Zamak 5 maakt deel uit van de categorie zinklegeringen. Zamak 5 is een zinklegering met 3,5-4,3% aluminium, 0,03-0,08% magnesium en 0,75-1,25% koper. Het heeft een treksterkte van 330 MPa, een dichtheid van 6,7 g/cm³ en een smeltpunt van 380-385°C. Het wordt gebruikt voor het spuitgieten van onderdelen met hoge sterkte in de auto-industrie, ruimtevaart en consumptiegoederen.

In dit artikel lees je meer over het gietproces, de fysische, mechanische en chemische eigenschappen en de belangrijkste voordelen.

Samenstelling en eigenschappen van Zamak 5

Chemische samenstelling van Zamak 5

Zamak 5 is een legering op basis van zink en bestaat uit vier elementen. Dat zijn zink, aluminium, koper en magnesium. Deze elementen zorgen voor significante veranderingen in de prestaties.

Zink (96-98%):

Zink is de basis van de Zamak vijf legering. Het gaat goed samen met spuitgiettechnieken vanwege het lage smeltpunt. Kies voor zink dat 99,99% zuiver is. Onzuiverheden in legeringen hebben namelijk invloed op de mechanische eigenschappen van onderdelen.

Zo kan lood (boven 0,003%) of cadmium (boven 0,002%) onderdelen verzwakken of scheuren. Bovendien is zink in zuivere vorm goed bestand tegen corrosie.

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

De bijdrage van aluminium in Zamak 5 is om het te versterken door de microstructuur te verfijnen. Tijdens het stollen vormt aluminium intermetallische fasen. Hierdoor wordt de structuur verfijnd en de sterkte verhoogd.

In de gegeven afbeelding bijvoorbeeld, laat de vaste oplossing zien dat het zinkrijke deel stolt bij 381°C. Ondertussen vormt de Al-rijke fase zich bij 277°C.

De fase dicteert met opzet harde en taaie gebieden. Dat komt omdat het toevoegen van aluminium onder 3,5% scheuren veroorzaakt, of wanneer het 4,5% overschrijdt, het de brosheid verhoogt en de kans op breuk groter is.

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

Het magnesiumgehalte in Zamak vijf blokkeert onzuiverheden op de korrelgrenzen. Daarom is het in staat om interkristallijne corrosie. Bovendien zorgt de toevoeging ervan voor een veel betere vloeibaarheid van de legering, waardoor de mal tijdens het gieten gelijkmatig wordt gevuld.

Overmatige hoeveelheden magnesium zijn niet goed voor hete kamer spuitgieten (bij 385°C). Door de oxidatie ontstaan er donkere vlekken op de oppervlakken. Op de een of andere manier moet het zeer streng worden gecontroleerd tijdens gebruik.

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

Koper in de Zamak 5-legering versterkt het vermogen. Ze kunnen hoge temperaturen aan. Met name bij temperaturen rond de 150°C. De structuur van de legering stabiliseert. Dat verhoogt de kruipweerstand in vergelijking met zink zonder koper.

Koper zorgt er ook voor dat de mechanische eigenschappen van de legering behouden blijven. Het vertraagt de veroudering en gaat meer dan 10 jaar mee.

Ook leidt het overmatig gebruik van koper boven 1,25% tot broosheid, en de verminderde hoeveelheid veroorzaakt rek tot 30% omgekeerd.

Fysische eigenschappen van Zamak 5

Dichtheid:

Zamak 5 heeft een treksterkte van 6,7 g/cm³. De dichtheid beïnvloedt het gewicht, waardoor het 15% lichter is dan staal (7,85 g/cm³). Vergeleken met aluminiumlegering (2,7 g/cm³) is het echter 60% zwaarder.

Smeltpunt:

De Zamak 5-legering heeft in principe een lager smeltpunt tussen 380°C en 385°C. Daardoor verbruiken ze ook 25% minder energie dan aluminium.

Bovendien stolt de inhoud van Zamak 5 tijdens het gietproces zeer snel, binnen 0,8 seconden. Dat helpt ook bij het voltooien van één cyclus in ongeveer 20 seconden.

Treksterkte, vloeigrens, rek:

Zamak 5 heeft een treksterkte van ongeveer 330 Mpa. Het heeft ook een vloeigrens van 220 mpa. De legering is echter rekbaar tot 7-10% voordat deze breekt.

Bovendien daalt de treksterkte bij temperaturen van 150 °C of hoger. Dit komt door thermische verweking of microstructurele veranderingen.

De spanning-rek curve in de afbeelding toont lineaire elastische gebieden. Dat is rond 220 MPa. Er volgt ook plastische vervorming.

De toename in treksterkte rond 15% komt door de kleinere korrelgrootte (0,02 mm). Het blokkeert de dislocatiebeweging.

Mechanische eigenschappen van Zamak 5

Hardheid:

De Zamak 5 kwaliteit heeft een hardheid van 91 hb (Brinell hardheid). Het indrukken van een stalen kogel van 10 mm met een kracht van 295 N helpt bij het verkrijgen van deze meting. Dit proces duurt 15 seconden en laat een deuk van 3,2 mm achter.

