压铸材料：锌合金介绍
压铸材料：锌合金介绍
一、“锌合金的特点
1.比重大；
2.铸造性能好，可以压铸形状复杂、薄壁的精密件，铸件表面光滑；
3.可进行表面处理：电镀、喷涂、喷漆、电泳、抛光、水转印等；
4.熔化与压铸时不吸铁，不腐蚀压型，不粘模；
5.有很好的常温机械性能和耐磨性；
6.熔点低，在385℃熔化，容易压铸成型。
二、锌合金使用过程中需要注意的问题1.抗蚀性差。当合金成分中杂质元素铅、镉、锡超过标准时，导致铸件老化而发生变形，表现为体积胀大，机械性能特别是塑性显著下降，时间长了甚至破裂。铅、锡、镉在锌合金中溶解度很小，因而集中于晶粒边界而成为阴极，富铝的固溶体成为阳极，在水蒸气(电解质)存在的条件下，促成晶间电化学腐蚀。压铸件因晶间腐蚀而老化。2.时效作用。锌合金的组织主要由含Al和Cu的富锌固溶体和含Zn的富Al固溶体所组成，它们的溶解度随温度的下降而降低。但由于压铸件的凝固速度极快，因此到室温时，固溶体的溶解度是大大地饱和了。经过一定时间之后，这种过饱和现象会逐渐解除，而使铸件的形状和尺寸略起变化。3.锌合金压铸件不宜在高温和低温(0℃以下)的工作环境下使用。锌合金在常温下有较好的机械性能。但在高温下抗拉强度和低温下冲击性能都显著下降。三、锌合金的种类
Zamak3:良好的流动性和机械性能。应用于对机械强度要求不高的铸件，如玩具、灯具、装饰品、部分电器件。
Zamak5:良好的流动性和好的机械性能。应用于对机械强度有一定要求的铸件，如汽车配件、机电配件、机械零件、电器元件。
Zamak2:用于对机械性能有特殊要求、对硬度要求高、尺寸精度要求一般的机械零件。
ZA8:良好的流动性和尺寸稳定性，但流动性较差。应用于压铸尺寸小、精度和机械强度要求很高的工件，如电器件。
Superloy:流动性最佳，应用于压铸薄壁、大尺寸、精度高、形状复杂的工件，如电器元件及其壳体。
不同的锌合金有不同的物理和机械特性，这样为压铸件设计提供了选择的空间。
四、锌合金的选择
选择哪一种锌合金，主要从三个方面来考虑
1.压铸件本身的用途，需要满足使用性能要求
(1)力学性能，抗拉强度，是材料断裂时的最大抗力；伸长率，是材料脆性和塑性的衡量指标；硬度，是材料表面对硬物压入或摩擦所引起的塑性变形的抗力。
(2)工作环境状态：工作温度、湿度、工件接触的介质和气密性要求。
(3)精度要求：能够达到的精度及尺寸稳定性。
2.工艺性能好
(1)铸造工艺(2)机械加工工艺性(3)表面处理工艺性
3.经济性好
原材料的成本与对生产装备的要求(包括熔炼设备、压铸机、模具等)，以及生产成本。锌合金成分控制合金中各元素的作用合金成分中，有效合金元素：铝、铜、镁；有害杂质元素：铅、镉、锡、铁。
(1)铝作用
A.改善合金的铸造性能，增加合金的流动性，细化晶粒，引起固溶强化，提高机械性能。
B.降低锌对铁的反应能力，减少对铁质材料，如鹅颈、模具、坩埚的侵蚀。铝含量控制在3.8~4.3%。主要考虑到所要求的强度及流动性，流动性好是获得一个完整、尺寸精确、表面光滑的铸件必需的条件。
(2)铜作用
A.增加合金的硬度和强度；
B.改善合金的抗磨损性能；
C.减少晶间腐蚀。
D.含铜量超过1.25%时，使压铸件尺寸和机械强度因失效而发生变化；降低合金的可延伸性。
(3)镁作用
A.减少晶间腐蚀
B.细化合金组织，从而增加合金的强度
C.改善合金的抗磨损性能
D.不利：含镁量>0.08%时，产生热脆、韧性下降、流动性下降;易在合金熔融状态下氧化损耗。
(4)杂质元素
铅、镉、锡使锌合金的晶间腐蚀变成十分敏感，在温、湿环境中加速了本身的晶间腐蚀，降低机械性能，并引起铸件尺寸变化。当锌合金中杂质元素铅、镉含量过高，工件刚压铸成型时，表面质量一切正常，但在室温下存放一段时间后(八周至几个月)，表面出现鼓泡。
(5)杂质元素铁
A.铁与铝发生反应形成Al5Fe2金属间化合物，造成铝元素的损耗并形成浮渣。
B.在压铸件中形成硬质点，影响后加工和抛光。
