Литейные цинковые сплавы Литейные цинковые <a href=сплавы" title="Литейные цинковые сплавы" align="left" width="200" height="150" class=""/>

При взаимодействии с другими элементами цинк не образует непрерывных твердых растворов ни с одним элементом. Только 9 элементов имеют растворимость в цинке более 1 %. Так как цинк является плохим растворителем, то для него можно подобрать только вспомогательные легирующие добавки, к которым можно отнести Li, Mg, Al, Mn, Cu, Pd, Ag, Pt, Au. Экономически целесообразно использовать только Mg, Al, Mn, Cu. Каждый из этих элементов по отдельности не может вызвать достаточно большого растворного упрочнения изза низкой растворимости. Mg, Al, Mn обладают высокими взаимными растворимостями, и их можно вводить совместно. Промышленные цинковые сплавы разработаны на базе систем Zn–Al и Zn–Al–Cu. Сведений об использовании Mn в цинковых сплавах мало. Практически во все цинковые сплавы введена добавка магния (до 0,1 %), что повышает размерную стабильность литых деталей и увеличивает коррозионную стойкость сплавов.

Диаграмма состояния базовой системы приведена ранее, на рис. 19. Максимальная растворимость алюминия в цинке составляет 2,4 ат. %, или 1,1 мас. %. В системе происходят два превращения: эвтектическое при температуре 382 °С и монотектическое при 275 °С.

Структура двойного сплава цинка с алюминием (рис. 54, а) представляет собой первичные дендритные (светлые) кристаллы ?фазы и эвтектику ?+? (остальное темное поле). При введении меди в сплаве появляются кристаллы твердого раствора меди в цинке (?фаза), а также двойная (? + ?) и тройная (? + ? + ?) эвтектики (рис. 54, б).

Литейные цинковые <a href=сплавы" title="Литейные цинковые сплавы" width="443" height="211" class=""/>

а                                                    б

Рис. 54. Микроструктура цинковых сплавов: а – Zn + 4 % Al; б – Zn + 4 % Al + 1 % Cu

Марки и химический состав литейных цинковых сплавов в соответствии с ГОСТ 25140–93 представлены в табл. 44. Маркировка сплавов осуществляется по наиболее распространенной схеме: при помощи букв и цифр, показывающих средний состав сплава, но в новом стандарте изменен порядок простановки букв и цифр (ЦАМ4–1 – прежняя маркировка, ЦА4М1 – новая маркировка). Подстрочными индексами обозначают назначение сплава. Так, сплав ЦА4М1 используют для деталей ответственного назначения, сплав ЦА4М1О – для деталей особо ответственного назначения, а сплав ЦА4М1В (из вторичных шихтовых материалов) – для не ответственных деталей.

Все литейные цинковые сплавы имеют очень узкий температурный интервал кристаллизации, содержат большое количество эвтектики, поэтому обладают хорошей жидкотекучестью и позволяют получать плотные отливки. Лучшими способами получения отливок являются литье под давлением и литье в кокиль. Относительно низкая температура литья (440–470 °С) определяет легкие условия работы прессформ и кокилей, а высокая жидкотекучесть позволяет отливать тонкостенные детали сложной формы. При литье под давлением получают отливки с точными размерами, не требующие дальнейшей обработки резанием, в том числе отливают и резьбы. При ЛПД удобно использовать машины с горячей камерой прессования. В некоторых случаях (детали особо сложной конфигурации) применяется и литье в песчаные формы, но отливки, полученные таким способом, содержат большое количество пор, имеют более крупнозернистую структуру, что приводит к снижению и значительному разбросу характеристик механических свойств. При быстром охлаждении сплавов превращения в твердом металле не успевают завершиться полностью. В процессе дальнейшего естественного старения цинковых сплавов происходит уменьшение размеров (усадка) отлитых деталей (на 0,07–0,09 %). Две трети усадки происходит в течение 4–5 недель, остальное – в течение многих лет. Для стабилизации размеров вводят магний и применяют термообработку – стабилизирующий отжиг (3–6 ч при 100 °С, или 5–10 ч при 85 °С, или 10–20 ч при 70 °С). Механические свойства литейных цинковых сплавов приведены в табл. 45, а некоторые физические и технологические свойства – в табл. 46.

Цинковые сплавы нельзя использовать при повышенных и пониженных температурах. Уже при 110 °С предел прочности снижается на треть, а твердость – на 40 %. Ниже 0 °С сплавы становятся хрупкими.

Среди литейных цинковых сплавов по составу и свойствам выделяется ЦА30М5. По прочности и особенно по пластичности он превосходит все остальные.

Таблица 45

Механические свойства литейных цинковых сплавов

 

Марка сплавов

Способ литья

Механические свойства, не менее

?в, МПа

?, %

Твердость, НВ

ZnA14A

K

196

1,2

70

ЦА4о, ЦА4

Д

256

1,8

70

ZnA14Cu1A, ЦА4М1о, ЦА4М1

К Д

215 270

1,0 1,7

80 80

ЦА4М1в

К, Д

196

0,5

65

ZnA14Cu3A,

П

215

1,0

85

ЦА4М3о

К

235

1,0

90

ЦА4М3

Д

290

1,5

90

ЦА8М

К Д

235 270

1,5 1,5

70 90

ЦА30М5

К Д

435 370

8,0 1,0

115 115

П р и м е ч а н и е . В таблице приняты следующие обозначения способов литья: П – литье в песчаные формы; К – литье в кокиль; Д – литье под давлением.

Таблица 46

Некоторые физические и технологические свойства литейных цинковых сплавов (ГОСТ 2514093)

 

Марка сплава

Плотность, г/см3

Температурный интервал затвердевания, °С

Линейная усадка, %

Удельная теплоемкость при 20 °С, Дж/кг ×град–1

Теплопроводность, Вт/м × град–1

Коэффициент линейного расширения а×10–6, град–1

ЦА4

6,7

380–386

1,0

410

113

26,0

ЦА4М1

6,7

380–386

1,1

440

109

26,5

ЦА4М3

6,8

379–389

1,0

427

105

29,5

ЦА8М1

6,3

375–404

ЦА30М5

4,8

480–563

Цинковые сплавы могут подвергаться сварке и пайке. Однако эти процессы применяют главным образом для заделки дефектов, так как сварные и паяные швы имеют низкую прочность. Оловянносвинцовыми припоями можно паять только предварительно никелированные детали с использованием флюса – подкисленного хлористого цинка. Лучшие результаты дает припой, содержащий 82,5 % Cd + 17,5 % Zn. В этом случае флюс не требуется. Сварку ведут в восстановительном пламени с использованием присадки из того же сплава, что и свариваемые детали.

Наиболее широко литейные цинковые сплавы используются (табл. 47) в автомобильной промышленности для отливки корпусов карбюраторов, насосов, спидометров, решеток радиаторов, деталей гидравлических тормозов, а также в других отраслях промышленности, бытовой технике для отливки деталей приборов, корпусов, арматуры и т.д.

  • Читать все новости