1、鋅合金成分控制及應用 -參考資料鋅的有關知識:鋅的化學符號為Zn,原子序數為30,淺藍白色金屬。主要的礦石是閃鋅礦(ZnS), 礦石在空氣中煨燒成氧化鋅，然后用炭還原即得。如將硫化鋅在7000c左右焙燒成硫酸鋅，以鋁為陰極，鉛為陽極，使硫酸鋅溶液進行電解，在陰極上可得純度為99.5%的電解鋅。在空氣中容易氧化，但覆上一層氧化鋅即可成為保護膜，用于制鍍鋅鐵(白鐵) 、 黃銅及干電池等。鋅板密度為7.15-7.3g/cm 3,鋅鋁合金密度為6.3-6.9 g/cm 3。二、標準合金成分1、鋅錠。化學成分見表1。(GB470-83) 表1。名稱0號鋅1號鋅2號鋅3號鋅4號鋅5號鋅牌號Zn-0|Zn-

2、1:Zn-2 1Zn-3Zn-4Zn-5 1鉛(Pb)0.00310.0050.0200.0500.3001.000 鐵(Fe)0.0010.0030.0100.0200.0300.070雜鎘(Cd)0.001|0.0020.02010.0200.070.200 1質銅(Cu)0.001|0.0010.0010.0020.0020.005含錫(Sn)-0.0020.002量鋁(Al)-0.0050.005< 神(As)-0.0050.010睇(Sb)-0.010.02雜質總和0.00510.0100.0500.1000.5001.31鋅(Zn) >99.99599.9999.959

3、9.999.598.72、鋅錠的用途：如下，表2名稱牌號用途舉例0號鋅Zn-0高級合金和特殊用途1號鋅Zn-1壓鑄零件、電鍍鋅、高級氧化鋅、醫藥和化學試劑2號鋅Zn-2電池鋅片、黃銅、壓鑄件零件和鋅合金3號鋅Zn-3鋅板、熱鍍鋅和銅合金4號鋅Zn-4鋅板、熱鍍鋅、氧化鋅和鋅粉5號鋅Zn-5含鋅銅鉛合金，普通氧化鋅和普通鑄件3、鑄造鋅合金錠。化學成分見表3。(GB8738-88) 表3。牌號乙 ZnAlD4AZZnAlD4ZZnAlD4-1AZZnAlD4-1ZZnAlD4-3AZZnAlD4-3主要 成分鋁(Al)33.9-4.33.9-4.33.9-4.33.9-4.33.9-4.33.9-

4、4.3銅(Cu)-0.50-1.25 10.50-1.252.50-3.502.50-3.50鎂(Mg)0).03-0.06 10.03-0.060.03-0.06 0.03-0.060.03-0.060.03-0.06鋅(Zn)工里余量余量余量余量余量雜質 含量鐵(Fe)0.030.10.030.10.050.1鉛(Pb)0.0030.0050.0030.0050.0030.005鎘(Cd)0.0030.0030.0030.0030.0030.003錫(Sn)0.0010.0020.0010.0020.0010.002主要用途壓鑄較大鑄件及儀表、 汽車零件外殼廣泛用于壓鑄零件，用 于復雜形狀

5、鑄件廠用于壓鑄各種零件4、鑄造鋅合金。國際標準成分，見表4 表4。通用牌號2號鋅3號鋅4號鋅5號鋅8號鋅主要成分鋁(Al)3.9-4.23.9-4.23.9-4.213.9-4.2:8.2-8.8銅(Cu)2.7-2.9<0.030.3-0.40.75-1.10.8-1.3鎂(Mg)0.035-0.050.04-0.050.04-0.050.04-0.050.02-0.03鋅(Zn)余量余量余量:余量r余量雜質含量<鐵(Fe)<0.020<0.020<0.020<0.020<0.035鉛(Pb)<0.003<0.003<0.003&l

6、t;0.003<0.005鎘(Cd)<0.003<0.002<0.002 <0.002<0.005錫(Sn)<0.001<0.001<0.0011<0.001<0.002鍥(Ni)<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001硅(Si)<0.02<0.02?<0.02<0.02<0.035鈿(In)<0.0005<0.0005<0.0005<0.0005<0.0005鎧(Ti)<0.001<0.001<0.0

