Zamak 5 относится к категории цинковых сплавов. Zamak 5 - это сплав цинка с 3,5-4,3% алюминия, 0,03-0,08% магния и 0,75-1,25% меди. Прочность на разрыв 330 МПа, плотность 6,7 г/см³, температура плавления 380-385°C. Используется для литья под давлением высокопрочных деталей в автомобильной, аэрокосмической промышленности и производстве товаров народного потребления.

В этой статье вы узнаете о процессе литья, физических, механических и химических свойствах, а также об основных преимуществах этого материала.

Состав и свойства замака 5

Химический состав замака 5

Сплав на основе цинка, Zamak 5 состоит из четырех элементов. Это цинк, алюминий, медь и магний. Эти элементы вносят существенные изменения в его характеристики.

Цинк (96-98%):

Цинк является основой сплава Zamak five. Он хорошо подходит для литья под давлением благодаря низкой температуре плавления. Выбирайте цинк чистотой 99,99%. Это связано с тем, что примеси в сплавах влияют на механические свойства деталей.

Например, свинец (более 0,003%) или кадмий (более 0,002%) могут ослабить или расколоть детали. Кроме того, цинк в чистом виде хорошо противостоит коррозии.

Алюминий (3,5-4,3%):

Вклад алюминия в Zamak 5 заключается в его упрочнении за счет улучшения микроструктуры. В процессе затвердевания алюминий образует интерметаллические фазы. В результате он улучшает структуру и повышает прочность.

Например, на приведенном изображении твердый раствор показывает, что богатая цинком часть застывает при 381°C. В то же время фаза, богатая Al, образуется при достижении температуры 277°C.

Фаза намеренно диктует твердые и вязкие области. Это связано с тем, что добавление алюминия ниже 3,5% вызывает трещины, а при превышении 4,5% повышает хрупкость и увеличивает вероятность разрушения.

Магний (0,03-0,08%):

Содержание магния в Zamak five блокирует примеси на границах зерен. Именно поэтому он позволяет избежать межкристаллитная коррозия. Кроме того, его добавление делает текучесть сплава намного лучше, равномерно заполняя форму при литье.

Избыточное количество магния не подходит для горячего камерного литья под давлением (при 385°C). Из-за его окисления на поверхности появляются темные пятна. Это требует очень строгого контроля во время работы.

Медь (0,75-1,25%):

Медь в сплаве Zamak 5 усиливает его способность. Они могут выдерживать высокие температуры. В частности, когда она составляет около 150°C. Структура сплава стабилизируется. Это, следовательно, повышает его сопротивление ползучести по сравнению с цинком без меди.

Медь также способствует сохранению механических свойств сплава. Она замедляет его старение, которое длится более 10 лет.

Кроме того, избыточное использование меди свыше 1,25% приводит к хрупкости, а пониженное количество вызывает удлинение до 30% и наоборот.

Физические свойства замака 5

Плотность:

Прочность на разрыв у Zamak 5 составляет 6,7 г/см³. Его плотность влияет на вес, поэтому он на 15% легче, чем сталь (7,85 г/см³). Однако по сравнению с алюминиевым сплавом (2,7 г/см³) он на 60% тяжелее.

Температура плавления:

Сплав Zamak 5 в основном содержит более низкие температуры плавления, которые находятся в диапазоне от 380°C до 385°C. В результате они также потребляют на 25% меньше энергии, чем алюминиевые.

Кроме того, в процессе литья содержимое Zamak 5 застывает очень быстро, в течение 0,8 секунды. Это позволяет завершить один цикл литья примерно за 20 секунд.

Прочность на разрыв, предел текучести, удлинение:

Предел прочности на разрыв составляет около 330 МПа в Zamak 5. Также он имеет предел текучести 220 мпа. Однако сплав может растягиваться до 7-10% перед разрывом.

Кроме того, прочность на разрыв падает при температуре 150°C и выше. Это происходит из-за термического размягчения или микроструктурных изменений.

Кривая напряжения-деформации на изображении показывает линейные упругие участки. Это около 220 МПа. Также за ней следует пластическая деформация.

