
- •Содержание
- •Введение
- •1. Общие сведения о цветных металлах и сплавах
- •1.1 Классификация и свойства чистых металлов
- •1.2. Цветные сплавы
- •1.1.3. Термическая обработка цветных сплавов
- •1.3. Принципы разработки литейных сплавов
- •1.3.1. Общие положения синтеза сплавов
- •1.3.2. Оптимизация состава сплавов
- •2. Легкие цветные сплавы
- •2.1. Алюминиевые сплавы
- •2.1.1. Состав и свойства первичного алюминия
- •2.1.2. Классификация и маркировка алюминиевых сплавов
- •2.1.3. Взаимодействие алюминия с другими элементами
- •2.1.4. Литейные алюминиевые сплавы
- •2.1.5. Новые поршневые сплавы и режимы их термической обработки
- •2.2. Магниевые сплавы
- •2.2.1. Состав и свойства первичного магния
- •2.2.2. Выбор основы и легирующих элементов
- •2.2.3. Классификация магниевых сплавов
- •2.2.4. Литейные магниевые сплавы
- •2.2.5. Сверхлегкие магниевые сплавы.
- •2.3. Титановые сплавы
- •2.3.1. Состав и свойства чистого титана
- •2.3.2. Взаимодействие титана с другими элементами
- •2.3.3. Классификация титановых сплавов
- •2.3.4. Литейные титановые сплавы
- •2.3.4.1. Особенности литейных свойств
- •2.3.4.2. Термическая обработка титановых сплавов
- •2.3.4.3. Области применения титановых сплавов
- •3. Тяжелые цветные сплавы
- •3.1. Медные сплавы
- •3.1.1. Состав и свойства чистой меди.
- •3.1.2. Классификация и маркировка медных сплавов.
- •3.1.3. Взаимодействие меди с другими элементами.
- •3.1.4. Литейные латуни
- •3.1.5. Оловянные бронзы
- •3.1.6. Безоловянные бронзы
- •3.1.6.1.Алюминиевые бронзы
- •3.1.6.2. Свинцовая бронза
- •3.1.6.3. Прочие безоловянные бронзы
- •3.1.7. Медно-никелевые сплавы
- •3.2. Никелевые сплавы
- •3.2.1. Состав и свойства чистого никеля
- •3.2.1. Взаимодействие никеля с другими элементами
- •3.2.2. Жаропрочные литейные никелевые сплавы
- •3.3. Сплавы тугоплавких металлов
- •3.4. Цинковые сплавы
- •3.4.1. Состав и свойства чистого цинка
- •3.4.2 Литейные цинковые сплавы
- •Марки и химический состав литейных цинковых сплавов (гост 25140–93)
- •Некоторые физические и технологические свойства литейных цинковых сплавов (гост 25140–93)
- •3.4.3. Антифрикционные цинковые сплавы
- •3.5. Сплавы на основе олова и свинца
- •3.6. Легкоплавкие сплавы
- •3.7. Сплавы благородных металлов
- •3.7.1. Золото и его сплавы
- •3. Тяжелые цветные сплавы Медные сплавы. Классификация и маркировка медных сплавов
- •Методические указания
- •Плавка цветных сплавов
3.4.2 Литейные цинковые сплавы
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 могут вызвать достаточно большого растворного упрочнения из-за низкой растворимости. Mg, Al, Mn обладают высокими взаимными растворимостями, и их можно вводить совмнстно. 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 на рис. Максимальная растворимость алюминия в цинке составляет 2,4 % (ат) или 1,1 % по массе. В системе происходят два превращения: эвтектическое при температуре 382 оС и монотектическое при 275 оС. Структура двойного сплава цинка с алюминием (рис. ,а ) представляет собой первичные дендритные (светлые) кристаллы β - фазы и эвтектику α+β (остальное темное поле). При введении меди в сплаве появляются кристаллы твердого раствора меди в цинке (η -фаза), а также двойная (η + β) и тройная (η + β + ε) эвтектики (рис. ,б).
Марки и химический состав литейных цинковых сплавов в соответствии с ГОСТ 25140–93 представлены в таблице. Как видно из таблицы, маркировка сплавов осуществляется по наиболее распространенной схеме при помощи букв и цифр, показывающих средний состав сплава.
