A nyomóöntéshez használt cinkötvözetek közé tartozik a Zamak 2, Zamak 3, Zamak 5 és ZA8. A Zamak 2 3,8-4,3% alumíniumot, 2,7-3,3% rezet és 0,035-0,06% magnéziumot tartalmaz, szakítószilárdsága 328 MPa. A Zamak 3 rézmentes (<0,03%), 3,8-4,3% alumíniumot és 0,035-0,06% magnéziumot tartalmaz, szakítószilárdsága 283 MPa. A Zamak 5 3,8-4,3% alumíniumot, 0,7-1,1% rezet és 0,035-0,06% magnéziumot tartalmaz, és 310 MPa szakítószilárdságot kínál. A ZA8 8,2-8,8% alumíniumot, 0,9-1,3% rezet és 0,02-0,035% magnéziumot tartalmaz, 386 MPa szakítószilárdságot és jobb hőstabilitást kínál.

Szeretné látni, miért választják őket az olyan nagy volumenű iparágak, mint az autóipar, a fogyasztási cikkek vagy az elektronika? Merüljön el ebben a cikkben, hogy részletesen megismerje a cinkötvözetek működését és előnyeit.

A cinkötvözetek osztályozása

A cinkötvözetek különböző kategóriákba tartoznak. Mivel különböző elsődleges ötvözőelemeket tartalmaznak, tulajdonságaik is eltérőek. Így meghatározhatók mechanikai tulajdonságaik, öntési viselkedésük és ipari alkatrészeik. Fedezzük fel a legfontosabbakat.

Zamak 2 ötvözet

Összetétel:

A Zamak 2 elsődleges elemként cinket tartalmaz. Ezenkívül 3,8-4,3% alumínium, 2,7-3,3% réz és 0,035-0,06% magnézium is található benne. Más ötvözeteknél magasabb a réz mennyisége. Ennek következtében nő a keménység és a kopásállóság.

Tulajdonságok:

328 Mpa a Zamak 2 szakítószilárdsága. A keménység 100 HB. A nagyobb mennyiségű réz stabil alfa-béta sárgaréz fázis.

Ez azt jelenti, hogy ezek az ötvözetek méretstabilitással rendelkeznek. Amelyben pontos eredményeket kaphat a megszilárdulásból.

Alkalmazások:

A nagy igénybevételnek kitett helyzetekkel foglalkozó alkatrészek zamak 2 anyagból készülnek. Például fogaskerekek, zárak és ipari gépalkatrészek.

Bináris eutektikus fázisok cinkben gazdag dendritek felgöngyölítése. Ez az ötvözet mikroszerkezetének egyedülálló jellemzője. Ez a kopásállósági igények szempontjából is előnyös.

Zamak 3 ötvözet

Összetétel:

A Zamak 3 ötvözet kisebb mennyiségű rezet (<0,03%) tartalmaz, valamint 3,8-4,3% alumíniumot és 0,035-0,06% magnéziumot.

Ez az ötvözet megkülönböztethető a többi zamak ötvözettől, mivel szinte nulla a réz jelenléte.

Tulajdonságok:

A Zamak 3 kiváló alakíthatóságának oka a 283 MPa szakítószilárdság és a 20% nyúlás. A magnéziumkeverék segít finomítani a cink szemcsehatárait. Következésképpen a finom szemcsés szerkezet elkerüli a repedéseket a hűtési folyamat során.

Alkalmazások:

Ezek az ötvözetek kompakt méretű vagy bonyolult alakú alkatrészekhez illenek. Például cipzárak, játékkerekek és elektromos csatlakozók.

Mikroszerkezetéről szólva, bonyolultabb dendritek jellemzik. A Zamak 2-vel összehasonlítva 20-40 μm térköz van a dendritben. Így az ötvözetekkel rendkívül specifikus alkatrészek önthetők.

Zamak 5 ötvözet

Összetétel:

A Zamak 5 ötvözetében 3,8 - 4,3% alumínium, 0,7 - 1,1% réz és 0,035 - 0,06% magnézium található. Emellett mérsékelt réztartalommal rendelkezik. Ez a Zamak 2 és a Zamak 3 között mozog.

Tulajdonságok:

A Zamak ötvözetek olyanok, amelyek kiegyensúlyozott szilárdsággal (310 MPa szakítószilárdság) és önthetőséggel rendelkeznek. Réz-alumínium intermetallikus képződménnyel is rendelkezik. Ez az, amit a réz hozzáadása tesz, ami 91 HB-ig növeli a keménységét.

