必威·「BetWay」官方网站铸造锌合金材料介绍及牌号对照表-化学成分pdf铸造锌合金中外牌号对照表 铸造锌合金中外牌号对照表 铸造锌合金材料介绍 铸造锌合金材料介绍 2.1  2.1  概述 概述 2.1.1  2.1.1 锌的存在形式及基本属性 锌的存在形式及基本属性 自然界中未曾发现过自然锌，锌往往是以硫化矿物和氧化矿物的形式存在。在硫化 自然界中未曾发现过自然锌，锌往往是以硫化矿物和氧化矿物的形式存在。在硫化 矿物中，锌主要是以闪锌矿形式存在，而在氧化矿中主要以菱锌矿和异极矿的形式存在。在 矿物中，锌主要是以闪锌矿形式存在，而在氧化矿中主要以菱锌矿和异极矿的形式存在。在 现代炼锌工业所采用的原料，绝大部分是硫化矿物。同时，自然界中很少存在单一的锌矿床， 现代炼锌工业所采用的原料，绝大部分是硫化矿物。同时，自然界中很少存在单一的锌矿床， 一般多与其他金属伴生，如铅锌矿、铜锌矿及铜铅锌矿等。 一般多与其他金属伴生，如铅锌矿、铜锌矿及铜铅锌矿等。 419.5 907 锌是一种具有金属光泽的银白色金属。其熔点为419.5℃，沸点为907℃。在未合金化时， 锌是一种具有金属光泽的银白色金属。其熔点为 ℃，沸点为 ℃。在未合金化时， 它是一种较软的金属，其强度和硬度值要比锡和铅大，但比铝和铜要小。 它是一种较软的金属，其强度和硬度值要比锡和铅大，但比铝和铜要小。 170 μ 170 330 β 170 μ 170 330 β 锌是同素异晶型金属，在低于 ℃时，主要以 形式存在；在 ～ ℃范围以 形 锌是同素异晶型金属，在低于 ℃时，主要以 形式存在；在 ～ ℃范围以 形 330 419 α μ 330 419 α μ 式存在；在 ～ ℃范围以 形式存在。 相具有密排六方结构，因此室温下锌通常形成 式存在；在 ～ ℃范围以 形式存在。 相具有密排六方结构，因此室温下锌通常形成 a c 0.2665nm 六面体晶体，在断裂面出现结晶状。一般讲，锌的晶格常数 a及 c 分别为0.2665nm和 六面体晶体，在断裂面出现结晶状。一般讲，锌的晶格常数 及 分别为 和 0.4947nm c/a 1.856 12 6 0.4947nm c/a 1.856 12 6 ， 的理论值为 。每个锌原子周围有 个临位原子，其中 个原子的间距 ， 的理论值为 。每个锌原子周围有 个临位原子，其中 个原子的间距 0.2665nm 6 0.2907nm 0.2665nm 6 0.2907nm 为 ，另外 个为 。在六方基面中，原子之间的结合力要比层间强。这就 为 ，另外 个为 。在六方基面中，原子之间的结合力要比层间强。这就 是锌各向异性的根源所在。 是锌各向异性的根源所在。 锌晶体学的另一个很重要的方面是高温条件下原子在晶格中的易动性及纯锌在室温条 锌晶体学的另一个很重要的方面是高温条件下原子在晶格中的易动性及纯锌在室温条 件下变形后的再结晶。假如某些合金元素如镉、铜等会形成锌固溶体，锌金属的再结晶温度 件下变形后的再结晶。假如某些合金元素如镉、铜等会形成锌固溶体，锌金属的再结晶温度 则会提高。对纯锌而言，几乎不发生加工硬化，因为再结晶会使加工造成的应力得到松弛。 则会提高。对纯锌而言，几乎不发生加工硬化，因为再结晶会使加工造成的应力得到松弛。 由于锌的恢复特性及加工硬化程度很小，因此其蠕变抗力或在长期作用下承受变形的能力较 由于锌的恢复特性及加工硬化程度很小，因此其蠕变抗力或在长期作用下承受变形的能力较 Ti Cu 小。这就是锌不能用作工程材料的原因，但是如果加入某些合金元素如 Ti及 Cu等，蠕变 小。这就是锌不能用作工程材料的原因，但是如果加入某些合金元素如 及 等，蠕变 抗力会增加许多倍。 抗力会增加许多倍。 2.1.2  2.1.2 铸造锌合金的优缺点 铸造锌合金的优缺点 铸造锌合金的生产历史较长，主要适用于压力铸造或重力铸造，用来浇注汽车、拖拉机 铸造锌合金的生产历史较长，主要适用于压力铸造或重力铸造，用来浇注汽车、拖拉机 等机电部门的各种仪表壳体类铸件或浇注各种起重设备、机床、水泵等的轴承，并且近些年 等机电部门的各种仪表壳体类铸件或浇注各种起重设备、机床、水泵等的轴承，并且近些年 来又发展了高铝的高强度高耐磨性的铸造锌合金。 来又发展了高铝的高强度高耐磨性的铸造锌合金。 纯金属在铸造后，可变得相当硬 （如在水中淬火）。商品锌因含有杂质，因而性脆而硬 纯金属在铸造后，可变得相当硬 （如在水中淬火）。商品锌因含有杂质，因而性脆而硬 100 250 度高。但在大于100℃温度下可以变形，能被压成薄板或拉制成金属丝。加热到250℃后，这 度高。但在大于 ℃温度下可以变形，能被压成薄板或拉制成金属丝。加热到 ℃后，这 1.5mm 种锌又会变脆，在钵中能研成粉末。所以，锌的延性与杂质和温度有关。实验表明，1.5mm 种锌又会变脆，在钵中能研成粉末。所以，锌的延性与杂质和温度有关。实验表明， 125 厚的纯锌片，在125℃保温半小时后，基本可以软化。由于其蠕变抗力低，因而不能直接用 厚的纯锌片，在 ℃保温半小时后，基本可以软化。由于其蠕变抗力低，因而不能直接用 于承载。锌的延性比铜小，但是比锡大。含有细晶粒的锌容易被辊轧。金属中晶粒大小视冷 于承载。锌的延性比铜小，但是比锡大。含有细晶粒的锌容易被辊轧。金属中晶粒大小视冷 却条件不同而定，若熔化温度较高即超过熔点很多并且冷却缓慢时，其晶粒会变得粗大。 却条件不同而定，若熔化温度较高即超过熔点很多并且冷却缓慢时，其晶粒会变得粗大。 锌与其他金属一样有加工硬化的特点，在机械加工硬化后可在低温状态焖火以恢复其延 锌与其他金属一样有加工硬化的特点，在机械加工硬化后可在低温状态焖火以恢复其延 展性。 展性。 金属锌的临界剪切应力较低，它取决于应变率及温度。单晶锌在自身重力作用下会弯曲， 金属锌的临界剪切应力较低，它取决于应变率及温度。单晶锌在自身重力作用下会弯曲， 0.0785MNm-2 其临界剪切应力不超过0.0785MNm-2。 其临界剪切应力不超过 。 随着温度的升高，锌的热导率下降，而比热容增高。单晶金属锌的热导率比多晶金属锌 随着温度的升高，锌的热导率下降，而比热容增高。单晶金属锌的热导率比多晶金属锌 高。热导率随晶体方向不同而不同。对定向凝固的铸造金属，由于热膨胀的各向异性，会引 高。热导率随晶体方向不同而不同。对定向凝固的铸造金属，由于热膨胀的各向异性，会引 起变形应力。 起变形应力。 含有杂质的金属锌的电阻较大。冷轧锌的电阻比热轧锌的电阻要略大一些。锌的抗磁性 含有杂质的金属锌的电阻较大。冷轧锌的电阻比热轧锌的电阻要略大一些。锌的抗磁性 随晶体方向不同而不同。锌具有电热性，当锌试样的两个端部置于不同温度时，试样内部有 随晶体方向不同而不同。锌具有电热性，当锌试样的两个端部置于不同温度时，试样内部有 电流通过。 电流通过。 铸造锌合金的缺点是耐蚀性差，在长期使用过程中，易发生老化现象。合金的老化使铸 铸造锌合金的缺点是耐蚀性差，在长期使用过程中，易发生老化现象。合金的老化使铸 件变脆，性能急剧下降。同时铸件发生变形、膨胀，严重时可发生开裂。锌合金的这种现象 件变脆，性能急剧下降必威。同时铸件发生变形、膨胀，严重时可发生开裂。锌合金的这种现象 通常认为主要是晶间腐蚀所引起的。锌合金的老化，大大阻碍了这类合金的广泛应用，因此 通常认为主要是晶间腐蚀所引起的。锌合金的老化，大大阻碍了这类合金的广泛应用，因此 提高锌合金的抗老化能力，防止和推迟锌合金的老化就成了研究、生产这类合金的基本课题。 提高锌合金的抗老化能力，防止和推迟锌合金的老化就成了研究、生产这类合金的基本课题。 在我国，锌是非铁金属工业中重点发展的主要金属之一。用锌合金取代铜合金和铝合金，在 在我国，锌是非铁金属工业中重点发展的主要金属之一。用锌合金取代铜合金和铝合金，在 节约能源和降低原材料成本以及合理使用本国资源方面具有重要意义。 节约能源和降低原材料成本以及合理使用本国资源方面具有重要意义。 2-1 锌的物理性能由表2-1所示。 锌的物理性能由表 所示。 