7、01<0.001<0.001通用牌號鋅合金機械特性：表5通用牌號2#3#4#5#ZA-8ZA-12機械特性壓鑄:壓鑄壓鑄壓鑄1砂鑄壓鑄砂鑄壓鑄極限抗拉強度（MPa）359283317328263374276-317400沖擊應力（J）4858616520422529延伸系數（%）7M0771-26-101-34-7布什硬度（HB）1008292918595-11089-10595-115抗剪強度（MPa）317214214-262262-275255296屈服強度(-0.2%,MPa)2831221221-269269200290214317抗疲勞強度（MPa）（旋轉彎曲5億次）5

8、94848-5757-103103117壓力屈服強度（-0.1%MPa）641414414-600600199252227269通用牌號鋅合金物理性能：表6通用牌號2#3#4#5#ZA-8ZA-12密度(g/cm 3)色.66.66.66.66.3r 6.0熔點（0C）379-390381-387380-386380-386375-404377-432電導率（IACS）252726-272627.728.3熱傳導率(W/m/hr/ 0C)104.7113.0108.9-113.0108.9114.7116.1熱膨脹系數 (100-200 0C,um/mm/C)27.827.427.427.42

9、3.324.2比熱(J/kg/ 0C)1418.71418.7418.7418.7435.4F 448.01縮模率（mm/mm）0.0070.0070.0070.0070.00740.0075通用牌號鋅合金選擇指南：表7通用牌號2#3#4#5#ZA-8ZA-12壓鑄性能優（E）優（E）優（E）佳（VG）r 佳（VG）沙鑄性能良（G）不建議（NR）不建議（NR）良（G）優（E）強度佳(VG):良（G）良（G）佳（VG）優（E）延展性佳(VG)優(E)佳（VG）佳（VG）良（G）抗撞力良（G）優（E）優（E）佳(VG)良（G）抗磨損佳(VG):良（G）良（G）佳（VG）優（E）切削優（E）優(E)

10、優（E）優（E）佳（VG）隱壓度優（E）優（E）優（E）佳（VG）優(E)電鍍優（E）優(E)優（E）佳（VG）良（G）陽極氧化優（E）優(E)優（E）優（E）優（E）鈍化優（E）優(E)優（E）佳（VG）良（G）噴漆優（E）優(E)優（E）優（E）優（E）尺寸穩定性佳(VG)優(E)優（E）佳（VG）佳（VG）防火花優（E）優(E)優（E）優（E）優（E）說明：性能表現排序：優(E) 佳(VG) 良(G) 可(F) 不建議(NR)E=excellent VG=very good G=good F=fair NR=not recommended通用牌號鋅合金的用途：表8用途使用合金一般選擇其它

11、選擇玩具35浴室配件34、5餐桌用具、銀器3拉鏈53、4時裝飾物（皮帶扣，鈕扣）3減壓閥3、5吊扇34家居配件（鎖、抽屜手把）35電子及電器用品34、5家庭用品53工業配件52、 8、 12運動用口口（圖爾夫球桿、魚桿轉盤）52、 8、 12 1汽車配件（鎖、支架、座位配件、化油器等）5、82、 3、 12通用牌號鋅合金性能說明：1） 3#鋅合金：一向是壓鑄業的首選材料，它最能平衡物理及機械性能的要求。其優 異的鑄造性和尺寸穩定性，使超過70%*合金壓鑄產品均使用3#鋅合金。3#鋅合金亦 特別適合電鍍、噴油及銘化等表面處理。2） 4#鋅合金：始于亞洲，銅含量介于 3#與5#之間。4#鋅合金比3

12、#更有效減少某些 壓鑄件的粘模現象，而4#鋅合金仍彳持有與3#相當的柔軟性。3） 5#鋅合金：比3#的硬度和強度更高，但柔軟性更低，如鑄件需要摺、屈、卷、窩 等變形工序時可能有影響。5#鋅合金的特性轉變是由于加入了1%勺銅。此合金鑄造性優異，對抗蠕變（高溫受力時變形）較3#鋅合金妤，同樣適合電鍍、切削加工及一般表面處理。4） 2#鋅合金：是各種低鋁鋅合金中，硬度及強度最高的。它含銅量高（3%卻會在老化時令合金的性能有一些改變，這些改變包括尺寸增加（20年后每毫米增長0.0014 毫米），減低延展性及沖擊強度。5） 8#鋅合金：為重力鑄造而發展，但現在卻普遍用于高壓壓鑄.它比3#及5#有較高的硬