Alkalmazások:

A Zamak 5 jól használható autóipari alkatrészek (ajtókilincsek, karburátoralkatrészek) és vasalatok gyártásához. Összetételének szerkezete jobb folyékonyságot biztosít, ami kisebb porozitást eredményez.

ZA8 ötvözet

Összetétel:

A ZA8 ötvözet összetételében 8,2 - 8,8% alumínium, 0,9 - 1,3% réz és 0,02 - 0,035% magnézium van jelen. A zamak ötvözetektől a túlzott mennyiségű alumínium miatt különbözik.

Tulajdonságok:

A ZA8 120 °C-on működik. Szakítószilárdsága 386 Mpa. Ennek az ötvözetnek a 40% mikroszerkezete alumínium-cink eutektikus fázisból áll. Egy másik jellemzője a kúszásállóság javítása.

Alkalmazások:

Nagynyomású öntött alkatrészeket gyárthat ZA8 ötvözetből. Például szivattyúházak és konzolok. Hőstabilitást biztosít, mivel a szerkezetében 50-80 μm távolságban lévő dendritek találhatók.

Superloy

Összetétel:

A cink szuperötvözet kategóriája 6,6 - 7,2% alumíniumból, 3,2 - 3,8% rézből és <0,005% magnéziumból áll. Ennek az ötvözetnek a magasabb réz eleme a sárgarézhez hasonlít. Ez azért van, mert ugyanolyan előfeszítéssel rendelkezik.

Tulajdonságok:

A réz-alumínium tartalom kicsapódik a Superloy 120 keménységének elérésében. Alfa- és bétafázisok keverékét tartalmazza. Ezért a szakítószilárdságuk olyan jó, mint 440 Mpa.

Alkalmazások:

Ez a fajta cinktartalom alkalmas nagy igénybevételű alkatrészek, például motortartók és ipari szerszámok öntésére. Lassan szilárdul meg. Ez azt jelenti, hogy ennek eredményeként elősegítik a dendritikus szerkezet kialakulását.

AcuZinc 5 ötvözet

Összetétel:

2,8 - 3,3% alumínium, 5,0 - 6,0% réz és 0,025 - 0,05% magnézium kombinációja alkotja az AcuZinc 5 ötvözetet. A legtöbb cinkötvözethez képest túlzott réztartalmat tartalmaz.

Tulajdonságok:

A magasabb réztartalom réz-cink mátrixot képez. Ez 350 Mpa szakítószilárdságot jelent. A magnéziumtartalom a szerkezetek finomítására szolgál. Csökkenti a zsugorodás kockázatát is.

Alkalmazások:

Ez a cinkfém különösen hasznos csapágyak és perselyek készítéséhez. Ez a használt gépi berendezés. Van egy terner eutektikus fázis. Ez úgy működik, hogy alacsony, akár 0,1-0,15 súrlódási együtthatót generál.

A cinkötvözetek tulajdonságai

Mechanikai tulajdonságok

A cinkalapú ötvözetek szakítószilárdsága 283 Mpa (Zamak 3) és 440 MPa (Superloy) között ingadozik. A nyúlás értéke 10-20%.

Hasonlóképpen, a Zamak 5 ötvözet 310 MPa szakítószilárdsággal és 91 HB keménységgel rendelkezik.

A cinkből öntött alkatrészek sokkal nagyobb szilárdságot mutatnak (15%), mint a homokba öntöttek. A homoköntés a formák változatosságát is okozza, mert korán lehűl.

A ZA8 fém a nagy igénybevételekkel szemben is felveszi a versenyt. Ezáltal ideális az olyan nagy terhelésű alkalmazásokhoz, mint a szivattyúházak.

Korrózióállóság

A korróziós mechanizmus (a képen látható) a cinkötvözetek elektrokémiai viselkedését mutatja be. Amelyben az anódoknál cink-oxid (Zn → Zn²⁺ + 2e-).

Az oxigén redukciójának oka a katódok miatt van (O₂ + 2H₂O + 4e- → 4OH-). Amikor védőréteg képződik, a kloridionok (Cl-) oldható ZnCl₂-t termelnek. Ez megbontja ezt a réteget, és 0,1-0,5 mm/év körüli lyukacsosodást okoz.

