Цинк и его сплавы

В свойствах цинка, обладающего гексагональной структурой, проявляется резкая анизотропия. Прочность цинка в поперечном сечении гораздо выше, чем в продольном. Находясь в литом состоянии и при комнатной температуре, цинк малопластичен. При температуре 100–150°С, становясь очень пластичным, он легко поддаётся обработке давлением (прессованию, прокатке, глубокой вытяжке и штамповке).сплавы цинка

В процессе обработки давлением цинк (в чистом виде) рекристаллизуется и не требует последующего смягчающего отжига. От того, насколько долго чистый цинк находится в обработке давлением, зависит его технологичность в целом. Если в состав цинка входит примесь олова, которая образует эвтектику с температурой плавления 199°С, или одновременная примесь олова и свинца (тройная эвтектика с температурой плавления 150°), горячая обработка цинка будет осложнена. Рекристаллизация цинка происходит с задержкой, если в его составе присутствует железо.

Характерным явлением для сплавов из цинков является процесс естественного старения. Он проявляется в уменьшении размеров изготовленных изделий приблизительно на 0,07—0,09%. Первичная усадка наблюдается на продолжении 4-5 недель, остальная – в течение многих лет. Чтобы стабилизировать размеры отлитых изделий применяется термообработка, заключающаяся в отжиге в течение 3-6 часов при температуре 100°С, или за 6-10 часов при 85°С, или же в течение 10—20 часов при 70°С.

В случае возникновения в отлитых изделиях дефектов для их устранения сплавы подвергаются сварке и пайке. Оловянно-свинцовые припои применяются для создания сплавов, которые были предварительно никелированы. Оптимального результата без флюса (подкисленного хлористого цинка) можно достичь, используя припой, который содержит 82,5% Cd, 17,5% Zn.

Сварка проводится в восстановительном пламени, при этом электроды и изделие должны быть выполнены их одного сплава.

Литейные цинковые сплавы нашли широкое применение в автомобильной промышленности. Из них отливаются корпуса карбюраторов, рам спидометров, насосов, решёток радиаторов и др. Кроме того, они используются для отливки деталей различной техники (пылесосов, стиральных машин, миксеров, кассовых аппаратов и т.д.) Следует отметить, что литейные цинковые сплавы теряют свою прочность (в среднем на 30% при 100°С), твёрдость (на 40%) и становятся хрупкими (при температуре ниже 0°С). Ввиду этого, такие сплавы нельзя использовать при низких и повышенных температурах.

На практике для того, чтобы повысить коррозийную стойкость и придать изделию красивый внешний вид, наносятся защитные покрытия. Обычно в качестве покрытий выступают никель, медь и хром. Они могут быть нанесены в 2 или 3 слоя, в зависимости от условий эксплуатации цинковых изделий.


Цинковые антифрикционные сплавы

Антифрикционные сплавы, содержащие в своём составе цинк, медь и алюминий, являются наиболее распространёнными и востребованными. Они применяются в литом и деформированном состоянии (прессованном или прокатном).

Отличительная особенность цинково-алюминиево-медных сплавов состоит в их высоких антифрикционных антифрикционные сплавыпоказателях наряду с достаточной прочностью в условиях комнатной температуры. Это позволяет применять такие сплавы (вместо бронзы) в узлах трения, где температура не превышает 80—100°С. В случае повышения температуры происходит размягчение сплавов, вследствие чего они намазываются на вал. Различают следующие марки сплава: ЦАМ9-1,5 в ЦАМ10-5.

Устанавливая величины зазора в подшипнике, следует учитывать высокий коэффициент линейного расширения сплавов из цинка.

Цинковые антифрикционные сплавы служат для изготовления литых монометаллических и биметаллических деталей, сплавы марки ЦАМ10-5 – для изготовления проката.

В процессе производства литых деталей на практике обычно используются чушковые сплавы или сплавы, изготовленные их первичных материалов. Изготовление таких сплавов происходит посредством литейного производства и переплава. Для получения качественного результата плавка должна быть проведена под древесно-угольным слоем. Хлористый аммоний, составляющий 0,1-0,2% от общей массы плавки выступает в качестве флюса. В случае загрязнённой шихты необходимо увеличить количество аммония.

Цинковые антифрикционные сплавы следует отливать при температуре 440-470°С. Если металл перегреть сильнее, чем на 480°С, произойдёт насыщение расплава газами.

Для получения монометаллических литых деталей применяется отливка в землю, литьё под давлением, центробежный способ, а также отливка в кокиль. Разрабатывая технологию отливки, необходимо иметь ввиду, что для сплавов марок ЦАМ9-1,5 и ЦАМ10-5 характерно образование горячих трещин, таким образом формы, которые создают трудную усадку, не должны иметь место в процессе изготовления.

Если необходимо отлить детали сложной конфигурации, вызывающие затруднения отливки в кокиль, то целесообразнее использовать литьё в землю. Это объясняется тем, что литые детали, полученные отливкой в землю, характеризуются укрупнённым размером зёрен и большим количеством пор, в сравнении с деталями, полученными кокильным литьём.

В процессе центробежного литья (скорость литья составляет 2—2,5 кг/с, линейная скорость на периферии - 6—8 м/с) существует большая вероятность получения зоны столбчатых кристаллов, обладающих пониженными механическими свойствами. Увеличение скорости приводит к тому, что структура становится мелкозернистой, при этом структурная составляющая сплава, содержащая алюминий, заметно ликвидируется. Ввиду этого центробежное литьё необходимо применять с большой осторожностью, если речь идёт об изготовлении важных деталей.

Заливка сплава на сталь, протекающая через подслой цинка в чистом виде, используется для изготовления биметаллических деталей, которые состоят из стали и цинкового антифрикционного покрытия. изделия из биметалловСтальная поверхность подвергается протравливанию и обезжириванию, вследствие чего образуется прочное соединение. Флюсование проходит при температуре флюса не более 150°С. После него стальное основание подогревается и оцинковывается. В цинковую ванну, содержание железа в которой должно быть не больше 0,5%, добавляют алюминий в количестве 0,5%. Завершающий этап изготовления – установка основания в форму и заливка сплавом.

Изготовление деталей из проката способствует повышению коэффициента использования металла. Процессы вырубки и штамповки сплава ЦАМ10-5 целесообразнее проводить при высоких температурах (100—150° С), обеспечивающих пластичность этой марке сплавов. Сплав ЦАМ9-1,5 для качественной обработки не требует повышенных температур (обработка вхолодную). При этом биметаллический прокат, содержащий обе марки сплавов, легко поддаётся обработке вхолодную. Изделия из деформированных сплавов могут быть использованы при более тяжёлых условиях, поскольку их усталостная прочность превышает прочность литых сплавов.

Работая совместно со стальным валом и цинковым сплавом, твёрдость стального вала не должны быть ниже НВ 300. Сплавы из цинка характеризуются слабым сопротивлением усталостным напряжениям, если осуществляется воздействие больших изгибающих усилий. Поэтому, если такая возможность существует, в конструкции монометаллических трущихся деталей необходимо избегать резких переходов, бортов и т.п.

Свяжитесь с нами