13、義、強度及抗蠕變(高溫受力時變形)。8號亦適合表面處理及其他表面處理， 工序與5#相同。因此當3#t 5#的性能表現未能滿足要求時，8#的高強度及抗蠕變是 另一選擇。金利鋅合金標準成分表(參考值)金利牌號GZ2GZ3GZ4GZ5GZ8主鋁(Al)4.14.14.14.18.5要銅(Cu)2.80.0010.40.851.1成鎂(Mg)0.0450.0450.0450.0450.025分鋅(Zn) 1余量余量余量余量余量鐵(Fe)0.0020.002 |0.0020.002|0.002九鉛(Pb)0.0020.0020.0020.0020.002 鎘(Cd)；0.0010.00110.0010.

14、0011_0.001J 錫(Sn)0.00050.00050.00050.00050.0005二鍥(Ni)<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001/硅(Si)0.0050.005廠0.0050.0050.0057，一,鈿(In)<0.0005<0.0005<0.0005<0.0005<0.0005鎧(Ti)0.00030.00030.00030.00030.00035、壓鑄鋅合金：(GB/T13818-92),推薦標準，合金化學成分見表9 表9。牌號ZZnAl4YZZnAlCu1YZZnAlCu3Y代號YX040Y

15、X041YX043主要成分鋁(Al)3.5-4.3P3.5-4.33.5-4.3銅(Cu)<0.250.75-1.252.5-3.0鎂(Mg)0.02-0.06F 0.03-0.080.02-0.06鋅(Zn)余量余量余量雜 質 含 量鐵(Fe)0.10.10.1鉛(Pb)0.005r 0.0050.005鎘(Cd)0.0040.0040.004錫(Sn)0.0030.0030.003壓鑄鋅合金物理性能：見表10表10。牌號ZZnAl4YZZnAlCu1YZZnAlCu3Y代號:YX040YX041YX043抗拉強度MPa250270320'一2Kgf/mm252732伸長率)L

16、0=50123布什硬度5/250/30809095沖擊韌性Ak(J)353942三、合金中各元素的作用合金成分中，有效合金元素有鋁、銅、鎂；有害雜質元素有鉛、鎘、錫、鐵。(1) 鋁作用：改善合金的鑄造性能，增加合金的流動性，細化晶粒，引起固溶強化，提 高機械性能；降低鋅對鐵的反應能力，減少對鐵質的材料，如鵝頸管、模具、地竭的 侵蝕。鋁含量控制在3.8%-4.3%。主要考慮到所要求的強度及流動性，流動性好是獲得一 個完整、尺寸精確、表面光滑的鑄件必需的條件。鋁對流動性和機械性能的影響見 表11。流動性在含鋁量5%寸達到最大值；在含鋁量 3%寸降到最小值。鋁對沖擊強度的影響見表 6中虛線。沖擊強度

17、在含鋁量3.5%寸達至IJ最 大值；在含鋁量6%寸降到最小值。含鋁量超過4.3%,合金變脆；含鋁量低于規定范圍， 導致薄壁件充型困難，有鑄后冷卻破裂的可能。鋁在鋅合金中不利的影響是產生FeAl3浮渣，造成其含鋁量下降。,流.動性神擊強度鋁含fit卡/%表11鋁對合金流動性和機械性能的影響(2) 銅作用：增加合金的硬度和強度；改善合金的抗磨損性能；減少品間腐蝕。不利：含銅量1.25%寸，使壓鑄件尺寸和機械強度因時效而發生變化，即壓鑄后 一度收縮，繼而轉向膨脹；降低合金的可延伸性。銅含量對合金強度的影響見 表12。表12銅含量對合金強度的影響(3) 鎂作用：減少晶間腐蝕；細化合金組織，從而增加合金