A cinkfém (Zamak) alumíniumtartalma stabilizálja ezt a pajzsot. Ennek oka a korrózióval szembeni ellenálló képessége (30%).

Eközben a tengeri környezetben a rézelemek miatt megnövekszik a mésztelenítés kockázata.

Termikus és elektromos tulajdonságok

A hőtágulási együttható esetében a zamak 23 × 10-⁶/°C (ZA8) és 29 × 10-⁶/°C között van. Az ötvözőelemek hozzáadása megváltoztatja vagy csökkenti a tényleges elektromos vezetőképességet.

Például a zamak 3-ban több réz hozzáadása a zamak 2 kialakításához 28% IACS-ről 26%-re csökken.

Ezen ötvözetek hőstabilitása 110-125 W/m-K körül (100°C alatt) azonban nem változik. Emiatt sokféle alkatrészhez, többek között hűtőbordákhoz is alkalmasak.

Fáradási ellenállás

Eddig minden cinkfémötvözetnek megvoltak a fáradási ellenállási határértékei. Ez a zamak 3 120 Mpa és a Superloy 180 Mpa között ingadozik.

Az öntési technikák akár 20%-vel is javítják a fáradási ellenállást. Ez azért van, mert összenyomja a maradó feszültséget.

Eközben más technikáknak, például a megmunkálásnak is működnie kell a feszültségmentesítő lágyításhoz. Annak érdekében, hogy megállítsák a kezdeti repedést

Zamak 2, 3, 5, ZA-8, Superloy és AcuZinc 5 összehasonlító táblázat

táblázat: Névleges összetételi tartományok (% tömeg szerint)

2. táblázat: Mechanikai tulajdonságok (tipikus öntvény értékek)

3. táblázat: Fizikai tulajdonságok

A cinkötvözet (Zamak 5) és az alternatív anyagok összehasonlítása

A cinkötvözetek gyártási folyamatai

A. Nyomdai öntés

Forró kamrás öntés:

A folyamat, amely az olvadt cinkötvözetet a szerszámüregbe kényszerítheti, hogy felvegye a termékprofilokat, egy forró kamra. cink öntvény. A folyadék áramoltatásához lengőnyak- és dugattyúrendszereket használ.

Ez az eljárás jól alkalmazható alacsonyabb olvadáspontú fémek öntésére. Ezért illik a cinkhez. A ciklusidő 50-100 lövés/óra.

Hidegkamrás öntés:

A hidegkamrás öntés nem olyan, mint a melegkamrás öntés; magasabb olvadáspontú ötvözeteknek felel meg. Külön kemencében olvasztják meg a fémet, és kézzel öntik a szerszámba.

Ez sokkal lassabb, mint a forró kamrás öntés, és óránként 20-40 lövést is produkálhat. A cinköntésű ötvözetekben azonban kevesebb a vasszennyeződés.

B. Gravitációs öntés

A gravitációs öntési eljárás során a fémművesek természetes konvekcióval hűtik le az öntvényeket. Ehhez 1-10 °C/s hűtési sebességet állítanak elő.

Durva dendritek keletkeznek, amelyek szintén csökkentik a szakítószilárdságot az öntött tárgyakhoz képest. Ez azonban fenntartja a képlékenységet, sőt, javítja azt.

C. Homoköntés

Az öntés legnépszerűbb és legegyszerűbb módja a homoköntés. Kevesebb munkaerőre és csak kevesebb kulcsfontosságú lépésre van szükség a cinkalkatrészek öntéséhez.

Ennek során a gyártók olvasztott cinket öntenek a csiszolószerszámba, és megvárják, amíg lehűl. Ezután a szerszámot kinyitják, hogy kivegyék a kész alkatrészt.

A homokformázás sok órát vesz igénybe, és lassan, 0,1-1 °C/s körül hűl le. Ez az oka a nagy eutektikus fázis kialakulásának. A ZA27 homoköntésű alkatrészek legfőbb előnye, hogy jobb hőstabilitással rendelkeznek, mint a fröccsöntés.

D. Felületkikészítés

A felület nagyon fontos az ötvözetek minőségének és tulajdonságainak javítása szempontjából. Például a galvanizálás (5-15μm cink-nikkel) ötször jobban megállítja a korróziót.

A szép megjelenés érdekében a porbevonat (50-80μm) értékes. Az olyan ötvözetek számát is növeli, amelyek túlélik az 500+ órás sós permetezési teszteket, mint pl. ASTM B117.

