Milling-master.ru

В помощь хозяину
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сплавы цинковые литейные

Литье из цинка

Цинк занимает тридцатое место в периодической таблице Менделеева. Это металл, который в обыкновенных условиях отличается хрупкостью. На воздухе он относительно быстро тускнеет и покрывается своего рода защитной пленкой.

Эта пленка состоит из оксида этого металла. К главным свойствам цинка можно отнести амфотерность. То есть и сам цинк, и его соединения могут показывать как кислотные, так и щелочные свойства.

Цинковые литейные сплавы

Чистый или технический цинк хорошо обрабатывается прокатом, на штампах и другими методами обработки металла. Его можно обрабатывать как в холодном, так и в подогретом до 170 градусов, состоянии. Плотность цинка равна 7,13 кг на кубический дециметр. Кроме того, цинк обладает низкой температурой плавления – 420 градусов Цельсия. Металлургическая промышленность выпускает несколько сортов цинка, которые отличаются друг от друга набором примесей. Для маркировки цинковых сплавов применяют следующий набор букв и цифр. Буква Ц, обозначающую принадлежность материала к цинку. Затем указывают буквы А, М или другие, которые обозначают названия примесей А – алюминий, М – медь и пр. на третьем стоят цифры, указывающие на процентное содержание примеси.

Цинковые литейные сплавы

Для литья из цинка применяют сплавы ЦА4, ЦАМ4-1 их применяют для литья под давлением и многие другие. Состав и механические параметры антифрикционных сплавов определены в ГОСТ 21437-95.

К особенностям применения цинковых сплавов можно то, что вторичная плавка этого материала приводит к потере ими жидкотекучести.

Виды сплавов

В промышленности применяют следующие цинковые сплавы для литья:

  1. Система Zn-Al – ЦА4, ЦА15 и пр.;
  2. Система Zn-Cu – ЦМ 1, ЦАМО и пр.;
  3. Система Zn-Al-Cu – ЦАМ 4-1, ЦАМ 10-4;
  4. Система Zn-Al-Me – ЦП2, ЦП3 и пр.

Приведенные сплавы применяют для выполнения литья под давлением. Из них производят отливки сложной формы, при этом толщина стенки может составлять 0,6 мм. Эти же сплавы могут быть использованы для литья в кокиль или песчаные формы.
Цинковые литейные сплавы должны отвечать следующему требованию – минимальное количество примесей, а именно в сплавах, должно быть, сведено к минимуму содержания свинца, железа и некоторых других.

Свойства цинковых сплавов

Изделия из цинковых сплавов используют в разных отраслях промышленности и быту. Например, при сборке автомобильной техники цинковые сплавы используют при изготовлении некоторых корпусных деталей, фильтров и множестве других. Электротехническая промышленность применяет цинк для производства щеткодержателей. Сплавы из этого материала обладают высокой пластичностью. И это свойство позволяет его применять для получения отливок сложной формы с тонкими стенками. Цинковые литьевые сплавы не вступают в химическую реакцию с металлом формы и не прилипают к ее поверхности. Параметры этих материалов позволяют изготавливать детали с резьбой.

Свойства цинковых сплавов

Между тем механические свойства цинка и сплавов из него характеризует то, что предел прочности лежит в диапазоне 20 – 38 кгс на метр квадратный, а твердость по Бринеллю составляет 65 – 110 единиц. Отливки из цинковых сплавов обладают низкой шероховатостью поверхности, точностью размеров. Заготовки, полученные литьем под давлением хорошо, обрабатываются давлением и резанием.
Между тем цинковые сплавы, обладают высокой плотностью – 7 кг на дециметр, а это сопоставимо со сталью. Они имеют не очень высокую стойкость к воздействию коррозии. Наличие в составе сплава таких веществ, как – свинец, кадмий и некоторых других приводит к тому что ускоряются процессы старения. Он сопровождается снижением механических параметров и изменением объема отливки. Ко всему прочему сплавы из этих материалов отличаются повышенной пористостью.

Для улучшения прочностных свойств и приданию цинковым сплавам хорошей коррозионной стойкости, в их состав вводят магний, его концентрация не должна превышать 0,1%. Кроме этого, способа применяют и довольно традиционные методы – никелирование, кадмирование и пр.
Свойства сплава определяется наличием тех или иных веществ в составе сплава.

Цинковые антифрикционные сплавы

Максимальное распространение имеют антифрикционные материалы. Они применяют как отливки, а также после механической обработки. Эти материалы отличают антифрикционные параметры и довольно высокая прочность. Их применяют для замены бронзы, детали из которой работают при температуре не более 100 градусов Цельсия.