2-1  表2-1  锌的物理性能 表 锌的物理性能 性能 数值或表达式 性能 数值或表达式 0.9  / 10-6K-1 293 523K 0.9  / 10-6K-1 293 523K 体膨胀系数 （ ～ ） 体膨胀系数 （ ～ ） 39.7  / 10-6K-1 293 373K 39.7  / 10-6K-1 293 373K 线膨胀系数 （ ～ ）多晶体 线膨胀系数 （ ～ ）多晶体 14.3  293 373K a 14.3  293 373K a （ ～ ） 轴 （ ～ ） 轴 60.8  293 673K c 60.8  293 673K c （ ～ ） 轴 （ ～ ） 轴 782  /mNm-1( )  782  表面张力/mNm-1(在熔点温度时)  表面张力 在熔点温度时 755  450 755  450 （ ℃） （ ℃） 5.96  10-2 / m  293K 5.96  10-2 / m  293K 电阻率 （ ） 固态（ ） 电阻率 （ ） 固态（ ） 37.4  692.7K 37.4  液态（692.7K） 液态（ ） 30  原子序数 30  原子序数 65.37  相对原子量 65.37  相对原子量 2  原子价 2  原子价 a 0.2664nm  c 0.49469nm  a 0.2664nm  c 0.49469nm  晶体结构 密排六方 晶体结构 密排六方 c/a 1.856  c/a 1.856  (1012)  孪晶面 (1012)  孪晶面 0.1332  /nm  0.1332  原子尺寸/nm  原子半径 原子尺寸 原子半径 0.075  M2+  0.075  离子半径 M2+  离子半径 419.5  // 419.5  熔点 ℃ 熔点 ℃ 907  // 907  沸点 ℃ 沸点 ℃ 7.28  /kJ mol-1(692.7K)  7.28  熔化潜热/kJ mol-1(692.7K)  熔化潜热 114.7  /kJ mol-1(1180K)  114.7  蒸发热/kJ mol-1(1180K)  蒸发热 7.14  /g cm-3  25 7.14  密度 /g cm-3  固态（25℃） 密度 固态（ ℃） 6.83  419.5 6.83  固态（419.5℃） 固态（ ℃） 6.62  419.5 6.62  液态（419.5℃） 液态（ ℃） 6.25  800 6.25  液态（800℃） 液态（ ℃） / J mol-1  摩尔热容/ J mol-1  摩尔热容 cp 22.40+10.05 10-3T  (298 692.7K) cp 22.40+10.05 10-3T  (298 692.7K) ～ 固态 ～ 固态 cp 31.40  液态 cp 31.40  液态 cp 20.80  汽态 cp 20.80  汽态 -0.762  H2 /V  -0.762  标准电极 （对 H2电极）/V  标准电极 （对 电极） 113  /W(mK)-1  291K 113  热导率/W(mK)-1  固态（291K） 热导率 固态（ ） 96  697.7K 96  固态（697.7K） 固态（ ） 697.7K 61  汽态（697.7K） 61  汽态（ ） 57  1023K 57  汽态（1023K） 汽态（ ） 7 104  /Mpa ( )  7 104  弹性模量/Mpa (短期内承载)  弹性模量 短期内承载 2.1.3  2.1.3 合金牌号 合金牌号 GB3062-1982 GB1175-1974 GB3062-1982 GB1175-1974 我国原来的铸造锌合金的标准 （ 、 ）已不适应铸造锌合金 我国原来的铸造锌合金的标准 （ 、 ）已不适应铸造锌合金 1992 1997 发展的需要，全国铸造标准化技术委员会在1992年和1997年分别完成了压铸锌合金和铸造 发展的需要，全国铸造标准化技术委员会在 年和 年分别完成了压铸锌合金和铸造 GB/T1175-1997 GB/T13818-1992 GB/T1175-1997 GB/T13818-1992 锌合金标准的修订工作，新修订的标准 （ 、 ）参考了美国 锌合金标准的修订工作，新修订的标准 （ 、 ）参考了美国 2-2 和德国有关标准。铸造锌合金的牌号见表2-2。 和德国有关标准。铸造锌合金的牌号见表 。 2-2  表2-2 铸造锌合金的牌号 表 铸造锌合金的牌号 合 金 牌 合 金 合 金 牌 合 金 相近国外牌号 相近国外牌号 号 代号 号 代号 GB/T1175-1997 GB/T1175-1997 （ ） 美国 俄罗斯 德国 英国 日本 （ ） 美国 俄罗斯 德国 英国 日本 Ц ЦAM4- ZZnAl4 ZA4- AG41 AM4- GD-Zn BS1 ZDC ZZnAl4 ZA4- AG41 GD-Zn BS1 ZDC Cu1Mg  1  A  1  Al4Cu1  004B  1  Cu1Mg  1  A  1  Al4Cu1  004B  1  G-ZnAl G-ZnAl 4Cu3  ZZnAl4 ZA4- 4Cu3  ZZnAl4 ZA4- -  -  -  -  -  -  -  -  Cu3Mg  3  Cu3Mg  3  GK-Zn GK-Zn Al4Cu1  Al4Cu1  G-ZnAl G-ZnAl 6Cu1  ZZnAl6 ZA6- 6Cu1  ZZnAl6 ZA6- -  -  -  -  -  -  -  -  Cu1  1  Cu1  1  GK-Zn GK-Zn Al6Cu3  Al6Cu3  Ц ЦAM9- ZZnAl8 ZA8- AM9- ZZnAl8 ZA8- ZA8  -  -  -  ZA8  -  -  -  Cu1Mg  1  1.5  Cu1Mg  1  1.5  -  -  -  -  -  ZZnAl9 ZA9- -  -  -  -  -  ZZnAl9 ZA9- Cu2Mg  2  Cu2Mg  2  ZZnAl1 ZA11 ZZnAl1 ZA11 ZA11  -  -  -  -  ZA11  -  -  -  -  1Cu1Mg  -1  1Cu1Mg  -1  Ц ЦAM10 ZZnAl1 ZA11 AM10 ZZnAl1 ZA11 -  -  -  -  -  -  -  -  1Cu5Mg  -5  -5  1Cu5Mg  -5  -5  ZZnAl2 ZA27 ZZnAl2 ZA27 ZA27  -  -  -  -  ZA27  -  -  -  -  7Cu2Mg  -2  7Cu2Mg  -2  2.1.4  2.1.4 铸造锌合金的分类 铸造锌合金的分类 锌合金种类很多，分类方法也不尽相同，按习惯和应用方式，大致有三种分类方法。 锌合金种类很多，分类方法也不尽相同，按习惯和应用方式，大致有三种分类方法。 (1)  (1) 按合金成分分类 按合金成分分类 :Zn Al Zn Cu Zn Pb Zn Pb Al :Zn Al Zn Cu Zn Pb Zn Pb Al 锌合金按成分可分为四类 一 系、 一 系、 一 系和 一 一 系。 锌合金按成分可分为四类 一 系、 一 系、 一 系和 一 一 系。 ― ― Zn Al Cu Mg Zn Cu Zn Al Cu Mg Zn Cu 一 系合金一般含有少量的 、 以提高强度和改善耐蚀性。 合金一般 一 系合金一般含有少量的 、 以提高强度和改善耐蚀性。 合金一般 Ti Zn Cu Ti Ti Zn Cu Ti 还含有 ，也称 一 一 系合金，该合金是抗蠕变合金，有时为进一步改善抗蠕变性 还含有 ，也称 一 一 系合金，该合金是抗蠕变合金，有时为进一步改善抗蠕变性 Cr Zn Pb Cr Zn Pb 能也加入少量 。 一 系合金一般用做冲制电池壳用，并可制成各种小五金及体育运 能也加入少量 。 一 系合金一般用做冲制电池壳用，并可制成各种小五金及体育运 Zn Pb Al Al Zn Pb Al Al 动器材等。 一 一 系合金用于镀锌行业。近些年有些镀锌行业人员主张取消 ，单 动器材等。 一 一 系合金用于镀锌行业。近些年有些镀锌行业人员主张取消 ，单 Zn Pb 纯使用 Zn一 Pb合金。 纯使用 一 合金。 (2)  (2) 按加工方式分类 按加工方式分类 按加工方式，锌合金主要分为三类，铸造合金、变形合金和热镀锌合金。 按加工方式，锌合金主要分为三类，铸造合金、变形合金和热镀锌合金。 Zn Al Zn Cu Zn Al Zn Cu 铸造合金又分为压力铸造合金、重力铸造合金等。其中， 一 合金和 一 一 铸造合金又分为压力铸造合金、重力铸造合金等。其中， 一 合金和 一 一 Ti Zn Al Ti Zn Al 合金既可直接铸造，又可进行变形加工。 一 合金因其具有超塑性曾引起人们大力关 合金既可直接铸造，又可进行变形加工。 一 合金因其具有超塑性曾引起人们大力关 注。 注。 变形锌合金可分为三类。 变形锌合金可分为三类。 ①轧制锌合金。锌合金板、带、箔都是轧制生产的。这类锌合金已形成了国际标准和国 ①轧制锌合金。锌合金板、带、箔都是轧制生产的。这类锌合金已形成了国际标准和国 家标准。 家标准。 ②挤压锌合金。该合金的主要用途是替代黄铜。一般情况下挤压锌合金的挤压力比正常 ②挤压锌合金。该合金的主要用途是替代黄铜。一般情况下挤压锌合金的挤压力比正常 生产实践中的挤压黄铜大，所以该合金的发展受到了一定的限制。 生产实践中的挤压黄铜大，所以该合金的发展受到了一定的限制。 ③拉拔线、棒的锌合金。这类合金通过拉拔制成线棒后，主要用作热喷涂金属线、焊接 ③拉拔线、棒的锌合金。这类合金通过拉拔制成线棒后，主要用作热喷涂金属线、焊接 用焊料、焊丝，以及制钉、螺丝、网等。 用焊料、焊丝，以及制钉、螺丝、网等。 Zn-Cu-Ti Zn-Pb Zn-Cu-Ti 变形锌合金 目前使用最广泛的是 Zn-Cu-Ti 系合金和 Zn-Pb 系合金。其中 Zn-Cu-Ti 系合 变形锌合金 目前使用最广泛的是 系合金和 系合金。其中 系合 Zn-Pb 金主要用来替代黄铜，如制做拉链、千层锁、日用五金等。Zn-Pb系合金主要用于冲制电池 金主要用来替代黄铜，如制做拉链、千层锁、日用五金等。 系合金主要用于冲制电池 壳、焊接电池壳、制做体育运动器材部件、制做小五金及用于照相制板等。 壳、焊接电池壳、制做体育运动器材部件、制做小五金及用于照相制板等。 (3)  (3) 按性能和用途分类 按性能和用途分类 , Zn Cu Ti , Zn Cu Ti 抗蠕变锌合金 也就是前述 一 一 合金，它可通过变形生产所需要的零件，也可 抗蠕变锌合金 也就是前述 一 一 合金，它可通过变形生产所需要的零件，也可 以直接压铸制品。 以直接压铸制品。 , Zn Al , Zn Al 超塑性锌合金 指 一 二元合金。它在一定的组织条件和变形条件下，能呈现出极 超塑性锌合金 指 一 二元合金。它在一定的组织条件和变形条件下，能呈现出极 高的延伸率。对于加工一些形状复杂的零件，有独到之处。该合金在美国、英国和日本研究 高的延伸率。对于加工一些形状复杂的零件，有独到之处。该合金在美国、英国和日本研究 较多，并得到了应用。超塑性锌合金的抗拉强度可以超过铜、铝合金，甚至达到或超过软钢 较多，并得到了应用。超塑性锌合金的抗拉强度可以超过铜、铝合金，甚至达到或超过软钢 270 水平。具有在270℃左右呈现超塑性，极易加工成形，同时还兼有锌的耐腐蚀、成本低的优 水平。具有在 ℃左右呈现超塑性，极易加工成形，同时还兼有锌的耐腐蚀、成本低的优 点。 点。 , Zn Al , Zn Al 阻尼锌合金 也叫减震锌合金，是一种 一 系合金，它可以降低工业噪声和减轻机 阻尼锌合金 也叫减震锌合金，是一种 一 系合金，它可以降低工业噪声和减轻机 械震动，是一种有发展前景的新型结构材料。 械震动，是一种有发展前景的新型结构材料。 模具锌合金，该合金在 日本、西欧成功地应用于汽车制造行业，日本还制定了该合金的 模具锌合金，该合金在 日本、西欧成功地应用于汽车制造行业，日本还制定了该合金的 ZAS( ) ZAS( ) 国家标准 冲压用锌合金 。 国家标准 冲压用锌合金 。 ,, 耐磨锌合金 主要用作轴承材料，该合金具有磨擦系数低，对油有较高的亲合力，机械 耐磨锌合金 主要用作轴承材料，该合金具有磨擦系数低，对油有较高的亲合力，机械 性能优异等特点。 性能优异等特点。 ,, 防腐锌合金 指牺牲阳极和作为喷镀、热浸镀等用的锌合金。 防腐锌合金 指牺牲阳极和作为喷镀、热浸镀等用的锌合金。 , Zn Cu Ti Zn Al , Zn Cu Ti Zn Al 结构锌合金 主要用来制造结构零件，一般为 一 一 合金和 一 合金。 结构锌合金 主要用来制造结构零件，一般为 一 一 合金和 一 合金。 2.1.5  2.1.5 铸造锌合金的应用 铸造锌合金的应用 目前工业生产用铸造锌合金各国均形成了自己的标准，比较规范化。铸造锌合金锭主要 目前工业生产用铸造锌合金各国均形成了自己的标准，比较规范化。铸造锌合金锭主要 用于铸造厂生产铸造件，重力铸造件和热镀锌件。 用于铸造厂生产铸造件，重力铸造件和热镀锌件。 2.1.6  2.1.6 我国锌加工业的现状 我国锌加工业的现状 锌加工产品的品种减少，但产量增加。产品单一，主要是低档的电池锌饼。上世纪 锌加工产品的品种减少，但产量增加。产品单一，主要是低档的电池锌饼。上世纪 96% 十年代，我国的锌加工产品96%以上是电池锌片、锌饼以及微晶锌板、锌条、胶印锌板，小 十年代，我国的锌加工产品 以上是电池锌片、锌饼以及微晶锌板、锌条、胶印锌板，小 PS 量为超塑性锌合金板、锌铜和锌铜钛带，以后由于印刷业的电脑排版和 PS 铝板的广泛应用， 量为超塑性锌合金板、锌铜和锌铜钛带，以后由于印刷业的电脑排版和 铝板的广泛应用， ;; 微晶锌板，胶印锌片和锌条已基本淘汰 锌铜钛和锌铜合金得不到发展，工艺落后的焊接电 微晶锌板，胶印锌片和锌条已基本淘汰 锌铜钛和锌铜合金得不到发展，工艺落后的焊接电 池锌筒已经消失；因此除了用小量超塑性锌合金板深加工产品外，锌加工工业产品几乎只有 池锌筒已经消失；因此除了用小量超塑性锌合金板深加工产品外，锌加工工业产品几乎只有 (6F22) 0.25mm (6F22) 0.25mm 低附加值的粗加工的电池外壳坯料锌饼和少量用于叠片电池 的 锌带了。 低附加值的粗加工的电池外壳坯料锌饼和少量用于叠片电池 的 锌带了。 工艺设备落后，产品质量不稳定。我国锌加工的许多中小企业，至今还有采用落后的铸 工艺设备落后，产品质量不稳定。我国锌加工的许多中小企业，至今还有采用落后的铸 ― ― ― ― ― ― 块或立式半连铸 块轧成板 分剪成条 冲制锌饼，产品质量差，消耗高。 块或立式半连铸 块轧成板 分剪成条 冲制锌饼，产品质量差，消耗高。 我国锌资源丰富，有大量的锌锭出口，虽然锌锭质量已达到国际先进水平，但出口的锌 我国锌资源丰富，有大量的锌锭出口，虽然锌锭质量已达到国际先进水平，但出口的锌 基本是初级产品或低档普通产品，进口多为高、精、尖、技术含量高的产品。 基本是初级产品或低档普通产品，进口多为高、精、尖、技术含量高的产品。 在锌加工工业方面，我国具有很大的资源优势，具有很好的前景。在自身的基础上，重 在锌加工工业方面，我国具有很大的资源优势，具有很好的前景。在自身的基础上，重 视高新产品的开发、生产，采用世界上先进的技术和设备，对我国的炼锌行业会有积极的推 视高新产品的开发、生产，采用世界上先进的技术和设备，对我国的炼锌行业会有积极的推 动作用。 动作用。 2.2  Zn-Al 2.2  Zn-Al 系合金 系合金 2.2.1  2.2.1 铝元素的基本性能 铝元素的基本性能 铝是锌合金中最重要的元素之一，铝的主要特性是比重轻，只有钢的三分之一；良好的 铝是锌合金中最重要的元素之一，铝的主要特性是比重轻，只有钢的三分之一；良好的 64% 200% 导电性，当截面积和长度相同时铝的导电性为铜的64%，而在重量相同时为铜的200%；良 导电性，当截面积和长度相同时铝的导电性为铜的 ，而在重量相同时为铜的 ；良 好的导热性，是铁的四倍；由于能形成致密的氧化铝膜，在大气、水及部分腐蚀介质中具有 好的导热性，是铁的四倍；由于能形成致密的氧化铝膜，在大气、水及部分腐蚀介质中具有 耐蚀性；良好的塑性；具有可焊性。 耐蚀性；良好的塑性；具有可焊性。 2-2 锌合金中铝元素的基本物理性能及力学性能见表2-2。 锌合金中铝元素的基本物理性能及力学性能见表 。 2-2  表2-2  锌合金中铝元素的基本物理性能及力学性能 表 锌合金中铝元素的基本物理性能及力学性能 电 阻 电 阻 抗 抗 杨 杨 /  率 /  晶 密 率 拉 强 伸 晶 密 拉 强 伸 性 熔 沸 氏 模 硬 性 熔 沸 氏 模 硬 Ω Ω 10-8 m  体 结 度 10-8 m  度 长 率 体 结 度 度 长 率 / / /HB  / / /HB  能 点 ℃ 点 ℃ 量 度 能 点 ℃ 点 ℃ 量 度 % · % 构 · （ ） 构 /g cm-3  /MP （ ） /g cm-3  20 /MP 20 （ ℃ （ ℃ /GPa  /GPa  a  ） a  ） 面 面 6 2 4 7 4 2 6 2 4 7 4 2 心 立 Al  心 立 2.7  2.66  Al  2.7  2.66  60  510  5  0.5  0  0  60  510  5  0.5  0  0  方 方 2.2.2  2.2.2 锌铝合金的优势 锌铝合金的优势 锌铝铸造合金具有良好的力学性能、耐磨耐蚀性能、密度较低、热导率和电导率适中、 锌铝铸造合金具有良好的力学性能、耐磨耐蚀性能、密度较低、热导率和电导率适中、 极限抗拉强度高、耐磨性好、承载性好、无磁性、碰撞时不产生火花、减振降噪性能和较低 极限抗拉强度高、耐磨性好、承载性好、无磁性、碰撞时不产生火花、减振降噪性能和较低 的成本，正越来越广泛地应用于各个领域，并带来显著的经济效益。锌铝合金以其低能耗、 的成本，正越来越广泛地应用于各个领域，并带来显著的经济效益。锌铝合金以其低能耗、 无污染、原材料丰富、良好的力学性能、工艺性能和机械加工性能等一系列优点，已经成为 无污染、原材料丰富、良好的力学性能、工艺性能和机械加工性能等一系列优点，已经成为 (( 广泛应用的合金材料。