Öntött cinkötvözetek: Tulajdonságok és alkalmazások: Útmutató a típusokhoz, tulajdonságokhoz és alkalmazásokhoz

Szerző: | márc 30, 2025

öntött cinkötvözetek

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

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.

cink fáradási ellenállás vizsgálata

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)

Elem Zamak 2 Zamak 3 Zamak 5 ZA-8 Szuperloy (ILZRO 16) AcuZinc 5
Alumínium (Al) 3.9 – 4.3 3.9 – 4.3 3.9 – 4.3 8.0 – 8.8 1.0 – 1.5 5.2 – 5.8
Réz (Cu) 2.7 – 3.3 0.03 – 0.06 0.75 – 1.25 0.8 – 1.3 1.5 – 2.5 2.5 – 3.0
Magnézium (Mg) 0.02 – 0.05 0.03 – 0.06 0.03 – 0.06 0.015 – 0.03 0.01 – 0.04 0.025 – 0.05
Titán (Ti) 0.15 – 0.25
Króm (Cr) 0.05 – 0.15
Vas (Fe) max 0.02 0.02 0.02 0.03 0.02 0.02
Ólom (Pb) max 0.003 0.003 0.003 0.003 0.003 0.003
Kadmium (Cd) max 0.003 0.003 0.003 0.003 0.003 0.003
Ón (Sn) max 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001
Cink (Zn) Egyensúly Egyensúly Egyensúly Egyensúly Egyensúly Egyensúly

2. táblázat: Mechanikai tulajdonságok (tipikus öntvény értékek)

Ingatlan Egység Zamak 2 Zamak 3 Zamak 5 ZA-8 Szuperloy (ILZRO 16) AcuZinc 5
Szakítószilárdság MPa (ksi) 359 (52) 283 (41) 331 (48) 374 (54)¹ ~240-275 (35-40)
~410-450 (60-65)
Folyáshatár (0.2%) MPa (ksi) 290 (42) 218 (32) 266 (39) 290 (42)¹ ~180-220 (26-32)
~360-400 (52-58)
Keménység BHN (10mm/500kg) ~100 ~82 ~91 ~103¹ ~80-90 ~110-120
Nyúlás (% 50mm/2″-ben) % ~7 ~10 ~7 ~10¹ ~10-20 ~5-8

3. táblázat: Fizikai tulajdonságok

Ingatlan Egység Zamak 2 Zamak 3 Zamak 5 ZA-8 Szuperloy (ILZRO 16) AcuZinc 5
Olvadási tartomány °C (°F) 380-386 (717-727) 381-387 (718-728) 380-386 (717-727) 375-387 (707-728) ~378-385 (712-725)²
~379-388 (714-730)²
Sűrűség g/cm³ (lb/in³) 6.7 (0.242) 6.6 (0.238) 6.6 (0.238) 6.3 (0.227) ~6.8 (0.246)² ~6.6 (0.238)²
Hővezető képesség W/m-K (BTU/hr-ft-°F) 105 (60.7) 113 (65.3) 109 (63.0) 115 (66.5) ~110 (63.5)² ~108 (62.4)²
Elektromos vezetőképesség % IACS ~26% ~27% ~26% ~27.7% ~27%² ~26%²
Fajlagos hő J/kg-K (BTU/lb-°F) 419 (0.10) 419 (0.10) 419 (0.10) 435 (0.104) ~420 (0.10)² ~420 (0.10)²

A cinkötvözet (Zamak 5) és az alternatív anyagok összehasonlítása

Metrikus Cinkötvözet (Zamak 5) Alumínium ötvözet (A380) Magnézium ötvözet (AZ91D) Öntött sárgaréz (tipikus sárga)
Műanyaggyártás (általános)
Relatív költség (részköltség)¹ Mérsékelt Alacsony és közepes között Közepes és magas között Magas vagy nagyon magas
Alacsony és magas között (erősen volumenfüggő)
Sűrűség (g/cm³) Magas (~6,6) Alacsony (~2,7) Nagyon alacsony (~1,8) Nagyon magas (~8,4-8,7)
Nagyon alacsony (~1,0-1,5+)
Erő / merevség Jó (Kiváló erősség/tömeg) Megfelelőtől a jóig (kiváló szilárdság/tömeg) Jó és Kiváló között
Gyengétől a jóig (erősen változó)
Maximális üzemi hőmérséklet / kúszásállóság Megfelelő (korlátozott >100°C) Jó (használható ~200°C) Megfelelő (korlátozott >120°C, ötvözetfüggő) Kiváló
Gyenge és közepes között (erősen változó)
Önthetőség / alakíthatóság² Kiváló (forró kamra, vékony fal, szerszám élettartama, ciklusidő, tűrések) Jó (hidegkamra, jó folyékonyság, lassabb ciklusok, rövidebb szerszám élettartam) Nagyon jó (forró kamra lehetséges, vékony falak, gyors ciklusok, védelemre van szükség) Megfelelő (nehéz a szerszámöntés, más módszerek lassabbak)
Kiváló (fröccsöntés, összetett formák, gyors ciklusok)
Befejezési lehetőségek (bevonatolás, festés stb.) Kiváló (Legkönnyebben lemezelhető/befejezhető) Jó (eloxálás lehetséges, előkészítésre van szükség a bevonatoláshoz) Megfelelő (különleges kezelést igényel, korróziós kockázat) Kiváló (jól polírozható, könnyen bevonható)
Megfelelőtől a jóig (Integrál szín, a bevonatoláshoz/festéshez szükséges részletek)
Legfontosabb előnyök Önthetőség, megmunkálhatóság, méretpontosság, mérsékelt költségek Alacsony súly, szilárdság/tömeg, hőmérséklet-ellenállás, költség Legalacsonyabb súly, szilárdság/tömeg, önthetőség (vékony falú) Szilárdság, korrózióállóság, csapágyazási tulajdonságok, esztétikum
Legalacsonyabb tömeg, alacsony költség (nagy volumen), tervezési rugalmasság, integrált szín
Legfontosabb hátrányok Nagy sűrűség, alacsonyabb hőmérsékleti ellenállás Magasabb feldolgozási hőmérséklet/költség, alacsonyabb szerszám élettartam, mint a cinknél Költség, korrózióérzékenység, hőmérsékleti határértékek, gyúlékonysági kockázat (olvadt) Magas költségű, nagy sűrűségű, nehéz öntés
Alacsonyabb szilárdság/merevség, alacsonyabb hőmérséklet-ellenállás, kúszásállóság

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

a cinköntés hibái

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).

korróziós mechanizmus a cink-öntvényben

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.

 

Lehet, hogy tetszik még

Cinkötvözetek az öntéshez: Cink fémötvözetek 2024

Cinkötvözetek az öntéshez: Cink fémötvözetek 2024

A cinkötvözetek rendkívül költséghatékonyak. Ezek az ötvözetek jó önthetőséggel, szilárdsággal és korrózióállósággal rendelkeznek. Járművekben, konyhai mosogatókban, elektronikában és sok más termékben használják őket, ami meglehetősen kényelmessé és környezetbaráttá teszi őket. Az is várható, hogy a cinkötvözetek iránti világszintű kereslet továbbra is évi több mint 5 % sebességgel fog növekedni.

0 hozzászólás

Egy hozzászólás elküldése

hu_HUHungarian