C.增加合金的脆性。铁元素在锌液中的溶解度是随温度增加而增加，每一次炉内锌液温度变化都将导致铁元素过饱和(当温度下降时)，或不饱和(当温度上升时)。当铁元素过饱和时，处于过饱和的铁将与合金中铝发生反应，结果是造成浮渣量增加。当铁元素不饱和时，合金对锌锅和鹅颈材料的腐蚀将会增强，以回到饱和状态。两种温度变化的一个共同结果是最终造成对铝元素的消耗，形成更多的浮渣。
五、锌合金生产中需要注意的问题
1.控制合金成分从采购合金锭开始，合金锭必须是以特高纯度锌为基础，加上特高纯度铝、镁、铜配制成的合金锭，供应厂有严格的成分标准。优质的锌合金料是生产优质铸件的保证。
2.采购回来的合金锭要保证有清洁、干燥的堆放区，以避免长时间暴露在潮湿中而出现白锈，或被工厂脏物污染而增加渣的产生，也增加金属损耗。清洁的工厂环境对合金成分的有效控制是很有作用的。
3.新料与水口等回炉料配比，回炉料不要超过50%，一般新料：旧料=70：30。连续的重熔合金中铝和镁逐渐减少。
4.水口料重熔时，一定要严格控制重熔温度不要超过430℃，以避免铝和镁的损耗。
5.有条件的压铸厂最好采用集中熔炉熔化锌合金，使合金锭与回炉料均匀配比，熔剂可更有效使用，使合金成分及温度保持均匀稳定。电镀废品、细屑应单独熔炉。
六、锌合金压铸件常见缺陷的处理办法
由于每一种缺陷的产生原因来自多个不同的影响因素，因此在实际生产中要解决问题，面对众多原因到底是非功过先调机？还是先换料？或先修改模具？建议按难易程度，先简后复杂去处理，其次序：
1.清理分型面，清理型腔，清理顶杆；改善涂料、改善喷涂工艺；增大锁模力，增加浇注金属量。这些靠简单操作即可实施的措施。
2.调整工艺参数、压射力、压射速度、充型时间、开模时间，浇注温度、模具温度等。
3.换料，选择质优的铝合金锭，改变新料与回炉料的比例，改进熔炼工艺。
4.修改模具，修改浇注系统，增加内浇口，增设溢流槽、排气槽等。
例如压铸件产生飞边的原因有：
1)压铸机问题：锁模力调整不对。
2)工艺问题：压射速度过高，形成压力冲击峰过高。
3)模具问题：变形，分型面上杂物，镶块、滑块有磨损不平齐，模板强度不够。
解决飞边的措施顺序：清理分型面→提高锁模力→调整工艺参数→修复模具磨损部位→提高模具刚度。从易到难，每做一步改进，先检验其效果，不行再进行第二步。
七.锌合金的熔炼
熔炼过程的物理、化学现象合金熔炼是压铸过程的一个重要环节，熔炼过程不仅是为了获得熔融的金属液，更重要的是得到化学成分符合规定，能使压铸件得到良好的结晶组织以及气体、夹杂物都很小的金属液。在熔炼过程中，金属与气体的相互作用和金属液与坩埚的相互作用使组分发生变化，产生夹杂物和吸气。所以制订正确的熔化工艺规程，并严格执行，是获得高质量铸件的重要保证。
1.金属与气体的相互作用在熔炼过程中，遇到的气体有氢(H2)、氧(O2)、水汽(H2O)、氮(N2)、CO2、CO等，这些气体或是溶于金属液中，或是与其发生化学作用。
2.气体的来源气体可以从炉气、炉衬、原材料、熔剂、工具等途径进入合金液中。
3.金属与坩埚的相互作用当熔炼温度过高时，铁质坩埚与锌液反应加快，坩埚表面发生铁的氧化反应生成Fe2O3等氧化物；此外铁元素还会与锌液反应生成FeZn13化合物(锌渣)，溶解在锌液中。铁坩埚壁厚不断减薄直到报废。
八、锌合金的熔炼温度控制
1.压铸温度
压铸用的锌合金熔点为382~386℃，合适的温度控制是锌合金成分控制的一个重要因素。为保证合金液良好的流动性充填性腔，压铸机锌锅内金属液温度为415~430℃，薄壁件、复杂件压铸温度可取上限；厚壁件、简单件可取下限。中央熔炼炉内金属液温度为430~450℃。进入鹅颈管的金属液温度与锌锅内的温度基本一样。
通过控制锌锅金属液温度就能对浇注温度进行准确的控制。并做到：①金属液为不含氧化物的干净液体；②浇注温度不波动。
温度过高的害处：①铝、镁元素烧损。②金属氧化速度加快，烧损量增加，锌渣增加。③热膨胀作用会发生卡死锤头现象。④铸铁坩埚中铁元素熔入合金更多，高温下锌与铁反应加快。会形成铁-铝金属间化合物的硬颗粒，使锤头、鹅颈过度磨损。⑤燃料消耗相应增加。
