poids/résistance, une meilleure résistance à la corrosion et une excellente coulabilité. Vous utilisez des techniques de moulage sous pression pour répondre aux demandes de production de masse. Il est rentable et plus performant que des alternatives comme le Zamak 3 ou l'aluminium.