锌基合金 zinc alloy

锌基合金 zinc alloy 新型轴承合金
锌基合金
锌基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，而使铸件地形状和尺寸略起变化。
锌基合金 
zinc alloy 
【概述】
锌基合金—新型轴承合金 
锌基合金是新型重力铸造锌基合金系列（ZA8、ZA12、ZA27）的代称，其在1997年被列入国家推荐标准《铸造锌基合金》后（标准代号：GB/T1175-1997），以ZnAl27Cu2Mg即ZA27-2为代表并衍生的高铝锌基合金，作为新型轴承合金已广泛取代部分巴氏合金和青铜，用来制造各类轴瓦、轴套、滑板、滑块、蜗轮及传动螺母等减摩耐磨件。 
以锌为基加入其他元素组成的合金。常加的合金元素有铝、铜、镁、镉、铅、钛等。锌基合金熔点低，流动性好，易熔焊，钎焊和塑性加工，在大气中耐腐蚀，残废料便于回收和重熔；但蠕变强度低，易发生自然时效引起尺寸变化。熔融法制备，压铸或压力加工成材。按制造工艺可分为铸造锌基合金和变形锌基合金。 
与巴氏合金相比 
除了拥有显著的性价比优势外，还具有更高的强韧性、更低的比重和更宽的应用范围等特点。 
与青铜相比 
1．强度、硬度和许用压力与铝青铜相当，广泛超过锡、铅等青铜，许用速度相近。完全能够满足轴瓦等独立减摩耐磨零件使用条件的需求。 
2．对润滑油的亲和力较强，自润滑性更好，加上其冶金特性（熔点低，不易与钢轴发生冶金结合），因此使用中抗粘着性强，减摩耐磨特性更加突出。 
3．摩擦系数低，磨损小，因而使用寿命更长。同等使用条件下，一般在铜瓦的1倍以上，从而降低了配件的采购成本。 
4．热导率大（ZZnAl27Cu2Mg λ=125；ZCuAl10Fe3 λ=59），散热快，磨面温升慢且低，对配对摩擦有更好的保护作用。 
5．材料密度低（ZZnAl27Cu2Mg ρ=5g/cm3），产品质量轻（同型号、同规格质量轻1/3），安装、维护更加容易、方便。 
6．具有较高阻尼特性，减振抗噪。 
一、国标规定的ZA27-2化学成分及物理特性： 
合金牌号 合金代号 合金元素 主要杂质含量（不大于） 
ZZnAl27Cu2Mg ZA27-2 Al Cu Mg Zn Fe Pb Cd Sn 其他 
25.0-28.0 2.0-2.5 0.01-0.020 其余0.075 0.006 0.006 0.003 
Mn0.01 
Cr0.01 
Ni0.01 
合金牌号 合金代号 铸造方法及状态 抗拉强度 
MPa 延伸率% 布氏硬度 
HBS 
ZZnAl27Cu2Mg ZA27-2 SF 
ST3 
JF 400 
310 
420 3 
8 
1 110 
90 
110 
注：T3工艺为320℃·3h炉冷。 
二、高铝锌基合金制品的化学成分及物理特性： 
合金牌号 合金代号 合金元素 主要杂质含量 
（不大于） 
Al Cu Mg Zn Fe Pb Cd Sn 其他 
ZZnAl27Cu1Mg ZA27-1B 25.0-28.0 1.0-2.0 0.01-0.02 其余0.055 0.006 0.006 0.003 Mn0.01 
Cr0.01 
Ni0.01 
ZZnAl27Cu2Mg ZA27-2B1 
ZA27-2B2 
25.0-30.0 2.0-3.0 0.01-0.02 其余0.075 0.006 0.006 0.003 Mn0.01 
Cr0.01 
Ni0.01 
合金牌号 合金代号 铸造方法及状态 抗拉强度 
MPa 延伸率% 布氏硬度 
HBS 
ZZnAl27Cu1Mg ZA27-1B SF 380 10 100 
JT2 350 14 90 
JF 400 6 110 
ZZnAl27Cu2Mg ZA27-2B1 SF 400 10 100 
JT1 360 14 90 
JF 420 6 110 
ZA27-2B2 SF 420 10 105 
JT1 380 12 90 
JF 440 6 120 
注：T1工艺指稳定化热处理工艺，T2工艺指时效热处理工艺。 
节约成本 优势明显 
锌基合金不仅具有优越的机械性能，更具有极高的性价比。以锌代铜，不仅能有效保证提高您的产品性能，同时可使您同种规格的产品节省成本40%左右： 
以Φ5×74m回转窑托轮轴瓦为例，每套12件，可节约166700元. 