18、的強度；改善使合金的 抗磨損性能。不利：含鎂量0.08%寸，產生熱脆、韌性下降、流動性下降；易在合金熔融狀 態下氧化損耗。鎂對合金流動性的影響見 表131015-表13鎂對合金流動性的影響(4) 雜質元素：鉛、鎘、錫鉛、鎘、錫使鋅合金的晶間的腐蝕變成十分敏感，在溫、濕環境中加速了本身的品 間腐蝕，降低機械性能，并引起鑄件尺寸變化。表14所示為被品間腐蝕的基體組織,表14鉛、鎘含量過高造成晶間腐蝕的顯微照片當鋅合金中雜質元素鉛、鎘含量過高，工件剛壓鑄成型時，表面質量一切正常，但 在室溫下存放一段時間（幾周至幾個月）后，表面出現鼓泡。也有的鋅合金產品放谿一 段時間后，掉到地下就破碎，就是由于鉛、錫

19、、鎘等雜質含量超過標準，引起品間腐蝕 而失效。（5）雜質元素：鐵 鐵與鋁發生反應形成Al 5Fe金屬間化合物，造成鋁元素的損耗并形成浮渣； 在壓鑄件中形成硬質點，影響后加工和拋光；增加合金的脆性。鐵元素在鋅液中的溶解度是隨溫度增加而增加，見表15所示。每一次爐內鋅液溫度變化都將導致鐵元素過飽和（當溫度下降時）或不飽和（當溫度上升時）。當鐵元素過飽和 時，處于過飽和的鐵將與合金中鋁發生反應，結果造成浮渣量增加。當鐵元素不飽和時， 合金對鋅鍋和鵝頸管材料的腐蝕將會增強，以回到飽和狀態。兩種溫度變化的一個共同 結果是最終造成對鋁元素的消耗，形成更多的浮渣。0.0 0.009 0.0080.007J

20、0.006 0.0050.004 0.003 0.002表15鐵在鋅合金中的溶解度隨溫度的變化四、合金成分在生產中的控制問題1）控制合金成分從采購合金錠開始，合金錠必須是以特高純度鋅為基礎，加上特 高純度鋁、鎂、銅配制成的合金錠，供應廠有嚴格的成分標準。優質的鋅合金料是生產 優質鑄件的保證。2）采購回來合金錠要保證有清潔、干燥的堆放區，以避免長時間暴露在潮濕中而 出現白銹，或被工廠臟物污染而增加渣的產生，也增加金屬損耗，清潔的工廠環境對合 金成分的有效控制是很有作用的。3）新料與水口等回爐料配比，回爐料不要超過50% 一般新料：舊料=70: 30。連續的重熔會使合金中鋁和鎂逐漸減少。4）水口料

21、重熔時，一定要嚴格控制重熔溫度不要超過 430C ,以避免鋁和鎂的損耗。5）有條件時，最好采用集中熔爐熔化鋅合金，使合金錠與回爐料均勻配比，熔劑 可更有效使用，使合金成分及溫度保持均勻穩定。電鍍廢品、細屑應單獨熔煉。五、熔爐溫度控制1、壓鑄溫度壓鑄用的鋅合金熔點為382-3860C,合適的溫度控制是鋅合金成分控制的一個重要因 素。為保證合金液良好的流動性充填型腔，壓鑄金鋅鍋內金屬液溫度為415-4300C,薄壁件、復雜件壓鑄溫度可取上限，厚壁件、復雜件壓鑄溫度可取下限。進入鵝頸壺的金 屬液溫度與鋅鍋內的溫度基本一致。中央熔煉爐內的金屬液溫度為430-450°。通過控制鋅鍋內的溫度就能

22、對澆注溫度進行準確的控制，并做到：1）金屬液為不含氧化物的干凈液體2）澆注溫度不波動溫度過高的害處有：1）鋁、鎂元素燒損。2）金屬氧化速度加快，燒損時增加，鋅渣增加。3）熱膨脹作用會發生卡死錘頭故障。4）鑄鐵培竭中鐵元素熔入合金更多，高溫下鋅與鐵反應加快。會形成鐵一鋁金屬 間化合物的三角顆粒，使錘頭、鵝頸壺過度磨損。5）燃料消耗相應增加。溫度過底：合金流動性差，不利于成形，影響壓鑄件表面質量。表16所示為溫度對流動性的影響。表17所示為溫度對力學性能的影響，溫度越高, 鑄件結晶越粗大，而使力學性能降低。50090350250300撓注溫度門七£后才越招W過 一 o O 6 3 (年工