Микроструктура цинковых антифрикционных сплавов

Если температура выше означенной то сплав приобретает излишнюю мягкость и постепенной верхний слой цинковой детали окажется на поверхности вала.
Сплавы этого класса используют для получения цельнометаллические или биметаллические материалы.
Из сплавов на основе цинка наиболее широкое распространение получили такие сплавы, как ЦАМ1, ЦАМ 4-1, в их составе содержится до 4% алюминия и 1% меди. Кроме, них для получения отливок применяют такие марки, как ЦАМ 10, состоящий на 5% из алюминия и 10% меди. Его отличают высокие механические и антифрикционные свойства. Этот материал широко используется для деталей мотоциклетной техники. Его технические свойства позволяют применять его и в производстве подшипников скольжения.
Особняком стоит сплав ЦАМ 4-1. Этот материал используют для получения деталей различной конфигурации и назначения в автомобильной промышленности. Состав этого материала нормирован ГОСТ 19424-97. В соответствии с его требованиями в состав этого сплава, кроме алюминия и меди, могут входить:

  • кремний, не более 0,13%;
  • магний, не более 0,06%;
  • железо, не более 0,005%;
  • свинец, не более 0,01%;
  • олово, не более 0,012%;
  • кадмий, не более 0,004%.

Применение цинковых антифрикционнх сплавов

Свойства и характеристики сплава отличаются от множества других сплавов, так, ЦАМ 4-1, имеет плотность, превышающую 7,1 кг на 1 дм, предел текучести лежит в пределах 100 КГс и рядом других.
Для получения деталей из цинка ЦАМ 4-1, последний поступает в чушках, весом по 25 кг каждая, допустимо и применение материала – сырца в чушках по 500 кг.

Читать еще:  Литейная латунь марки

Основные методы литья цинка

В цветной металлургии применяют несколько технологий получения отливок, и это несколько затрудняет работу технолога в части определения того, каким образом будет изготовлена деталь. Перед тем как сделать окончательный выбор в пользу той или иной технологии необходимо понять следующее:

Метод центробежного литья

  1. Выбранный метод отливки должен гарантировать то, что полученные детали будут полностью отвечать требованиям нормативно-технической и рабочей документации. Все, параметры, заложенные в деталь будут соблюдены, а припуски на механическую обработку не должны превышать норм, определенных в соответствующих стандартах.
  2. Техпроцесс должен обладать соответствующей производительностью и экономичностью.
  3. Использование избранного процесса, должно основываться на эксплуатации существующего оборудования и оснастки.

Метод литья цинка в песчаные формы

Для получения отливок из цинковых сплавов используют следующие основные разновидности литья, при этом надо учитывать их особенности. Например, литье в песчаные или металлические формы – это самый распространенный и, наверное, экономичный вид получения необходимых заготовок. Но необходимо учитывать то, что после литья в песок потребуется проведение дополнительной обработки поверхности, так как ее качество оставляет желать лучшего.
В условиях производства небольших партий деталей имеет смысл подумать о литье в кокиль. Но в этом случае препятствием может стать высокая стоимость оснастки.

Центробежное литье

Результатом постоянного совершенствования литейных технологий стало появление машин для выполнения центробежного литья. Принцип этого способа получения отливок прост – расплав подается в формы, вращающиеся вокруг своей оси, под воздействием центробежной силы его «размазывает» по форме и через заранее определенное время будет сформирована готовое изделие. Такая технология позволяет выплавлять изделия без пузырьков воздуха.

Существуют машины горизонтального и вертикального действия. Их применяют для получения отливок с большими размерами. Использование оборудования такого класса оправдано с точки зрения экономики при организации массового производства.

Эта технология позволяет получать пустотелые отливки, при этом нет необходимости в использовании дополнительных приспособлений, например, стержней. Отливка, полученная по такой технологии, имеет плотную и мелкозернистую структуру материала.
Вместе с тем оборудование для выполнения работ по этой технологии стоит довольно дорого. Кроме того, в силу ряда причин, в частности, из-за малой податливости формы, возможно, появление дефектов в виде трещин.

Литье под давлением

Литье под давлением цинковых сплавов основано на следующем принципе – расплав подается в форму под воздействием давления от 7 до 700 МПа.

Его уровень зависит от состава сплава и характеристик будущей детали. На существующем оборудовании, возможно, изготовление деталей весом от нескольких грамм до десятков килограмм.
Достоинства и недостатки технологии литья
Из множества литьевых технологий для работы с цинковым сплавами применяют следующие

Литье в кокиль

Гарантирует получение заготовок с высоким качеством поверхности, как правило, такие детали не нуждаются в операциях по механической обработке. Но, кокиль, обладает высокой ценой ввиду высокой трудоемкости его получения.