高铝锌基合金在回转窑上的应用 
使用条件 
适用于低速≤7.1m/s、重载≤300Kg/cm2、常温≤150℃条件下，要求[pv] ≤30。 
生产能力 
可为10000t/d以下回转窑提供全系列托轮轴瓦、轴套产品，具有年产3000台套的生产能力。 
高铝锌基合金在回转窑上的应用 
轴瓦的刮研与润滑建议 
1.刮研建议： 
a.应保证轴瓦与球面瓦接触良好，轴瓦背与球面瓦在配合刮研时，接触点为25×25mm2上不少于3点，并用涂色法进行检查。 
b.应保证轴瓦与轴颈接触均匀、连续。刮研接触角以30～40度为宜，接触点为1～2点/cm2。 
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c.轴瓦与轴颈的侧隙应刮削平顺，检测规范可参见设计部门提供的安装方案。实际中应根据瓦口间隙的大小和储油槽的深浅、平顺刮削至接触带，起始处不小于1mm，末端应在0.15～0.20之间。 
d.轴瓦刮研端面为10×10mm2上不少于1点。 
2.润滑建议 
a.通常情况下，夏季宜采用VG680动力粘度的润滑油，冬季宜采用VG460动力粘度的润滑油。同时，使用中也要考虑环境和地域的差异并高度关注润滑油膜的厚度是否满足润滑要求。 
b.虽然高铝锌基合金轴瓦与青铜轴瓦相比对润滑油的要求更低，但是因为当今设备的发展趋势正向着负荷大、效率高、寿命长的方向发展，因此我们一定要更新润滑观念，为了保证设备更加安全运行，建议采用高品质的含有极压及耐磨添加剂的润滑油。 
c.高度关注磨合初期的润滑情况，加强监控与清洁。 
《中华人民共和国国家标准---铸造锌合金》GB/T 1175-1997 (1997-03-04发布1997-09-01实施) 
本标准首次全面修订。目前，国际标准化组织（ISO）尚未制订铸造锌合金标准（仅有一个锌合金标准ISO301-1981,其中仅列出合金锭的化学成分没有列出力学性能）。为促进国际贸易，技术和经济交流，同时又能满足国内市场须要，在本版本中引进了德国标准DIN1743中两个合金牌号（适用于制造冲压模具和美术装饰品），美国标准ASTM B791中三个合金牌号（适用于制造减磨、减震和结构件）。上述五个合金牌号在引用时仅采用了它们的化学成分和力学性能指标，具体见本标准附录B。 
本版本在下列章节中有所改变： 
---第3章中给出锌合金定义、新的牌号和代号； 
---第4.1条中在ZA9-2合金中将铝含量上限由11.0%改为10.0%,在ZA 11-5合金中将铝含量下限由9.0%改为10.0%,取消ZZnAl4和ZZnAl4-0.5两个压轴合金牌号； 
---第4.4条中增加试样浇冒口系统 
---第4.7条中新增条文； 
---第5章中新增条文5.1-5.6 
本标准GB 16746-1997《锌合金铸件》配套使用。 
本标准的附录A是标准的附录； 
本标准的附录B是提示的附录。 
本标准由中华人民共和国机械工业部提出。 
本标准由全国铸造标准化技术委员会归口。 
本标准起草单位：沈阳铸造研究所、河南中发合金制品有限公司（现许昌众力合金制品有限公司）、阿城市有色金属铸造厂、沈阳高压开关厂、包头五二研究所。 
本标准主要起草人：张照文、申震涛、李东基、张斌、靳依林 
【锌基合金成分及铸件品质】 
一、锌基合金的特点 
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。 
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。 
使用过程中须注意的问题： 
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、镉在锌基合金中溶解度很小，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 
锌基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，而使铸件地形状和尺寸略起变化。 
3. 锌基合金压铸件不宜在高温和低温（0℃以下）的工作环境下使用。锌基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。 
图1 时效时间对锌基合金屈服强度和冲击韧性的影响 
图2 温度对抗拉强度的影响 
二、锌基合金种类 
Zamak 3: 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。 
Zamak 5: 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。 
Zamak 2: 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，如电器元件及其盒体。 
不同的锌基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。 
三、锌基合金的选择 
选择哪一种锌基合金，主要从三个方面来考虑 
1. 压铸件本身的用途，需要满足的使用性能要求。包括： 
（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
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