De hardheid van het oppervlak voorkomt krassen. Dit maakt de legering geschikt voor voorwerpen zoals decoratieve of deurgrepen.

Schokbestendigheid:

Charpy slagvastheid van Zamak 5 kwaliteit. Die kan 53 J bedragen bij 20°C. Dit daalt echter tot 35 J wanneer de vervormbaarheid daalt tot -20°C.

De taaiheid van de kwaliteit is belangrijk als er onderdelen moeten worden geproduceerd die worden blootgesteld aan trillingen.

Vermoeiingssterkte:

Met Zamak 5 kun je tot 100 Mpa cyclische spanningen aan bij 1 miljoen cycli. Een ruw oppervlak (Ra > 1,6 µm) of scherpe randen hebben echter invloed op de limiet en leiden tot 70 Mpa. Tegen constante trillingen is zamak5 geschikt voor wasmachines.

Voordelen van de Zamak 5 Alloy

Hoge verhouding sterkte/gewicht

Zamak 5, een zink-aluminiumlegering, heeft een sterkte-gewichtsverhouding van 49 Mpa. Het heeft een goede treksterkte en dichtheid. Dat is veel hoger (30%) dan de A380 kwaliteit van aluminium en ongeveer 50% lichter dan C93200 koper.

Bovendien is de slagvastheid van Zamak 5-legering 53 J beter dan A380 aluminium (40 J) en ZA-12 (45 J). Daarom is deze legering geschikt voor lichtere onderdelen met een hoge sterkte. Dat kunnen bijvoorbeeld boorbehuizingen en fietspedalen zijn.

Goede corrosiebestendigheid

Blootstelling aan vocht (85% RH) of een zoute omgeving kan leiden tot roest op onderdelen. In dit geval voorkomen de chemische samenstellingen (0,08% magnesium) roest.

Dit metaal overleeft zoutsproeitests van ongeveer 500 uur en vertoont verrassend genoeg kans op oppervlakte-erosie van minder dan 0,1 mm.

Dit soort kwaliteiten werkt meestal goed tegen corrosie in hardware voor de scheepvaart. Het kan bijvoorbeeld corrosie tegenhouden zonder coatings in onderdelen zoals schoenplaten en dekscharnieren.

Uitstekende gietbaarheid

Zamak 5 vult de mal met vloeibaarheid 95%. Het biedt een uitstekende gietbaarheid, omdat het een legering is die ingewikkelde vormen kan maken. Je kunt er bijvoorbeeld horlogetandwielen mee ontwerpen door tanden van 0,5 mm toe te voegen of een laptopscharnier.

Gietstukken produceren onderdelen met dikkere wanden, zodat ze minder tijd nodig hebben om te koelen. Dat verlaagt ook de productiekosten tot 40%, in tegenstelling tot CNC-gefreesd messing.

Hoge vervormbaarheid

Zonder te breken is een Zamak 5-legering rekbaar, ongeveer 7-10%. De hoge vervormbaarheid maakt koud vervormen mogelijk. Dat is nodig voor loodgietersbochten of elektrische connectoren om scheuren te voorkomen. Dit soort bewerkbaarheid helpt bij secundaire bewerkingen (draadsnijden of boren).

Toepassingen van Zamak 5

Auto-industrie

De legering Zamak 5 maakt auto-onderdelen. Dat zijn onder andere injectoren, sensorbehuizingen en transmissiebeugels.

Het geeft maatvastheid (tolerantie) tot ±0,05 mm in onderdelen zoals motorsteunen. Zodat ze perfect passen en de hoogste trillingen kunnen weerstaan.

Ruimtevaartindustrie

Vanwege de mechanische eigenschappen van Zamak 5 maken fabrikanten niet-kritische onderdelen zoals kajuitlampbehuizingen of ventilatieroosters. Het gebruik is echter beperkt tot temperaturen lager dan 150°C.

Bouw

Bouwsectoren gebruiken Zamak 5 om deurklinken, raamsloten of zelfs dakbeugels te maken. Ze profiteren van de fijne, gepolijste look.

Vingerafdrukken en aanslag kunnen het uiterlijk van kraanhendels aantasten, en dat is precies waarom je chroomcoatings moet aanbrengen.

Consumentengoederenindustrie

Zamak 5 is een zeer sterke kwaliteit. Je kunt er cameralensbevestigingen, blenders, onderstellen en ritssluitingen mee maken. Het is ook goed lasbaar.

Dit betekent dat lasertypes onderdelen zoals naden in smartphoneframes kunnen bewerken met een snelheid van 200 mm/min. Dat is de reden voor de lagere assemblagekosten.

Verschil tussen Zamak 5 en Zamak 3

1. Vergelijking van chemische samenstelling:

Het grote verschil is dat de Zamak 5 koper bevat. Daarom verhoogt het de weerstand bij hoge temperaturen.