E. Megmunkálás

Az olyan cinkötvözetek, mint a Zamak 3 ólommentes összetétele a 80% jobb megmunkálhatóságot biztosít, mint a szabadon vágható sárgaréz. Emellett 0,8-1,6 μm Ra értékkel csökkenti a felületi érdességet.

A nagy réztartalmú ötvözetek, amelyek koptató hatású intermetallikus anyagokat tartalmaznak, azonban, mint a Zamak 2, keményfém szerszámokat igényelnek a megmunkáláshoz.

F. Újrahasznosítás

A cinkötvözetek élettartamuk lejárta után újrafelhasználhatók, mivel 100% újrahasznosítható tulajdonságokkal rendelkeznek. Újraolvadnak 420-450 °C-on. Az olvadék tömegének <2% -re csökkentheti a korpa előfordulását, ha a megfelelő folyósításra összpontosít. Az ötvözet 7+ újraolvasztási cikluson keresztül is képes megőrizni a mechanikai tulajdonságokat.

A cinkötvözetek előnyei

Költséghatékonyság

A cinkötvözetek akár 40-60% megtakarítást is eredményezhetnek az alumíniumhoz vagy rozsdamentes acélhoz képest a kompakt méretű alkatrészek gyártása során. Általában 2,50-3,50/kg költséggel szemben a helyettesítő anyagok 5-8/kg-os költségével.

Emellett a szerszámöntési lehetőségek választéka is csökkenti az arányát. Az árak azonban az ötvözet típusai, a projektek vagy más gyártási igények alapján változnak.

Korrózióállóság és tartósság

A Zamak a sós permetezéses tesztek során 500 óránál is tovább bírja a sós permetezéses teszteket, összehasonlítva a lágyacéllal (10x). A tengeri cink alkalmazásai például nagyon alacsony mértékben korrodálnak, akár <0,1 mm/év a tengerparti környezetek.

Nagy szilárdság-tömeg arány

A jó szakítószilárdság mellett a cinkötvözetek alkatrészei 6,6-7,1 g/cm³ sűrűséget adnak. Ez lehetővé teszi a hasonló szilárdságot. Az öntöttvas sűrűsége 7,2 g/cm³. Ehhez képest 20% kisebb tömeggel működik.

Csökkentési kapacitás

A cink hasznos az autóipari tartóelemek és gépalapok gyártásához. Ennek oka, hogy 30% több rezgést képes csillapítani, mint az olyan alternatívák, mint az alumínium. Akár 15-20 dB-re is csökkentik a zajt.

A cinkötvözetek kihívásai és korlátai

Korróziós mechanizmusok

Ezekben az ötvözetekben galvánkorrózió léphet fel, ha nemesebb fémek, például acél is jelen van. A kloridokban gazdag környezetek lyukaképződést okoznak (0,1-0,3 mm/év).

A több alumíniumot tartalmazó ötvözetek 60 °C felett küzdenek a szemcseközi korrózióval.

Magas hőmérsékletű teljesítmény

Ezek az ötvözetek 150°C-on (Zamak) 40%-ig, 200°C-on (ZA-8) pedig 60%-ig veszítenek szilárdságukból. A hőciklikus ciklizálás miatt bekövetkező mikroszerkezeti durvulás 100 ciklusonként eltér a méreteltolódástól.

Toxicitási aggályok

A cinkgőznek való kitettség fémgőzlázat okoz. Szintén fontos az OSHA szellőztetés a kadmiumnyomok esetében. A cink olvasztása során P100 szűrőkkel ellátott egyéni védőfelszerelésre és füstgázelszívásra van szükség.

Kúszásállóság

A ZA-27-ben a kúszófeszültség 1000 óra után eléri a 0,5% értéket, 50 mpa nyomáson működve. A legtöbb összetett konstrukció a feszültséget a folyáshatárra csökkenti. A deformáció kezelésére bordás megerősítést alkalmaznak.

Következtetés

A cinkötvözetek nagyon fontos szerepet játszanak a különböző alkalmazások gyártásában. Költséghatékony, mégis kiváló önthetőséget és korrózióállóságot biztosít. Más fémekhez hasonlóan ezek is rendelkeznek bizonyos korlátokkal, de sokoldalúak és újrahasznosíthatók. Biztosítsa a tartósságot a különböző ipari ágazatokban az Ön által választott fémmel.