Высокая скорость охлаждения приводит к тому, что снижается текучесть расплава и это может привести к появлению разного рода дефектов. Практическое отсутствие газопроницаемости формы приводит к тому, что газы, образующиеся в процессе литья, остаются в заготовке.
Литье цинковых сплавов под давлением позволяет получать сложные изделия с минимизированными размерами стенок. Качество получаемой продукции позволяет избежать дальнейшей мехобработки. Такое литье отличает уровень производительности.Вместе с тем для его обеспечения требуется дорогое оснащение. Кроме этого, существуют ограничения на габаритные размеры отливаемых деталей.

Применение цинковых сплавов

Порядка 30% от мирового объема производства цинка и его сплава применяют для нужд полиграфии и производства антифрикционных сплавов. Кроме того, цинк применяют для легирования сплавов из некоторых цветных металлов.

Одна из главных статьей расхода цинка и его сплавов – это нанесение защитного покрытия на металлы.

Цинковые литейные сплавы

Сплавы этой группы в основном применяют для производства отливок, получаемых литьем под давлением, реже — в кокили и песчаные формы. В зависимости от состава и назначения сплавы подразделяются на следующие подгруппы: системы Zn-Al (ЦА4, ЦА15, ЦП1); системы Zn-Cu (ЦМ1, ЦАМО, 2-4); системы Zn-Al-Cu (ЦАМ4-1, ЦАМ2-5, ЦАМ10-5 и т.п.); системы Zn-Al-Me (Mg, Мn, Ti, Si) (ЦП2, ЦПЗ и т.п.).

По стандарту TGL-0-1743, цинковые литейные сплавы для литья под давлением, приведенные для сравнения, имеют близкие к отечественным стандартам составы и свойства (верхняя таблица).

В зависимости от химического состава установлен ряд марок чушковых цинковых сплавов (табл. 15), применяемых для литья под давлением (ГОСТ 19424-74 с изменениями).

В табл. 16 приведены химический состав и области применения цинковых литейных сплавов.

Указанные сплавы имеют исключительную способность к литью под давлением. Из этих сплавов можно получать очень точные по размерам со сложными очертаниями контуров отливки со стенкой толщиной порядка 0,6 мм. Они также пригодны для отливки в кокиль и песчаные формы.

Цинковые сплавы в отличие от чистого нелегированного цинка имеют хорошие механические и технологические свойства и находят в связи с этим широкое промышленное применение. Характерным требованием к цинковым литейным сплавам для литья под давлением, в кокиль и песчаную форму является жесткое ограничение по предельно допустимому содержанию вредных примесей, особенно свинца, железа, кадмия и олова, вызывающих образование межкристаллитной коррозии в отливках.

Ниже рассмотрены основные сведения о структуре и свойствах сплавов на основе цинка.

Система цинк-алюминий

Согласно диаграмме состояния в системе Zn-Аl (рис. 10, а) образуются твердый раствор алюминия в цинке (а-фаза), содержащая при температуре эвтектики 382 °С 1,02% А1, твердый раствор цинка в алюминии (0-фаза), содержащая при 382 °С 17,8 %А1, и эвтектика (а + B), содержащая 95 % Zn и 5 % А1.

При медленном охлаждении до 275 °С происходит эвтектоидный распад B-твердого раствора (г.ц.к. решетка) на а-твердый раствор (гексагональная решетка) и B-твердый раствор (г.ц.к. решетка) с резким изменением растворимости цинка — твердый раствор цинка в алюминии, содержащий около 30% Zn; фаза B имеет состав 78 % Zn и 22 % А1.

Читать еще:  Литейный цинковый сплав

На рис. 11, а показана микроструктура сплава Zn — 4% А1. Сплав состоит из первичных кристаллов (а-фаза) и эвтектики (а + B). При хранении отливок из сплавов системы Zn-Al даже при комнатной температуре происходит полиморфное превращение кубической гранецентрированной решетки B-фазы в гексагональную. Этот процесс часто называют старением. При старении происходит изменение линейных размеров отливок, а также изменение электропроводности и твердости.

Значительное влияние на скорость распада B-фазы оказывают добавки магния и лития. Небольшие добавки магния (до 0,1 %) не только затормаживают распад B-фазы, но и повышают прочность сплавов.

Свойства сплавов системы Zn-А1 улучшаются с повышением содержания алюминия. Так, при 4% А1 временное сопротивление возрастает почти в три раза и составляет около 300 МПа; удлинение возрастает при добавке алюминия с 5 до 30 %; ударная вязкость — от 500 до 4000 кДж/м 2 .

Легирование цинка алюминием улучшает также литейные свойства и способствует измельчению структуры сплавов. При добавке алюминия уменьшаются насыщение цинковых расплавов железом при плавке в стальных и чугунных тиглях, а также прилипаемость сплава к пресс-форме, повышаются температура рекристаллизации цинка и его стойкость против коррозии под напряжением.