温度过低：合金流动性差，不利于成形，影响压铸件表面质量。
现在的压铸机熔锅或熔炉都配备温度测控系统，日常工作中主要是定时检查以保证测温仪器的准确性，定期用便携式测温器(温度表)实测熔炉实际温度，予以校正。有经验的压铸工会用肉眼观察熔液，若刮渣后觉得熔液不太粘稠，也较清亮，起渣不是很快，说明温度合适；熔液过于粘稠，则说明温度偏低；刮渣后液面很快泛出一层白霜，起渣过快，说明温度偏高，应及时调整。
2.如何保持温度的稳定
最佳方法之一：采用中央熔炼炉，压铸机熔炉作保温炉，从而避免在锌锅中直接加锌锭熔化时造成大幅度温度变化。集中熔炼能保证合金成分稳定。
最佳方法之二：采用先进的金属液自动送料系统，能够保持稳定的供料速度、合金液的温度及锌锅液面高度。
如果目前生产条件是在锌锅中直接加料，建议将一次加入整条合金锭改为多次加入小块合金锭，可减少因加料引起的温度变化幅度。
九、锌渣的产生及控制
通过熔炼合金从固态变为液态，这是一个复杂的物理、化学过程。气体与熔融金属发生化学反应，其中氧的反应最为强烈，合金表面被氧化而产生一定量的浮渣。浮渣中含有氧化物和铁、锌、铝金属间化合物，从熔体表面刮下的浮渣中通常含有90%左右的锌合金。锌渣形成的反应速度随熔炼温度上升成指数增加。正常情况下，，原始锌合金锭的产量低于1%，在0.3~0.5%范围内；而重熔水口、废工件等产渣量通常在2~5%之间。
1.锌渣量的控制
①严格控制熔炼温度，温度越高，锌渣越多。
②尽可能避免锌锅中合金液的搅动，任何方式的搅动都会导致更多的合金液与空气中氧原子的接触，从而形成更多的浮渣。
③不要过于频繁的扒渣。当熔融的合金暴露于空气中都会发生氧化，形成浮渣，保留炉面一层薄的浮渣有利于锅中液体不进一步氧化。
④扒渣时，使用一个多孔(Ф6mm)盘形扒渣耙，轻轻从浮渣下面刮过，尽可能避免合金液搅动，将刮出的渣盛起，扒渣耙在锌锅边轻轻磕打，使金属液流回锌锅中。
2.锌渣的处理
①卖回原料供应商或专门处理厂，因为自行处理可能成本更高。
②压铸厂自行处理。需要有单独的熔炉，锌渣重熔温度在420~440℃范围内。同时加入助熔剂。熔炼100公斤渣，需加入0.5~1.5公斤助熔剂，先均匀散发在金属液面，随后用搅拌器将其均匀混入熔融金属中(约需2~4分钟)，保温5分钟后，表面产生一层更似泥土类的东西，将其刮掉。
3.水口料、废件重熔水口料、废料、垃圾位、报废工件等，不宜直接放入压铸机锌锅内重熔。原因是这些水口料表面在压铸成形过程中发生氧化，其氧化锌的含量远远超过原始合金锭，当这些水口料在锌锅中重熔时，由于氧化锌在高温条件下呈粘稠状态，将其从锌锅取出时，会带走大量的合金成分。
4.电镀废料重熔
电镀废料应同无电镀废料分开熔炼，因为电镀废料中含铜、镍、铬等金属是不溶于锌的，留在锌合金中会以坚硬的颗粒物存在，带来抛光和机加工的困难。
十、熔炼操作中注意事项
1.坩埚：使用前必须进行清理，去除表面的油污、铁锈、熔渣和氧化物等。为防止铸铁坩埚中铁元素溶解于合金中，坩埚应预热到150~200℃，在工作表面上喷一层涂料，再加热到200~300℃，彻底去除涂料中水份。
2.工具：熔炼工具在使用前应清除表面脏物，与金属接触的部份，必须预热并刷上涂料。工具不能沾有水分，否则引起熔液飞溅及爆炸。
3.合金料：熔炼前要清理干净并预热，去除表面吸附的水分。为了控制合金成分，建议采用2/3的新料与1/3的回炉料搭配使用。
4.熔炼温度绝对不能超过450℃。
5.及时清理锌锅中液面上的浮渣，及时补充锌料，保持熔液面正常的高度(不低于坩埚面30mm)，因为过多的浮渣和过低的液面都容易造成料渣进入鹅颈司筒，拉伤钢呤、锤头和司筒本身，导致卡死锤头、鹅颈和锤头报废。
6.熔液上面的浮渣用扒渣耙平静地搅动，使之集聚以便取出。
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