它可用作压铸合金和耐磨合金，应用于机电产品 包括汽车、精密机 广泛应用的合金材料。它可用作压铸合金和耐磨合金，应用于机电产品 包括汽车、精密机 )) (( )) 械、仪表、风机、家电及通用电器等 ，还可作为功能性结构材料应用 如减振器、消声器 ， 械、仪表、风机、家电及通用电器等 ，还可作为功能性结构材料应用 如减振器、消声器 ， 目前这种合金仍在扩大应用领域。近年来，锌铝合金在汽车、模具和玩具等行业倍受青睐， 目前这种合金仍在扩大应用领域。近年来，锌铝合金在汽车、模具和玩具等行业倍受青睐， 46% 已成为研究和开发的热点。我国是世界上锌资源最丰富的国家，储存量占世界总储量的46%， 已成为研究和开发的热点。我国是世界上锌资源最丰富的国家，储存量占世界总储量的 ， 不仅能满足国内的需求，而且还可大量出口，所以开发锌铝合金具有广阔的前景。 不仅能满足国内的需求，而且还可大量出口，所以开发锌铝合金具有广阔的前景。 2.2.3  2.2.3 锌铝合金的基本性能 锌铝合金的基本性能 (1)  ZA-12 ZA-27 (1) 良好的轴承性能 用 ZA-12合金及 ZA-27合金与青铜轴瓦合金比较表明，锌铝合金 良好的轴承性能 用 合金及 合金与青铜轴瓦合金比较表明，锌铝合金 具有较低的摩擦系数、较高的承载能力、较高的耐磨性。由于单位体积锌合金的成本要比铜 具有较低的摩擦系数、较高的承载能力、较高的耐磨性。由于单位体积锌合金的成本要比铜 合金低得多，因此，这种材料的轴瓦具有良好的经济性。 合金低得多，因此，这种材料的轴瓦具有良好的经济性。 (2)  (2) 成本低、能量消耗少及污染小 由矿石提供炼锌的过程能耗较小而在制成铸件时熔 成本低、能量消耗少及污染小 由矿石提供炼锌的过程能耗较小而在制成铸件时熔 化的能耗也较低。另外在铸造生产中不会产生任何有毒的合金污染物或废料。生产每吨锌铸 化的能耗也较低。另外在铸造生产中不会产生任何有毒的合金污染物或废料。生产每吨锌铸 130 320 400 件的耗电约为130度，生产每吨铜铸件的耗电约为320度，生产每吨铝铸件的耗电约为400 件的耗电约为 度，生产每吨铜铸件的耗电约为 度，生产每吨铝铸件的耗电约为 500 度，生产每吨钢铸件的耗电约为500度，可见锌生产耗电最低。另外工装成本也较低，在压 度，生产每吨钢铸件的耗电约为 度，可见锌生产耗电最低。另外工装成本也较低，在压 铸时铸造锌合金的金属模具置换及维修成本可以忽略不计。因此，锌铝铸造合金的生产成本 铸时铸造锌合金的金属模具置换及维修成本可以忽略不计。因此，锌铝铸造合金的生产成本 仅为铜合金的三分之一。 仅为铜合金的三分之一。 (3)  (3) 生产周期短 锌金属熔化潜热比铝低，传导到模具上的热量较少，因而导致了铸造 生产周期短 锌金属熔化潜热比铝低，传导到模具上的热量较少，因而导致了铸造 周期变短。 周期变短。 (4)  (4) 机加工性能好 可进行粗、精车，精车零件的光洁度高，呈光亮的银白色，也可以 机加工性能好 可进行粗、精车，精车零件的光洁度高，呈光亮的银白色，也可以 进行研磨加工。 进行研磨加工。 (5)  (5) 优越的表面质量 锌合金可以经受各种防腐装饰表面处理。 优越的表面质量 锌合金可以经受各种防腐装饰表面处理。 (6)  (6) 良好的耐蚀性 在普通大气中锌具有良好的耐蚀性，而且锌的耐蚀性可以通过各种 良好的耐蚀性 在普通大气中锌具有良好的耐蚀性，而且锌的耐蚀性可以通过各种 表面处理加以改善。 表面处理加以改善。 (7)  (7) 较高的导电导热性 锌铸造合金通常在导电导热性方面与铝合金相同，但要比铜压 较高的导电导热性 锌铸造合金通常在导电导热性方面与铝合金相同，但要比铜压 铸件高几倍。因此它可以代替铜基或铝基合金用在要求导电导热的场合。 铸件高几倍。因此它可以代替铜基或铝基合金用在要求导电导热的场合。 (8)  (8) 良好的铸造成形性能 锌合金优越的铸造成性能可以使其铸造较薄的铸件，例如最 良好的铸造成形性能 锌合金优越的铸造成性能可以使其铸造较薄的铸件，例如最 2mm 1mm 小壁厚2mm，最小铸出孔为1mm必威。而且这种合金适用于多种造型材料，如砂型、石膏型、 小壁厚 ，最小铸出孔为 。而且这种合金适用于多种造型材料，如砂型、石膏型、 硅橡胶型、金属型及石膏型。 硅橡胶型、金属型及石膏型。 (9)  (9) 非磁性及非火花性 非磁性导致锌合金用于制造电子元件以及受磁场干扰的精密 非磁性及非火花性 非磁性导致锌合金用于制造电子元件以及受磁场干扰的精密 ZA-27 零件。锌合金的非火花性可用于制造在有可能爆炸的场合工作的零件。（注：ZA-27合金与 零件。锌合金的非火花性可用于制造在有可能爆炸的场合工作的零件。（注： 合金与 锈蚀铁或钢碰撞时会产生火花。） 锈蚀铁或钢碰撞时会产生火花。） (10)  (10) 良好的电磁性及无线电屏蔽性。 良好的电磁性及无线 锌铝合金的显微组织 锌铝合金的显微组织 Zn Al Cu Mg Zn Al Cu Mg 锌铝合金基本化学成分为 和 ，添加元素主要有 和 。 锌铝合金基本化学成分为 和 ，添加元素主要有 和 。 在铸造锌铝合金的研究中早已发现，铝与一定比例的锌熔合能明显地改善流动性、细化 在铸造锌铝合金的研究中早已发现，铝与一定比例的锌熔合能明显地改善流动性、细化 Zn-Al :  ( ) Zn-Al :  ( ) 铸件晶粒结构并因此提高力学性能。在 系中，可形成两个固熔体 固熔体 几乎是纯锌 铸件晶粒结构并因此提高力学性能。在 系中，可形成两个固熔体 固熔体 几乎是纯锌 85%( 83% 和 固熔体，变化固熔体是以铝为基，溶解锌可达85%(所以以铝为基的固熔体可达83%的 和 固熔体，变化固熔体是以铝为基，溶解锌可达 所以以铝为基的固熔体可达 的 Zn 17% Al) Zn 17% Al) 而仅有 的 。在一定的温度范围和浓度范围，固熔体可分解为两个同样晶体结构而 而仅有 的 。在一定的温度范围和浓度范围，固熔体可分解为两个同样晶体结构而 α α α (α2) (α1) Zn-Al ( 2-l) α 275 ( 2) ( 1) Zn-Al ( 2-l) 275 多锌 和少锌 的固熔体。与 相图 见图 相对应， 固熔体在 ℃发生偏析转 多锌 和少锌 的固熔体。与 相图 见图 相对应， 固熔体在 ℃发生偏析转 :  275 5% 10%Al :  275 5% 10%Al 变 ，同时锌在铝中的溶解度自 ℃随温度降低而急剧下降。因此含 一 锌合金的 变 ，同时锌在铝中的溶解度自 ℃随温度降低而急剧下降。因此含 一 锌合金的 β α β α β+ α+β α2 组织是亚共析合金 +共析体 （+ ）。当快速冷却时，偏析转变可能不进行。 2相过冷至室 组织是亚共析合金 共析体 （ ）。当快速冷却时，偏析转变可能不进行。 相过冷至室 α ( α2 ) ( 2 ) 温，该不稳定组织将发生变化 过冷的 相分解 ，因而导致制品尺寸的变化。 温，该不稳定组织将发生变化 过冷的 相分解 ，因而导致制品尺寸的变化。 研究表明，锌铝合金中含有少量镁，可防止晶间腐蚀，延缓共析反应过程。但含镁量大 研究表明，锌铝合金中含有少量镁，可防止晶间腐蚀，延缓共析反应过程。但含镁量大 0.1% 于0.1%时延伸率急剧下降。铜使锌铝合金产生固溶强化，并阻碍共析转变，但过量的铜使 于 时延伸率急剧下降。铜使锌铝合金产生固溶强化，并阻碍共析转变，但过量的铜使 铸件尺寸不稳定。稀土和钛都可以细化晶粒，使树枝晶向细团状晶过渡，从而提高强度和硬 铸件尺寸不稳定。稀土和钛都可以细化晶粒，使树枝晶向细团状晶过渡，从而提高强度和硬 度，并显著提高耐磨性。稀土和钛还能提高相间电极电位，提高晶间抗蚀能力。但是当稀土 度，并显著提高耐磨性。稀土和钛还能提高相间电极电位，提高晶间抗蚀能力。但是当稀土 0.10% 0.15% 含量大于0.10%、钛含量大于0.15%时，会析出硬质点相，对性能不利。 含量大于 、钛含量大于 时，会析出硬质点相，对性能不利。 2-1  Zn-Al 2-1  Zn-Al 图 二元系统的相图 图 二元系统的相图 2.2.5  2.2.5 锌铝合金的应用 锌铝合金的应用 锌铝合金具有良好的强度、刚度和硬度，以及耐磨、耐蚀、减振降噪性能和密度小、成 锌铝合金具有良好的强度、刚度和硬度，以及耐磨、耐蚀、减振降噪性能和密度小、成 70 本低等特点，已得到广泛应用。目前这种合金仍在扩大应用领域。锌铝合金于70年始 本低等特点，已得到广泛应用。目前这种合金仍在扩大应用领域。锌铝合金于 年始 80 发展，主要用于重力铸造，直到80年代，该合金才开发用于压铸件。铸造锌铝合金若按铸 发展，主要用于重力铸造，直到 年代，该合金才开发用于压铸件。