Таблица
Марки и химический состав литейных цинковых сплавов (гост 25140–93)
Марки сплавов |
Основных компонентов |
Примесей, не более |
||||||||||
Al |
Cu |
Mg |
Fe |
Zn |
Cu |
Pb |
Cd |
Sn |
Fe |
Si |
Pb + Cd + Sn |
|
ZnA14A* |
3,5–4,5 |
– |
0,02–0,06 |
– |
Основа |
0,06 |
0,004 |
0,003 |
0,001 |
0,06 |
0,015 |
0,007 |
ЦА4 о |
3,5–4,5 |
– |
0,02–0,06 |
– |
0,06 |
0,005 |
0,003 |
0,001 |
0,06 |
0,015 |
0,009 |
|
ЦА4 |
3,5–4,5 |
– |
0,02–0,06 |
– |
0,06 |
0,01 |
0,005 |
0,002 |
0,07 |
0,015 |
– |
|
ZnA14Cu1A* |
3,5–4,5 |
0,7–1,3 |
0,02–0,06 |
– |
– |
0,004 |
0,003 |
0,001 |
0,06 |
0,015 |
0,007 |
|
ЦА4М1о |
3,5–4,5 |
0,7–1,3 |
0,02–0,06 |
– |
– |
0,005 |
0,003 |
0,001 |
0,06 |
0,015 |
0,009 |
|
ЦА4М1 |
3,5–4,5 |
0,7–1,3 |
0,02–0,06 |
– |
– |
0,01 |
0,005 |
0,002 |
0,07 |
0,015 |
– |
|
ЦА4М1в |
3,5–4,5 |
0,6–1,3 |
0,02–0,10 |
– |
– |
0,02 |
0,015 |
0,005 |
0,12 |
0,03 |
– |
|
ZnA14Cu3A* |
3,5–4,5 |
2,5–3,7 |
0,02–0,06 |
– |
– |
0,004 |
0,003 |
0,001 |
0,06 |
0,015 |
0,007 |
|
ЦА4М3 о |
3,5–4,5 |
2,5–3,7 |
0,02–0,06 |
– |
– |
0,006 |
0,003 |
0,001 |
0,06 |
0,015 |
0,009 |
|
ЦА4М3 |
3,5–4,5 |
2,5–3,7 |
0,02–0,06 |
– |
– |
0,01 |
0,005 |
0,002 |
0,07 |
0,015 |
– |
|
ЦА8М1 |
7,1–8,9 |
0,70–1,40 |
0,01–0,06 |
– |
– |
0,01 |
0,006 |
0,002 |
0,10 |
0,015 |
– |
|
ЦА30М5 |
28,5–32,1 |
3,8–5,6 |
0,01–0,08 |
0,01–0,5 |
– |
0,02 |
0,016 |
0,01 |
|
0,075 |
– |
* Сплавы, изготовляемые по согласованию потребителя с изготовителем.
Все литейные цинковые сплавы имеют очень узкий температурный интервал кристаллизации, содержат много эвтектики, поэтому обладают хорошей жидкотекучестью и дают 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 пресс-форм и кокилей, а высокая жидкотекучесть позволяет отливать тонкостенные детали сложной формы. 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 цинковых литейных сплавов показаны в таблице , а некоторые физические свойства в таблице
Таблица
Механические свойства литейных цинковых сплавов
Марка сплавов |
Способ литья |
Механические свойства, не менее |
||
σв, МПа
|
Относительное удлинение, % |
Твердость, НВ |
||
ZnA14A |
K |
196 (20) |
1,2 |
70 |
ЦА4 о, ЦА4 |
Д |
256 (26) |
1,8 |
70 |
ZnA14Cu1A,ЦА4М1 о, ЦА4М1 |
КД |
215 (22)270 (28) |
1,01,7 |
8080 |
ЦА4М1в |
КД |
196 (20) |
0,5 |
65 |
ZnA14Cu3A, |
П |
215 (22) |
1,0 |
85 |
ЦА4М3 о |
К |
235 (24) |
1,0 |
90 |
ЦА4М3 |
Д |
290 (30) |
1,5 |
90 |
ЦА8М |
КД |
235 (24)270 (28) |
1,51,5 |
7090 |
ЦА30М5 |
КД |
435 (44)370 (38) |
8,01,0 |
115115 |
Примечание. В таблице приняты следующие обозначения способов литья: П — литье в песчаные формы; К — литье в кокиль; Д — литье под давлением.
Таблица