Увеличение предела прочности при растяжении в сплаве 15% происходит из-за меньшего размера зерна (0,02 мм). Оно блокирует движение дислокаций.

Механические свойства замака 5

Твердость:

Марка Zamak 5 имеет твердость 91 hb (твердость по Бринеллю). Для получения этого показателя необходимо надавить на 10-миллиметровый стальной шарик с силой 295 Н. Этот процесс длится 15 секунд, оставляя вмятину размером 3,2 мм.

Твердость поверхности предотвращает появление царапин. Благодаря этому сплав подходит для изготовления таких предметов, как декоративные или дверные ручки.

Устойчивость к ударам:

Ударная вязкость по Шарпи для марки Zamak 5. Она может составлять 53 Дж при температуре 20. Однако при снижении пластичности до -20°C этот показатель снижается до 35 Дж.

Прочность марки имеет значение, когда необходимо изготовить детали, подверженные вибрации.

Усталостная прочность:

Zamak 5 выдерживает циклические нагрузки до 100 Мпа в течение 1 миллиона циклов. Однако шероховатая поверхность (Ra > 1,6 мкм) или острые края влияют на предел и приводят его к 70 Mpa. Конкурируя с постоянной вибрацией, zamak5 подходит для оборудования стиральных машин.

Преимущества сплава Zamak 5

Высокое соотношение прочности и веса

Соотношение прочности и веса цинково-алюминиевого сплава Zamak 5 составляет 49 Мпа. Он обладает хорошей прочностью на растяжение и плотностью. Это намного выше (30%), чем у алюминия марки A380, и примерно на 50% легче, чем у меди C93200.

Кроме того, по ударной вязкости сплав Zamak 5 53 Дж опережает алюминий A380 (40 Дж) и ZA-12 (45 Дж). Именно этим обусловлена пригодность данной марки для изготовления легких и высокопрочных деталей. Это могут быть корпуса дрелей и велосипедные педали.

Хорошая коррозионная стойкость

Воздействие влажности (85% RH) или соленой среды может привести к появлению ржавчины на деталях. В этом случае химические составы (0,08% магния) предотвращают появление ржавчины.

Этот металл выдерживает испытания соляным туманом в течение 500 часов и, что удивительно, показывает эрозию поверхности менее 0,1 мм.

Такие сорта обычно хорошо противостоят коррозии в морском оборудовании. Например, они могут остановить коррозию без покрытий в таких деталях, как лодочные колышки и палубные петли.

Отличная литейная способность

Zamak 5 заполняет форму с текучестью 95%. Он обладает отличной литейной способностью, являясь сплавом, позволяющим создавать замысловатые формы. Например, из него можно изготовить часовую шестеренку с зубцами 0,5 мм или петлю для ноутбука.

При литье получаются детали с очень толстыми стенками, поэтому им требуется меньше времени на охлаждение. Это также снижает производственные затраты до 40%, в отличие от латуни, обрабатываемой на станках с ЧПУ.

Высокая пластичность

Without breaking, a Zamak 5 alloy is stretchable, around 7-10%. Its high ductility enables cold forming. That is needed for plumbing elbows or electrical connectors to prevent cracks. This kind of machinability aids in secondary operations (threading or drilling).

Applications of Zamak 5

Автомобильная промышленность

Zamak 5 alloy makes automotive parts. That includes injector nozzles, sensor housings, and transmission brackets.

It gives dimensional stability (tolerance) up to ±0.05 mm in parts like engine mounts. So that they perfectly fit, competing against the highest vibrations.

Аэрокосмическая промышленность

Because of the mechanical attributes of Zamak 5, manufacturers make noncritical parts like cabin light bezels or air vent slats. However, it limits its use below 150°C temperatures.

Construction Industry

Construction sectors use Zamak 5 to make door handles, window locks, or even roofing brackets. They benefit from its fine, polished look.

Fingerprints and tarnish can damage faucet handles’ appearance, which is exactly why you need to apply chrome coatings.