铸造锌铝合金若按铸 造方法分，可分为压铸合金和重力铸造合金两大类；若按用途来分，可分为仪表用合金、阻 造方法分，可分为压铸合金和重力铸造合金两大类；若按用途来分，可分为仪表用合金、阻 尼合金、模具耐磨合金及零件耐磨合金等。目前国际上用作铸件的标准系列有两大类，一类 尼合金、模具耐磨合金及零件耐磨合金等。目前国际上用作铸件的标准系列有两大类，一类 ZAMAK ZA ZAMAK ZAMAK2 ZAMAK3 ZAMAK5 ZAMAK ZA ZAMAK ZAMAK2 ZAMAK3 ZAMAK5 是 合金，一类是 系列合金。使用的 合金有 、 、 是 合金，一类是 系列合金。使用的 合金有 、 、 ZAMAK7 ZA ZA-8 ZA-12 ZA-27 ZA-35 ZA-8 ZA-12 ZAMAK7 ZA ZA-8 ZA-12 ZA-27 ZA-35 ZA-8 ZA-12 及 ；而 系列有 、 、 及 。 主要用于热室压铸， 及 ；而 系列有 、 、 及 。 主要用于热室压铸， ZA-27 ZA-35 ZAMAK 及 ZA-27因有特殊熔化要求，只能用于冷室压铸，ZA-35一般用于重力铸件。而 ZAMAK合 及 因有特殊熔化要求，只能用于冷室压铸， 一般用于重力铸件。而 合 ZA 2-3 2-4 2-5 2-6 金发展要先于 ZA 系列合金，主要用于压力铸造。表2-3、表2-4、表2-5及表2-6分别列出了 金发展要先于 系列合金，主要用于压力铸造。表 、表 、表 及表 分别列出了 ASTM 2-7 2-8 ASTM规定的重力铸造合金和压力铸造合金铸件及铸锭的成分。表2-7和表2-8分别列出了压 规定的重力铸造合金和压力铸造合金铸件及铸锭的成分。表 和表 分别列出了压 2-9 力铸造合金和重力铸造合金的物理性能。表2-9列出了我国的铸造锌铝合金的化学成分，可 力铸造合金和重力铸造合金的物理性能。表 列出了我国的铸造锌铝合金的化学成分，可 2-9 ZA4-1 ZA4-3 ZA8-1 ZA27-2 2-9 ZA4-1 ZA4-3 ZA8-1 ZA27-2 以看出，我国的合金系列已与国际接轨。表 中的 、 、 、 分别 以看出，我国的合金系列已与国际接轨。表 中的 、 、 、 分别 2-6 ZAMAK5 ZAMAK2 ZA-8 ZA-27 2-6 ZAMAK5 ZAMAK2 ZA-8 ZA-27 与表 中的 、 、 及 合金一致。 与表 中的 、 、 及 合金一致。 2-3  表2-3  重力铸造合金铸锭的化学成分 表 重力铸造合金铸锭的化学成分 wt% wt% （ ） （ ） 牌 来 牌 Al  Mg  C Fe P C S Z 来 Al  Mg  C Fe P C S Z ≥ ≥ 号 （） 源 号 u  （） ≥ ≥ ≥ n  源 u  b ≥ d ≥ n ≥ n  b （） d （） n （） （） （） （） Z 8. 0.0 0. 0. 0. 0. 0. Z 8. 0.0 0. 0. 0. 0. 0. A-8  1  004  003  002  A-8  0 8.8  15 0.3  8 1  004  003  002  0 8.8  15 0.3  8 ～ ～ ～ ～ ～ ～ 1.3  1.3  A A 其 Z 10 0.0 0. 0. 0. 0. 0. 其 Z 10 0.0 0. 0. 0. 0. 0. STM  STM  余 A-12  075  004  003  002  余 A-12  .5 15 0.3  5 075  004  003  002  .5 15 0.3  5 ～ ～ ～ ～ ～ ～ B669  B669  11.5  1.2  11.5  1.2  Z 25 0.0 2. 0. 0. 0. 0. Z 25 0.0 2. 0. 0. 0. 0. A-27  1  004  003  002  A-27  .0 1 0.2  0 1  004  003  002  .0 1 0.2  0 ～ ～ ～ ～ ～ ～ 28.0  2.5  28.0  2.5  2-4  wt% 2-4  wt% 表 重力铸造合金铸件的化学成分 （ ） 表 重力铸造合金铸件的化学成分 （ ） 牌 牌 Al  Mg  Cu  Fe Pb Cd Sn Zn  Al  Mg  Cu  Fe Pb Cd Sn Zn  ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ 号 （） （） （） （） 号 （） （） （） （） 其 ZA 8.0 0.0 0.8 0.1  0.0 0.0 0.0 其 ZA 8.0 0.0 0.8 0.1  0.0 0.0 0.0 9.8  1.3  ～9.8  ～1.3  余 -8  ～ ～ 04  03  02  余 -8  15 04  03  02  15 ～ ～ 0.03  0.03  其 ZA 11. 0.0 0.8 0.0 0.0 0.0 0.0 其 ZA 11. 0.0 0.8 0.0 0.0 0.0 0.0 1.5  ～1.5  余 -12  ～ 75  04  03  02  余 -12  0 12.5  1 0.03  75  04  03  02  0 12.5  1 0.03  ～ ～ ～ ～ 其 ZA 25. 0.0 2.0 0.1  0.0 0.0 0.0 其 ZA 25. 0.0 2.0 0.1  0.0 0.0 0.0 余 -27  04  03  02  余 -27  0 28.0  1 0.02  2.5  04  03  02  0 28.0  1 0.02  2.5  ～ ～ ～ ～ ～ ～ 其 ZA 30. Si  3 0.1  0.0 0.0 0.0 其 ZA 30. Si  3 0.1  0.0 0.0 0.0 5  ～5  余 -35  ～ 04  03  02  余 -35  0 35.0  3 5  04  03  02  0 35.0  3 5  ～ ～ ～ ～ 2-5  wt% 2-5  wt% 表 压力铸造合金铸件的化学成分 （ ） 表 压力铸造合金铸件的化学成分 （ ） 牌 来 牌 Al  Mg  C F P C S N Z 来 Al  Mg  C F P C S N Z 号 源 号 u  ≤ ≤ ≤ i  n  源 u  e b ≤ d ≤ n ≤ i  n  e （） b （） d （） n （） （） （） （） （） ― Z 3. 0.0 2. 0 0. 0. 0. ― A Z 3. 0.0 2. 0 0. 0. 0. A 其 其 余 AMAK .1  005  004  003  余 ST AMAK 5 4.3  2 5 3.0  .1  005  004  003  ST 5 4.3  2 5 3.0  ～ ～ ～ ～ ～ ～ 2  0.05  M  2  0.05  M  B86  B86  ≤ ― Z 3. 0.0 ≤ 0 0. 0. 0. ― Z 3. 0.0 0 0. 0. 0. 其 其 余 AMAK 0.25  .1  005  004  003  余 AMAK 5 4.3  2 0.25  .1  005  004  003  5 4.3  2 ～ ～ ～ ～ 3  0.05  3  0.05  ― Z 3. 0.0 0. 0 0. 0. 0. ― Z 3. 0.0 0. 0 0. 0. 0. 其 其 余 AMAK .1  005  004  003  余 AMAK 5 4.3  3 75 .1  005  004  003  5 4.3  3 75 ～ ～ ～ ～ ～ ～ 5  0.08  1.25  5  0.08  1.25  ≤ ≤ 其 Z 3. 0.0 0 0. 0. 0. 0 其 Z 3. 0.0 0 0. 0. 0. 0 余 AMAK 0.25  .075  003  002  001  .005 余 AMAK 5 4.3  05 0.25  .075  003  002  001  .005 5 4.3  05 ～ ～ ～ ～ ～ 7  0.02  ～ 7  0.02  0.02  0.02  ― Z 8. 0.0 0. 0 0. 0. 0. ― A Z 8. 0.0 0. 0 0. 0. 0. 其 A 其 余 A-8  .075  006  006  003  余 ST A-8  0 8.8  15 8 1.3  .075  006  006  003  ST 0 8.8  15 8 1.3  ～ ～ ～ ～ ～ ～ 0.03  M  0.03  M  B79 B79 ― Z 1 0.0 0. 0 0. 0. 0. ― Z 1 0.0 0. 0 0. 0. 0. 