23、50鯉津花生375400425表17 3#鋅合金澆注溫度對力學性能的影響壓鑄工可以根據經驗，用肉眼觀察熔液。若刮渣后覺得熔液不太粘稠，也較清亮， 起渣不是很快，說明溫度合適；熔液過于粘稠，則說明溫度偏低；刮渣后液面很快泛出 一層白霜，起渣過快，說明溫度偏高，應及時調整。2、如何保持溫度的穩定1)最佳方法之一：采用中央熔煉爐，壓鑄機熔爐保溫爐，從而避免在鋅鍋中直接 加鋅錠熔化時造成大幅度溫度變化。集中熔煉能保證合金成分穩定。2)最佳方法之二：采用先進的金屬液自動送料系統，能夠保持穩定的供料速度、 合金液的溫度及鋅鍋液面高度。3)目前生產條件是在鋅鍋中直接加料，建議將一次加入整條合金錠改為多次加入

24、 小塊合金錠，可減少因加料引起的溫度變化幅度。五、鋅渣的產生及控制通過熔煉，合金從固態變為液態，這是一個復雜的物理、化學過程。氣體與熔融金 屬發生化學反應，其中氧的反應最為強烈，合金表面被氧化而產生一定量的鋅渣。鋅渣 中含有氧化物和鐵、鋅、鋁金屬間化合物，從熔體表面刮下的鋅渣中通常含有90流右的鋅合金。鋅渣形成的反應速度隨熔煉溫度上升成指數增加。正常情況下，原始鋅合金錠的產渣量低于 1%在0.3% -0.5%范圍內；而重熔水口、 廢工件等產渣量通常在2% -5%之間。1、 鋅渣量的控制1) 嚴格控制熔煉溫度，溫度越高，鋅渣越多。2) 盡可能避免鋅鍋中合金液的攪動，任何方式的攪動都會導致更多的合

25、金液與空氣中氧原子的接觸，從而形成更多的鋅渣。3) 不要過于頻繁的扒渣。當熔融的合金暴露于空氣中時，都會發生氧化，形成鋅渣。保留爐面一層薄的浮渣有利于鍋中液體不進一步氧化。4) 扒渣時，使用一個多孔(份mm盤形扒渣耙，輕輕從浮渣下面刮過，盡可能避免合金液攪動，將刮出渣盛起，扒渣耙在鋅鍋邊輕輕磕打，使金屬液流回鋅鍋中。2、 鋅渣的處理1) 將鋅渣賣回原料供應商或專門處理廠，因為自行處理可能成本更高。2) 壓鑄廠自行處理鋅渣。需要有單獨的熔爐，鋅渣重熔溫度在420 - 440范圍內。同時加入助熔劑。熔煉100kg 渣，需加入0.5 -1.5kg 助熔劑，先均勻散發在金屬液面，隨后用攪拌器將其均勻混

26、入熔融金屬中( 約需 2 - 4min) ，保溫 5min 后，表面產生一層更似泥土類的東西，再將其刮掉。建議一般不要自己處理鋅渣，原因一：熔煉鋅渣，產生煙塵厲害，環保設備投入大，成本高，得不償失。原因二：當熔煉工藝、操作不規范時，易造成合金料質量不保證，壓鑄出來的鑄件缺陷多，生產成本更高。六、水口料、廢件重熔與使用水口料、廢料、溢流槽，報廢工件等，不宜直接放入壓鑄機鋅鍋內重熔。原因是這些水口料表面在壓鑄成形過程中發生氧化，其氧化鋅的含量遠遠超過原始合金錠，當這些水口料在鋅鍋中重熔時，由于氧化鋅在高溫條件下呈粘稠狀態，將其從鋅鍋取出時，會帶走大量的合金成分。把水口料等另外重熔，是為了將氧化鋅和