Consumer Goods Industry

Zamak 5 is a high-strength grade. This can shape camera lens mounts, blenders, bases, and zipper sliders. Also, it has good weldability.

This means laser types can work on components like seams in smartphone frames at 200 mm/min. That is the reason for its reduced assembly cost.

Difference Between Zamak 5 and Zamak 3

1. Comparison of Chemical Composition:

The major difference is that the Zamak 5 contains copper. This is why it increases high-temperature resistance.

Meanwhile, the Zamak 3 has very little copper. However, it is for improved castability and corrosion resistance in environments like humid.

2. Comparison of Mechanical Composition:

Zamak 5 has a better and higher amount of strength and hardness. So these go well for manufacturing load-bearing parts.

Conversely, there is higher ductility in the alloy of Zamak 3. It supports complex and difficult bends.

Comparison of Applications

Zamak suits parts in which dimensional stability is necessary. For example, automotive engine brackets and industrial valve bodies.

Low-cost die-casting alloy, Zamak Three manufactures smooth surface parts. Like toys or decorative lamp bases.

Selection Factors:

• Strength vs. Cost: Zamak is around 12% more costly than Zamak 3. However, it lasts up to 50% in harsh environments.
• Corrosion Resistance: Zamak 3 offers better corrosion resistance and is ideal for coastal faucets. Meanwhile, zamak 5 gives good wear resistance in parts like machined gears.
• Load Type: The presence of higher hardness in Zamak 5 enables it to compete with dynamic loads (e.g., gears, pump components). Zamak 3 works well for static items like decorating trim.
• Surface Finish: Zamak 3 gives a very attractive and polished finish, which meets the needs of jewelry clasps. Meanwhile, zamak 5 needs additional layering of coating to produce an aesthetic look.
• Regulatory Compliance: Zamak 5 meets the ASTM B240 rule for automotive. It makes heat-resistant parts. Zamak 3 follows iso 301 standard working for cost-sensitive goods.

Manufacturing Process of Zamak 5

Процесс литья под давлением

Hot chamber die casting works well with zinc-aluminum alloys, so the Zamak five can be cast in it. It has low melting points and can heat up at 400°C for optimal fluidity.

The molten alloy is injected into the mold cavity made of steel. The manufacturers apply 1000 to 3000 bar pressure. It takes on solid form in a few seconds, containing tight tolerances.

This technique can work for larger production, gaining smooth surfaces (1.6 µm). It also lessens post-processing needs.

Zinc casting is a very affordable manufacturing method. This is why it is chosen by most mass-productive platforms. That includes automotive brackets or consumer electronics housings.

Process Parameters

The important parameters are:

• Injection pressure (700–1000 bar). It prevents defects,
• Die temperature (150–200°C) to avoid premature cooling
• Cooling rates (50°C/s) support refined grain size (0.02 mm).

Adjusting these steps is important to get actual output results. It increases mechanical properties like tensile strength.

These parameters also prevent variant variables in parts. Appropriate cooling systems reduce internal defects and improve fatigue resistance.

Machining and Finishing

Zamak 5 grade can be machined at cutting speeds of 150m/min. Its feed rates fluctuate around 0.1 mm/ revolution. That depends on the carbide tool.

Cooling channels that are water-based take away excessive heat. That alternatively supports highly accurate threading or grooving.

Making parts with a high-quality finish is one of the most required steps. After electroplating, the parts will resist corrosion better.

In various finishing options, manufacturers apply powder coating to architectural hardware to add a durable finish. Meanwhile, coatings of paint perfectly adhere to decorative items like lamp bases.

All of the above, concerning environmental impact, is much more important. So, adopt eco-friendly practices. For example, closed-loop water systems can be used to apply powder layers.

Заключение:

Zamak 5 is a zinc-based metal. It contains many elements like aluminum, magnesium, and copper. This is why they have a better strength-to-weight ratio, corrosion resistance, and excellent castability. You use die-casting techniques to meet mass production demands. It is cost-effective and outperforms alternatives like Zamak 3 or aluminum.