其 其 1  1  余 A-12  .075  006  006  003  余 A-12  0.5 15 5 1.2  .075  006  006  003  0.5 15 5 1.2  ～ ～ ～ ～ ～ ～ 11.5  0.03  11.5  0.03  ― Z 2 0.0 2. 0 0. 0. 0. ― Z 2 0.0 2. 0 0. 0. 0. 其 其 余 A-27  .075  006  006  003  余 A-27  5.0 1 0 2.5  .075  006  006  003  5.0 1 0 2.5  ～ ～ ～ ～ ～ ～ 28.0  0.02  28.0  0.02  2-6  wt% 2-6  wt% 表 压力铸造合金铸锭的化学成分 （ ） 表 压力铸造合金铸锭的化学成分 （ ） 牌 来 牌 Al  Mg  C F P C S N Z 来 Al  Mg  C F P C S N Z 号 源 号 u  ≤ ≤ ≤ i  n  源 u  e b ≤ d ≤ n ≤ i  n  e （） b （） d （） n （） （） （） （） （） ― Z 3. 0.0 2. 0 0. 0. 0. ― A Z 3. 0.0 2. 0 0. 0. 0. A 其 其 余 AMAK 6  .075  004  003  002  余 ST AMAK 59 25 6  .075  004  003  002  ST 59 ～ 25 ～ ～ ～ 2  4.3  0.05  M  2  4.3  0.05  M  B24 B24 ≤ ― Z 3. 0.0 ≤ 0 0. 0. 0. ― Z 3. 0.0 0 0. 0. 0. 其 其 0  0  余 AMAK 0.10  .075  004  003  002  余 AMAK 9 4.3  25 0.10  .075  004  003  002  9 4.3  25 ～ ～ ～ ～ 3  0.05  3  0.05  ― Z 3. 0.0 0. 0 0. 0. 0. ― Z 3. 0.0 0. 0 0. 0. 0. 其 其 AMAK .075  004  003  002  AMAK 9 4.3  3 75 .075  004  003  002  9 4.3  3 75 ～ ～ ～ 余 ～ ～ ～ 余 5  0.06  1.25  5  0.06  1.25  ≤ ≤ 其 Z 3. 0.0 0 0. 0. 0. 0 其 Z 3. 0.0 0 0. 0. 0. 0 余 AMAK 0.10  .075  002  002  001  .005 余 AMAK 9 4.3  1 0.10  .075  002  002  001  .005 9 4.3  1 ～ ～ ～ ～ ～ 7  0.02  ～ 7  0.02  0.02  0.02  ― Z 8. 0.0 0. 0 0. 0. 0. ― A Z 8. 0.0 0. 0 0. 0. 0. 其 A 其 余 A-8  .10  004  003  002  余 ST A-8  0 8.8  15 8 1.3  .10  004  003  002  ST 0 8.8  15 8 1.3  ～ ～ ～ ～ ～ ～ 0.03  M  0.03  M  B66 B66 ― Z 1 0.0 0. 0 0. 0. 0. ― Z 1 0.0 0. 0 0. 0. 0. 其 其 9-8 9-8 余 A-12  .075  004  003  002  余 A-12  0.5 15 5 .075  004  003  002  0.5 ～ 15 ～ 5 ～ ～ ～ ～ 4  4  11.5  0.03  1.25  11.5  0.03  1.25  ― Z 2 0.0 2. 0 0. 0. 0. ― Z 2 0.0 2. 0 0. 0. 0. 其 其 余 A-27  .10  004  003  002  余 A-27  5.0 1 0 2.5  .10  004  003  002  5.0 1 0 2.5  ～ ～ ～ ～ ～ ～ 28.0  0.02  28.0  0.02  2-7  表2-7 压力铸造合金的物理性能 表 压力铸造合金的物理性能 Z 物理性能 Z 物理性能 ZA ZAM ZAM ZA- ZA- ZA- ZA ZAM ZAM ZA- ZA- ZA- AMAK MAK3  AK5  AK7  8  12  27  AMAK MAK3  AK5  AK7  8  12  27  2  2  密 度 密 度 6. 6. 6.6  6.6  6.3  6.0  5.0  6. 6. 6.6  6.6  6.3  6.0  5.0  /g cm-3 ·· 6  6  /g cm-3  6  6  凝固温度 凝固温度 3 38 386 387 404 432 484 3 38 386 387 404 432 484 380  381  375  377  376  ～380  ～381  ～375  ～377  ～376  //℃ 90 7 381  ～ ～ ～ ～ ～ ℃ 90 7 381  ～ ～ ～ ～ 379  379  凝固收缩 凝固收缩 1. 1. 1.17  1.17  1.1  1.25  1.25  1. 1. 1.17  1.17  1.1  1.25  1.25  (%)  25  17  (%)  25  17  热膨胀系 热膨胀系 2 27 27.4  27.4  23.2  24.2  26.0  2 27 27.4  27.4  23.2  24.2  26.0  /  (293 数 /  (293 ～ 数 ～ 7.8  .4  7.8  .4  373)  373)  热 导 率 热 导 率 1 11 108. 113. 114. 116. 125. 1 11 108. 113. 114. 116. 125. /W(mK)-1(34 04.7  3.3  9  0  7  1  5  /W(mK)-1(34 04.7  3.3  9  0  7  1  5  3 413K)  3 413K)  ～ ～ 比 热 容 比 热 容 4 41 418. 418. 435. 448. 534. 4 41 418. 418. 435. 448. 534. · · · · /J (kg K)-1(29 18.7  8.7  7  7  4  0  4  /J (kg K)-1(29 18.7  8.7  7  7  4  0  4  3 373K)  3 373K)  ～ ～ 电 导 率 电 导 率 2 27  26  27  27.7  28.3  29.7  2 27  26  27  27.7  28.3  29.7  (%IACS) 5  (%IACS)※ 5  ※ /  电 阻 率 /  电 阻 率 6. 6. 6.2  6.1  5.8  6. 6. 6.2  6.1  5.8  (20 , )  3694  5359  (20 , )  3694  5359  ℃ ℃ ※相对于标准退火铜线电导率的百分比 ※相对于标准退火铜线 重力铸造合金的物理性能 表 重力铸造合金的物理性能 ZA-8  ZA-12  ZA-27  物理性能 ZA-8  ZA-12  ZA-27  物理性能 (HB)  100 110  105 120  110 120  (HB)  100 110  105 120  110 120  硬度 ～ ～ ～ 硬度 ～ ～ ～ 1.1  1.25  1.25  % 1.1  1.25  1.25  % 收缩率 （ ） 收缩率 （ ） 6.3  6.0  5.0  /g cm-3 ·· 6.3  6.0  5.0  密度/g cm-3  密度 /  热 膨 胀 系 数 /  热 膨 胀 系 数 23.3  24.1  26.0  23.3  24.1  26.0  (293 373)  (293 373)  ～ ～ 比 热 容 比 热 容 435  450  525  435  450  525  · · · · /J (kg K)-1(293 /J (kg K)-1(293 ～ ～ 373K)  373K)  热 导 率 热 导 率 114.7  116.1  125.5  114.7  116.1  125.5  /W(mK)-1(293K)  /W(mK)-1(293K)  27.7  28.3  29.7  (%IACS)  27.7  28.3  29.7  电导率(%IACS)  电导率 6.2  6.1  5.8  / (20 , )  6.2  6.1  5.8  / (20 , )  电阻率 ℃ 电阻率 ℃ 熔 化 潜 热 熔 化 潜 热 112  118  128  