Влияние основных легирующих элементов на свойства цинка

Алюминий повышает механические свойства цинка и улучшает литейные свойства, уменьшает прилипаемость сплава к пресс-формам.

Медь повышает прочность, антифрикционные свойства и коррозионную стойкость, но снижает пластичность.

Магний повышает прочность и твёрдость сплава, способствует стабильности размеров, но его количество ограничивают 0,06%, т.к. при более высоком содержании повышается горячеломкость отливок.

Основными легирующими элементами цинковых сплавов являются Al ,Cu, Mg.

Сплавы системы Zn-Al по диаграмме состояния относятся к доэвтектическим сплавам, имеют узкий интервал кристаллизации (10°С). Двойные сплавы, содержащие до 5% алюминия, кристаллизуются с образованием первичных кристаллов твёрдого раствора алюминия в цинке (αZn) и эвтектики αZn +ZnAl (α1). При 275ºС фаза α1 распадается на αAl + αZn. Однако этот распад не успевает происходить полностью в процессе охлаждения отливок и продолжается при эксплуатации изделий тем интенсивнее, чем выше температура. Это приводит к росту отливок, что совершенно недопустимо. Для подавления эвтектоидного распада сплавы подвергают термообработке или дополнительно в сплавы вводят 0,1% магния.

Структура сплава состоит из первичных кристаллов твёрдого раствора и эвтектики двух твёрдых растворов (α и β). Химических соединений в системе Zn-Al не образуется (рис.6.1.), поэтому прочность сплава невелика.

Рис. 6.1. Диаграмма состояния Zn-Al

Сплавы склонны к старению, при котором происходит рост отливок. Для стабилизации размеров сплав подвергают термической обработке или легированию магнием.

Сплавы системы Zn-Cu (4-5%Cu) не подвержены естественному старению, имеют стабильные размеры. Однако они применяются редко из-за низких механических свойств.

Тройные сплавы системы Zn-Аl-Cu ИМЕЮТ БОЛЕЕ ВЫСОКУЮ ПРОЧНОСТЬ (ОСОБЕННО ЦА30М5).

Цинковые литейные сплавы обозначаются буквами ЦА4М1о, где цифрами после букв обозначается содержание соответствующих элементов в %. Буква «О» обозначает, что сплав применяется для особо ответственного литья, буква «в» - для неответственного литья. Наиболее перспективным сплавом является цинковый сплав ЦА30М5, обладающий наиболее высокой прочностью (σв = 44 кгс/мм²), что значительно больше, чем ЦАМ 10-5 (25кгс/мм²) и является эффективным заменителем этих сплавов, широко применяется за рубежом. Механические свойства цинковых сплавов в соответствии с ГОСТ 25140-93 приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2. Механические свойства цинковых сплавов (ГОСТ 25140-93).

Марка сплава	Способ литья	Временное сопротивление, МПа (не менее)	Относительное удлинение, % (не менее)	Твёрдость, НВ
ЦА4о, ЦА4Л ЦА4М1о ЦА4М1в ЦА4М3о ЦА4М3 ЦА8М ЦА30М5	Д Д КД К Д К К Д	256 270 196 235 290 235 435 370	1,8 1,7 0,5 1,0 1,5 1,5 8,0 1,0	70 80 65 90 90 70 115 115

Примечание. Д - литьё под давлением;

К - литьё в кокиль.

Тройные сплавы также дополнительно легируют магнием для предотвращения изменения размеров отливок. Для стабилизации размеров применяют также термообработку отливок – отжиг (3-6 часов при 100 ºС или 5-10 часов – при 70).

Вредные примеси цинковых сплавов.

Вредными примесями для цинковых сплавов являются Sn, Pb, Cd, т.к. тысячные доли этих элементов приводят к межкристаллитной коррозии и разрушению отливок.

Из других примесей следует отметить Fe и Si, содержание которых более 0,05% приводит к затуплению режущего инструмента и ухудшению качества обработки. Железо попадает в расплав из плавильных тиглей и инструмента, плохо растворяется в твёрдом сплаве и при концентрациях превышающих тысячные доли процента, образует с алюминием интерметаллид FeAl3, твёрдость которого в 5…10 раз выше твёрдости матрицы сплава. Кремний попадает в расплав вместе с алюминием или с отходами сплавов алюминия с кремнием, когда в одном цехе производятся отливки из цинкового сплава и силумина.

В таблице 6.3. приведены рекомендации по применению цинковых сплавов.

Таблица 6.3.