27、液體合金中有效成份分離開，熔煉中須加入一些溶劑，鑄成錠后使用。七、電鍍廢料重熔電鍍廢料應同無電鍍的廢料分開熔煉，因為電鍍廢料中含銅、鎳、鉻等金屬是不溶于鋅的，留在鋅合金中會以堅硬的顆粒物存在，帶來拋光和機加工的困難。電鍍廢料重熔中注意將鍍層物質與鋅合金溶液分開。工作程序：1) 坩堝內先裝有一定量的鋅合金液，然后在鋅合金液上面先撒上一層鋅合金灰渣，作用是利用灰渣的浮力，托起加入的電鍍廢料，使電鍍廢不能與鋅合金液接觸。加入電鍍廢料時，注意加入量。2) 當電鍍廢料受熱分解時，低熔點的鋅合金熔化后到灰渣下面的鋅液中，而熔點高的電鍍層廢物仍然留在灰渣上面。3) 撈出灰渣時，一定要注意操作，用扒渣耙輕輕撥

28、開一些灰渣，斜切入，從灰渣底部向上撈出電鍍層廢物及灰渣，不能有任何攪動，以免電鍍層廢物落入鋅合金液中。4) 把鋅合金液表面灰渣刮干凈后，再看是否需要加精煉劑處理。八、熔煉操作中注意事項1) 坩堝：使用前必須進行清理，去除表面的油污、鐵銹、熔渣的氧化物等。為防止鑄鐵坩堝中鐵元素溶解于合金中，坩堝應預熱到150 -200 ，在工作表面上噴一層涂料，再加熱到200-300 C,徹底去除涂料中水分，涂料要涂二層，涂料成分：滑石粉+6咻玻璃；石英粉+水玻璃。2) 工具：熔煉工具在使用前應清除表面臟物，與金屬接觸的部分，必須預熱并刷上涂料。工具不能沾有水分，否則引起溶液飛濺及爆炸。3) 合金料：熔煉前要清

29、理干凈并預熱，去除表面吸附的水分。為了控制合金成分，建議采用2/3 的新料與1/3 的回爐料搭配使用。4) 熔煉溫度絕對不能超過440，超過440時，對鐵坩堝、工具腐蝕大。5) 及時清理鋅鍋中液面上的浮渣，及時補充鋅料，保持溶液面正常的高度(不低于培竭面30mm因為過多的浮渣和過低的液面都容易造成料渣進入鵝頸司筒，拉傷鋼環、錘頭和司筒本身，導致卡死錘頭、鵝頸司筒和錘頭報廢。6) 用扒渣耙平靜地攪動熔液上面的浮渣，使之集聚以便取出。第 9 頁 共 11 頁九、本廠鋅合金材料說明1、本廠鋅合金壓鑄件圖紙上標注為 ZZnAlD4A,其對應國際標準牌號為3#鋅合金.目 前本廠一直實際使用牌號為 ZZn

30、AlD4-1A,其對應國際標準牌號為5#鋅合金。2、本廠使用鋅錠自行配制壓鑄用鋅合金時，標準配比成分為:對應通用牌號3號鋅5號鋅對應鑄造鋅合金錠牌號ZZnAlD4AZZnAlD4-1A標準值允許值標準值允許值以前實際使用值鋁(Al)4.13.9-4.24.13.9-4.23.9-4.3 |銅(Cu)0.001<0.030.85 0.75-1.1 0.80鎂(Mg)0.0450.04-0.050.0450.04-0.050.030 號鋅(Zn-0)余量余量余量|余量|余量說明：1)在自配壓鑄用鋅合金料時，必須使用高純度鋅合金0號鋅2)以前自配5#鋅合金料時，銅料使用白是銅包鋁(外層銅 20%中間鋁80%在保證銅用量的前提下，鋁余量用鋁皮補足用量。3、原始鋅錠及水口料名稱說明：1) 一次鋅：指自配鋅料熔好后的鋅錠或直接從外廠買回可直接用于壓鑄的原始 鋅錠。2) 二次鋅：一次鋅使用后從產品上摘下的水口料，如澆道料，排渣料等。重熔 后成為二次鋅。3) 三次鋅：二次鋅使用后從產品上摘下的水口料，如澆道料，排渣料等。重熔 后成為三次鋅。如此種