112  118  128  /kJ kg-1 ·· /kJ kg-1  / 404 375  432 377  484 376  / 404 375  432 377  484 376  凝固温度范围 ℃ ～ ～ ～ 凝固温度范围 ℃ ～ ～ ～ ― ― 2-9  GB/T 1175 1997 %  2-9  GB/T 1175 1997 %  表 铸造锌铝合金的化学成分 （ ） 表 铸造锌铝合金的化学成分 （ ） 合 合 合金元素 杂质含量 （不大于） 杂 合 合 合金元素 杂质含量 （不大于） 杂 金 牌 金代 质总 金 牌 金代 质总 其 A C M Z F P C S 其 A C M Z F P C S 号 号 和 号 号 和 他 l  u  g  n  e  b  d  n  他 l  u  g  n  e  b  d  n  其 Z Z 3 0 0 其 0 0 0 0 0 Z Z 3 0 0 0 0 0 0 0 余 ZnAl  A4- 余 .1  .015  .005  .003  .2  ZnAl  A4- .5 .75 .03 .1  .015  .005  .003  .2  .5 ～ .75 ～ .03 ～ ～ ～ ～ 4Cu1 1  4.5  1.25  0.08  4Cu1 1  4.5  1.25  0.08  Mg  Mg  其 ― Z Z 3 2 0 其 0 Pb+Cd  0 ― Z Z 3 2 0 0 Pb+Cd  0 余 ZnAl  A4- 余 .075  .002  ZnAl  A4- .5 .5 .03 .075  .002  .5 ～ .5 ～ .03 ～ ～ ～ ～ 0.009  0.009  4Cu3 3  4.3  3.2  0.06  4Cu3 3  4.3  3.2  0.06  Mg  Mg  ― ― Z Z 5 1 ― 0 Pb+Cd  0 M ― Z Z 5 1 0 Pb+Cd  0 M 其 其 余 ZnAl  A6- 余 .075  .002  g  ZnAl  A6- .6 .2 .075  .002  g  .6 ～ .2 ～ ～ ～ 0.009  0.009  6Cu1  1  6.0  1.6  6Cu1  1  6.0  1.6  0 0 .005  .005  ― 其 ― Z Z 8 0 0 其 0 0 0 0 M Z Z 8 0 0 0 0 0 0 M 余 ZnAl  A8- .015 余 .075  .006  .006  .003  n 0.01  ZnAl  A8- .0 .8 .015 .075  .006  .006  .003  n 0.01  .0 ～ .8 ～ ～ ～ ～ 8Cu1 1  8.8  1.3  ～ 8Cu1 1  8.8  1.3  C C Mg  0.030  Mg  0.030  r 0.01  r 0.01  N N i 0.01  i 0.01  其 Z Z 8 1 0 其 0 0 0 0 S 0 Z Z 8 1 0 0 0 0 0 S 0 余 ZnAl  A9- 余 .2  .03  .02  .01  i 0.1  .35  ZnAl  A9- .0 .0 .03 .2  .03  .02  .01  i 0.1  .35  .0 ～ .0 ～ .03 ～ ～ ～ ～ 9Cu2 2  10.0  2.0  0.06  9Cu2 2  10.0  2.0  0.06  Mg  Mg  ― 其 ― Z Z 1 0 0 其 0 0 0 0 M Z Z 1 0 0 0 0 0 0 M 余 ZnAl  A11- .015 余 .075  .006  .006  .003  n 0.01  ZnAl  A11- 0.5 .5 .015 .075  .006  .006  .003  n 0.01  0.5 ～ .5 ～ ～ ～ ～ 11Cu 1  11.5  1.2  ～ 11Cu 1  11.5  1.2  C C 1Mg  0.030  1Mg  0.030  r 0.01  r 0.01  N N i 0.01  i 0.01  其 Z Z 1 4 0 其 0 0 0 0 S 0 Z Z 1 4 0 0 0 0 0 S 0 余 ZnAl  A11- 余 .2  .03  .02  .01  i 0.05  .35  ZnAl  A11- 0.0 .0 .03 .2  .03  .02  .01  i 0.05  .35  0.0 ～ .0 ～ .03 ～ ～ ～ ～ 11Cu 5  12.0  5.5  0.06  11Cu 5  12.0  5.5  0.06  5Mg  5Mg  ― 其 ― Z Z 2 2 0 其 0 0 0 0 M Z Z 2 2 0 0 0 0 0 M 余 ZnAl  A27 .010 余 .075  .006  .006  .003  n 0.01  ZnAl  A27 5.0 .0 .010 .075  .006  .006  .003  n 0.01  5.0 ～ .0 ～ ～ ～ ～ 27Cu -2  28.0  2.5  ～ 27Cu -2  28.0  2.5  C C 2Mg  0.020  2Mg  0.020  r 0.01  r 0.01  N N i 0.01  i 0.01  p312  2-2  加图 （铸造合金及其熔炼 p312 铝锌合金状态图）2-2  加图 （铸造合金及其熔炼 铝锌合金状态图） 2.3  2.3  压铸用锌合金 压铸用锌合金 2.3.1  2.3.1  压力铸造的基本概念及原理 压力铸造的基本概念及原理 压力铸造是将液态或半固态金属在高压下瞬间填充铸型并在短时凝固成铸件的一种方 压力铸造是将液态或半固态金属在高压下瞬间填充铸型并在短时凝固成铸件的一种方 0.5 70m s 0.5 70m s 法。铸型通常采用优质钢制成。压力在几兆到几十兆帕范围。充型速度在 ～ ／ 范 法。铸型通常采用优质钢制成。压力在几兆到几十兆帕范围。充型速度在 ～ ／ 范 150 围。充型时对最小件只需几毫秒，而对大件约需半秒钟。铸型的温度约150℃，要比金属凝 围。充型时对最小件只需几毫秒，而对大件约需半秒钟。铸型的温度约 ℃，要比金属凝 固温度低得多，因此铸件凝固极快。在凝固时需保持高压．以保证铸件高的表面质量，同时 固温度低得多，因此铸件凝固极快。在凝固时需保持高压．以保证铸件高的表面质量，同时 也保证金属液能充填到复杂型腔中。 也保证金属液能充填到复杂型腔中。 按照盛液室类型不同，可将压铸机分成热室压铸机和冷室压铸机。 按照盛液室类型不同，可将压铸机分成热室压铸机和冷室压铸机。 在热室压铸机中，冲头及缸体浸在保温熔化坩埚的液态金属中。将液体射入型腔的能量 在热室压铸机中，冲头及缸体浸在保温熔化坩埚的液态金属中。将液体射入型腔的能量 由液压泵提供，工作时由保压罐进行保压。热室压铸机工作的基本过程为：冲头向下使液态 由液压泵提供，工作时由保压罐进行保压。热室压铸机工作的基本过程为：冲头向下使液态 金属通过鹅形管喷嘴进入型腔，在金属凝固时保压；凝固完成后打开铸型，冲头返回到原始 金属通过鹅形管喷嘴进入型腔，在金属凝固时保压；凝固完成后打开铸型，冲头返回到原始 位置；铸件被取出后，在铸型型腔内喷撒分型剂，下一周期的工作即开始。热室压铸机主要 位置；铸件被取出后，在铸型型腔内喷撒分型剂，下一周期的工作即开始。热室压铸机主要 — — 3 5 7 ZA 8 3 5 7 ZA 8 适用于 号、 号、 号及 合金。热室压铸一般有如下优点，即①当铸型打开后，压室 适用于 号、 号、 号及 合金。热室压铸一般有如下优点，即①当铸型打开后，压室 内的液体自动补充，减少了工作时间；②液体的温度不会像冷室压铸那样降低，即金屑温度 内的液体自动补充，减少了工作时间；②液体的温度不会像冷室压铸那样降低，即金屑温度 稳定；③注射压力较低，对设备施加载荷作用低；④可充填薄壁处，保证完善铸件；⑤液态 稳定；③注射压力较低，对设备施加载荷作用低；④可充填薄壁处，保证完善铸件；⑤液态 金属不暴露在大气中，减少了金属的氧化。 金属不暴露在大气中，减少了金属的氧化。 冷室压铸机的压室与保温炉是分开的。冷室压铸的工作程序与热室压铸基本相同，只是 冷室压铸机的压室与保温炉是分开的。冷室压铸的工作程序与热室压铸基本相同，只是 冷室压铸的液态金属被人工或自动浇包浇入压室内。冷室压铸机分为立式压铸机和卧式压铸 冷室压铸的液态金属被人工或自动浇包浇入压室内。冷室压铸机分为立式压铸机和卧式压铸 ZA-12 ZA-27 机两种。冷室主要适用于 ZA-12合金及 ZA-27合金。因为这些合金的浇注温度正好处在锌铝 机两种。冷室主要适用于 合金及 合金。因为这些合金的浇注温度正好处在锌铝 合金腐蚀冲头及钢模的温度范围。 