Ondertussen heeft de Zamak 3 heel weinig koper. Dit is echter voor een betere gietbaarheid en corrosiebestendigheid in vochtige omgevingen.

2. Vergelijking van mechanische samenstelling:

Zamak 5 heeft een betere en hogere sterkte en hardheid. Deze zijn dus zeer geschikt voor de productie van dragende onderdelen.

De legering van Zamak 3 heeft daarentegen een hogere ductiliteit. Het ondersteunt complexe en moeilijke bochten.

Vergelijking van toepassingen

Zamak is geschikt voor onderdelen waarbij maatvastheid noodzakelijk is. Bijvoorbeeld motorsteunen voor auto's en industriële klephuizen.

De goedkope spuitgietlegering Zamak Three maakt onderdelen met een glad oppervlak. Zoals speelgoed of decoratieve lampvoeten.

Selectiefactoren:

• Sterkte versus kosten: Zamak is ongeveer 12% duurder dan Zamak 3. Het gaat echter tot 50% mee in ruwe omgevingen.
• Corrosiebestendigheid: Zamak 3 biedt een betere weerstand tegen corrosie en is ideaal voor kranen aan de kust. Zamak 5 is daarentegen goed bestand tegen slijtage in onderdelen zoals bewerkte tandwielen.
• Type belasting: Door de hogere hardheid van Zamak 5 is het geschikt voor dynamische belastingen (bijv. tandwielen, pomponderdelen). Zamak 3 werkt goed voor statische voorwerpen zoals sierlijsten.
• Afwerking oppervlak: Zamak 3 geeft een zeer aantrekkelijke en gepolijste afwerking, die voldoet aan de behoeften van juweliersluitingen. Ondertussen heeft zamak 5 een extra laag coating nodig voor een esthetisch uiterlijk.
• Voldoet aan regelgeving: Zamak 5 voldoet aan de ASTM B240-regel voor auto's. Het maakt hittebestendige onderdelen. Zamak 3 voldoet aan de iso 301-standaard voor kostengevoelige goederen.

Productieproces van Zamak 5

Het Proces van het Matrijzenafgietsel

Hot chamber die casting werkt goed met zink-aluminium legeringen, dus de Zamak vijf kan erin gegoten worden. Het heeft een laag smeltpunt en kan worden verhit tot 400°C voor een optimale vloeibaarheid.

De gesmolten legering wordt in de gietholte van staal gespoten. De fabrikanten passen een druk van 1000 tot 3000 bar toe. Het neemt in een paar seconden een vaste vorm aan, met strakke toleranties.

Deze techniek kan werken voor grotere producties, waarbij gladde oppervlakken (1,6 µm) worden verkregen. Er is ook minder nabewerking nodig.

Zinkgieten is een zeer betaalbare productiemethode. Daarom wordt het gekozen door de meeste massaproductieplatforms. Dat geldt ook voor autobeugels of behuizingen voor consumentenelektronica.

Procesparameters

De belangrijke parameters zijn:

• Injectiedruk (700-1000 bar). Het voorkomt defecten,
• Matrijstemperatuur (150-200°C) om voortijdige afkoeling te voorkomen
• Koelsnelheden (50°C/s) ondersteunen verfijnde korrelgrootte (0,02 mm).

Het aanpassen van deze stappen is belangrijk om de werkelijke uitvoerresultaten te krijgen. Het verhoogt de mechanische eigenschappen zoals treksterkte.

Deze parameters voorkomen ook afwijkende variabelen in onderdelen. Geschikte koelsystemen verminderen inwendige defecten en verbeteren de weerstand tegen vermoeiing.

Bewerking en afwerking

Zamak 5 kan bewerkt worden met snijsnelheden van 150 m/min. De voedingssnelheid schommelt rond de 0,1 mm/omwenteling. Dat hangt af van het hardmetalen gereedschap.

Koelkanalen op waterbasis voeren overmatige hitte af. Dat ondersteunt ook zeer nauwkeurig draadsnijden of groeven maken.

Het maken van onderdelen met een hoogwaardige afwerking is een van de meest vereiste stappen. Na galvaniseren, zullen de onderdelen beter bestand zijn tegen corrosie.

In verschillende afwerkingsopties passen fabrikanten poedercoating toe op architecturale hardware om een duurzame afwerking toe te voegen. Ondertussen hechten verflagen perfect aan decoratieve voorwerpen zoals lampvoeten.

Al het bovenstaande, met betrekking tot de impact op het milieu, is veel belangrijker. Pas dus milieuvriendelijke praktijken toe. Er kunnen bijvoorbeeld gesloten watersystemen worden gebruikt om poederlagen aan te brengen.

Conclusie:

Zamak 5 is een metaal op zinkbasis. Het bevat veel elementen zoals aluminium, magnesium en koper. Daarom hebben ze een betere sterkte-gewichtsverhouding, corrosiebestendigheid en uitstekende gietbaarheid. Je gebruikt spuitgiettechnieken om aan de eisen van massaproductie te voldoen. Het is kosteneffectief en presteert beter dan alternatieven zoals Zamak 3 of aluminium.