合金腐蚀冲头及钢模的温度范围。 2.3.2  2.3.2  压铸锌合金的组织结构及基本特点 压铸锌合金的组织结构及基本特点 在压铸条件下，锌合金凝固及冷却极为迅速，导致铸件中晶粒细小，具有很好的机械性 在压铸条件下，锌合金凝固及冷却极为迅速，导致铸件中晶粒细小，具有很好的机械性 能。锌铸件由表面向中心凝固，产生两个不同的区域，一个是组织致密区，另一个是普通组 能。锌铸件由表面向中心凝固，产生两个不同的区域，一个是组织致密区，另一个是普通组 0.38 0.50mm 0.38 0.50mm 织区。在距铸件表面 ～ 处，组织细小而致密。这种具有致密而细小晶粒组织的 织区。在距铸件表面 ～ 处，组织细小而致密。这种具有致密而细小晶粒组织的 部位具有优越的机械性能，因此这种薄层处单位面积的性能要比部位大得多。 部位具有优越的机械性能，因此这种薄层处单位面积的性能要比部位大得多。 压力铸造生产锌合金铸件的特点是生产效率高、产品质量好以及经济效益好，因而可广 压力铸造生产锌合金铸件的特点是生产效率高、产品质量好以及经济效益好，因而可广 泛用于汽车、拖拉机、电器仪表、医疗器械、日用五金等零部件的制造上。目前，锌合金铸 泛用于汽车、拖拉机、电器仪表、医疗器械、日用五金等零部件的制造上。目前，锌合金铸 400mm 0.3mm 0.7mm 件的外形最大尺寸达400mm，最小尺寸可达0.3mm。铸件的最小孔为0.7mm，最大平均壁 件的外形最大尺寸达 ，最小尺寸可达 。铸件的最小孔为 ，最大平均壁 10mm 0.3mm 厚为10mm，最小平均壁厚为0.3mm。但是这种方法也有一些缺点，如一次性投资较高，模 厚为 ，最小平均壁厚为 。但是这种方法也有一些缺点，如一次性投资较高，模 具寿命较低等。 具寿命较低等。 压铸锌合金的优点是：熔点低，可延长压铸寿命；不易粘膜；铸造工艺好，可形成各种 压铸锌合金的优点是：熔点低，可延长压铸寿命；不易粘膜；铸造工艺好，可形成各种 复杂、薄壁铸件；具有良好的电镀性；具有良好的常温使用性能。此外压铸锌合金也有与重 复杂、薄壁铸件；具有良好的电镀性；具有良好的常温使用性能。此外压铸锌合金也有与重 力铸造锌合金一样的缺点：密度大；易老化；抗蚀性差，易产生晶间腐蚀。压铸锌合金的物 力铸造锌合金一样的缺点：密度大；易老化；抗蚀性差，易产生晶间腐蚀。压铸锌合金的物 2-10 理性能如表2-10所示。 理性能如表 所示。 2-10  表2-10 压铸锌合金的物理性能 表 压铸锌合金的物理性能 锌合金 密 膨 胀 比 热 容 热 导 率 液 固 凝 锌合金 密 膨 胀 比 热 容 热 导 率 液 固 凝 /  /  · · 度 系 数 · · 相 线 相 线 固 收 度 系 数 /J (kg K)-1(2 /W(mK)-1(293 相 线 相 线 固 收 /J (kg K)-1(2 /W(mK)-1(293 337K)  ·· ～337K)  温度 温 度 缩率 /g cm ～ 温度 温 度 缩率 /g cm (293 93 373K)  (293 93 373K)  ～ ～ ～ ～ -3  373)  / -3  373)  /℃ ℃ （ // （ ℃ ℃ % %） ） YZZn 6 27.4  0.10  113.04  3 3 1 YZZn 6 27.4  0.10  113.04  3 3 1 Al4  .6  87  81  .17  Al4  .6  87  81  .17  YZZn 6 27.4  0.10  108.85  3 3 1 YZZn 6 27.4  0.10  108.85  3 3 1 Al4Cu1  .7  86  80  .17  Al4Cu1  .7  86  80  .17  2.3.3  2.3.3  掺杂元素在压铸锌合金中的作用 掺杂元素在压铸锌合金中的作用 为了提高压铸锌合金的某些物理性能和组织结构，可以在锌合金中加入少量的元素 为了提高压铸锌合金的某些物理性能和组织结构，可以在锌合金中加入少量的元素 以改善压铸锌合金的性能。这些金属或非金属元素能和锌形成化合物或固溶体，从而实现强 以改善压铸锌合金的性能。这些金属或非金属元素能和锌形成化合物或固溶体，从而实现强 Al Cu Mg; Fe Pb Sb Sn Al Cu Mg; Fe Pb Sb Sn 化的作用。压铸锌和锌铝合金中主要元素有 ， 和 杂质元素有 ， ， ， 和 化的作用。压铸锌和锌铝合金中主要元素有 ， 和 杂质元素有 ， ， ， 和 Cd Cd 等。 等。 α α α η Al α-Al α α Al η-Zn Al 以 -Al 固溶体形式形成初生 枝晶和共晶 相，少量 Al 固溶于 -Zn 固溶体中，可 以 固溶体形式形成初生 枝晶和共晶 相，少量 固溶于 固溶体中，可 以细化晶粒，提高合金的强度，并能改善合金液的流动性，减弱合金的氧化倾向。近共晶成 以细化晶粒，提高合金的强度，并能改善合金液的流动性，减弱合金的氧化倾向。近共晶成 4 5% 4 5% 分的锌合金具有较高的抗拉强度、硬度和冲击韧度。当铝的含量为 ～ 时，提高强度的作 分的锌合金具有较高的抗拉强度、硬度和冲击韧度。当铝的含量为 ～ 时，提高强度的作 5% 5% 用较为明显，超过5%时，则铝的强化作用很小，故锌合金的含铝量一般不超过5%。在高铝 用较为明显，超过 时，则铝的强化作用很小，故锌合金的含铝量一般不超过 。在高铝 Al ZA-27 锌基合金中随 Al量的增加，强度和硬度提高，ZA-27合金强度最高。 锌基合金中随 量的增加，强度和硬度提高， 合金强度最高。 α η ε β Cu α η ε(CuZn4) Cu β Cu 除了部分固溶于 相和 相外，主要形成 (CuZn4)相。Cu对亚稳 相的转变起到 除了部分固溶于 相和 相外，主要形成 相。 对亚稳 相的转变起到 1% 抑制作用，提高强度、硬度、耐磨性、耐蚀性和合金液的流动性。但含铜量以不超过 1%为 抑制作用，提高强度、硬度、耐磨性、耐蚀性和合金液的流动性。但含铜量以不超过 为 Cu 宜，因为过高可使老化现象加重。Cu使铸件尺寸不稳定。 宜，因为过高可使老化现象加重。 使铸件尺寸不稳定。 η β β Mg η β β Mg Mg 固溶于 相和亚稳 相中，抑制 相转变。Mg 能提高合金的强度和硬度，减小晶 固溶于 相和亚稳 相中，抑制 相转变。 能提高合金的强度和硬度，减小晶 Mg Mg 间腐蚀，使组织稳定。但较高的 Mg量会显著降低塑韧度，增大热裂和冷裂倾向性，Mg 的 间腐蚀，使组织稳定。但较高的 量会显著降低塑韧度，增大热裂和冷裂倾向性， 的 0.01% 0.06% 0.01% 0.06% 质量分数规定为 ～ 必威。 质量分数规定为 ～ 。 α Sb Al α Sb Zn-Al Sb化合物相形成时消耗了合金中部分 Al，从而使 相的数量减少。并且 Sb促使 Zn-Al 化合物相形成时消耗了合金中部分 ，从而使 相的数量减少。并且 促使 α α 合金中的一部分 α相在凝固过程中发生了转变，在进行四相转变时，由于减少了反应相 α 合金中的一部分 相在凝固过程中发生了转变，在进行四相转变时，由于减少了反应相 相的数量，从而使生成相的数量减少，由此减少了由四相反应造成合金体积的膨胀。在锌合 相的数量，从而使生成相的数量减少，由此减少了由四相反应造成合金体积的膨胀。在锌合 Sb Sb 金中添加适量的锑元素能明显提高材料的强韧性和耐磨性。Sb在锌合金中形成条块状 Sb、 金中添加适量的锑元素能明显提高材料的强韧性和耐磨性。 在锌合金中形成条块状 、 α Al Zn α Sb Sb Al Zn Sb Sb 、 化合物，具有钝化 枝晶、细化合金组织的作用。 提高了铸件的尺寸稳定性。 、 化合物，具有钝化 枝晶、细化合金组织的作用。 提高了铸件的尺寸稳定性。 加入后使合金组织均匀、枝晶钝化，促使合金中的杂质脆性相弥散分布，提高合金的致密性。 加入后使合金组织均匀、枝晶钝化，促使合金中的杂质脆性相弥散分布，提高合金的致密性。 Sb Sb Sb 的上述这些作用都有利于提高合金的力学性能和耐磨性能。但是，当 Sb量较多时，化 的上述这些作用都有利于提高合金的力学性能和耐磨性能。但是，当 量较多时，化 Sb Sb 合物中 Sb 的比例增加，化合物的脆性可能加大，同时，合金中 Sb化合物的数量和尺寸也 合物中 的比例增加，化合物的脆性可能加大，同时，合金中 化合物的数量和尺寸也 Sb Zn-Al 随之增加，从而对合金基体起割裂、脆化的作用。因此，Sb量过高时，Zn-Al合金的硬度 随之增加，从而对合金基体起割裂、脆化的作用。因此， 量过高时， 合金的硬度 ZA27 增加，而强度和塑性降低。锑对 ZA27合金强度、伸长率、冲击韧性、硬度和磨损性能的影 增。