Система цинк-медь

Сплавы этой группы выгодно отличаются от сплавов системы Zn-Al тем, что в них не наблюдается процесс старения, однако сплавы системы Zn-Сu имеют более низкие механические свойства. Характер взаимодействия цинка с медью определяется диаграммой состояния (см. рис. 10, б). При температуре перитектики 424 °С цинк растворяет около 2,6% Си с образованием твердого раствора меди в цинке (n-фаза). При охлаждении медноцинкового сплава, содержащего более 1,7% Си, из пересыщенного твердого раствора на основе цинка (n-фазы) выделяется е-фаза. Поэтому при содержании меди от 1,7 до 12,5% медноцинковые сплавы имеют две фазы (n и е ). Например, промышленный сплав Zn — 4 % Си находится в двухфазной области и имеет перитектическую структуру (рис. 11, б), образующуюся в результате процессов кристаллизации.

Отсутствие упрочнения цинк-медных сплавов, по-видимому, обусловлено структурным и размерным соответствием цинка и е -фазы, имеющих гексагональную решетку, а также их почти одинаковыми удельными объемами, вследствие чего при образовании е -фазы в отливках не возникают внутренние напряжения. Образование е -фазы и n-фазы связано с некоторым изменением объема.

Присадка меди повышает временное сопротивление, твердость, но одновременно понижает пластичность сплава. Следует иметь в виду, что механические свойства сплавов системы Zn-Cu все же ниже, чем сплавов системы Zn-Al. При увеличении содержания меди растут температура рекристаллизации, усталостная прочность и обрабатываемость резанием, а также антифрикционные свойства, но уменьшается межкристаллитная коррозия сплавов, ухудшается жидкотекучесть сплавов и заполняемость форм при литье.

Автор: Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2012.08.14

Цинковые литейные сплавы: особенности и применение для литья под давлением

Цинковые сплавы делятся на антифрикционные, деформируемые и литейные. Характеристики и особенности видов, предназначенных для производства отливок, должны соответствовать ГОСТу 25140-93.

Марки цинковых сплавов

Сплавы с цинком маркируются буквой Ц. В маркировку также включают буквы и цифры, в которых зашифровано наименование легирующего элемента и его процентное содержание. Например, ЦА4 содержит 3,5–4,5% алюминия и 0,02–0,06 магния, остальное — цинковая составляющая.

Чаще всего литье цинковых сплавов под давлением подразумевает использование следующих марок: ЦА4, ЦА4о, ЦА4М3, ЦА4М1, ЦА4М1в, ЦА30М5.

Область применения

Сплавы на основе цинка находят широкое применение в литейном производстве. Так, цинковое литье под давлением используется для изготовления мелких деталей, используемых в автомобиле- и тракторостроении, электротехнической промышленности, бытовой технике, мебельной фурнитуре, замках и других предметах.

Особенности применения материала в зависимости от марки:

  • ЦА4о, ЦА4 используются для литья деталей приборов, для которых в приоритете стабильность размеров;
  • ЦА4М1 — для отливки изделий различного назначения (корпусных, арматурных, декоративных), для которых повышенная точность не важна;
  • ЦА4М1в — для литья неответственных деталей;
  • ЦА4М3 — для изготовления элементов, требующих высокой точности;
  • ЦА30М5 — для производства вкладышей подшипников, червячных шестерен, втулок балансирной подвески.

Свойства и особенности

К плюсам, которые имеет литье изделий из цинка под давлением, относятся: незначительное изменение линейных размеров, низкая температура плавления в сочетании с высокой жидкотекучестью. Благодаря таким свойствам из литейных сплавов можно изготавливать изделия с толщиной стенки до 0,5 мм.

Цинковые металлические соединения не контактируют с материалом, из которого выполнены формы и тигли, не прилипают к поверхности формы, что дает возможность отливать изделия сложной конфигурации и использовать на производстве машины, оборудованные горячей камерой.

Низкая t плавления (в пределах 380–385 °С) и возможность литья при невысоких давлениях обеспечивают устойчивость пресс-форм в течение 500 000 циклов и более.

Многие цинковые сплавы лучше алюминиевых по своим механическим и антифрикционным характеристикам. На отливки из них можно наносить защитные и декоративные покрытия без предварительной отделки. Их можно полировать, покрывать лаком и эмалью.

Примеси, добавляемые в цинк, оказывают разное влияние на структуру и свойства металла.

Алюминий повышает прочность и жидкотекучесть, уменьшая окисляемость металла.

Медь увеличивает прочность, стойкость к износу и жидкотекучесть, но может стать причиной изменения размеров отливок, поэтому этот элемент рекомендуется добавлять в количестве не более 1 %.

Магний вводят в материал преимущественно для повышения устойчивости против МКК (межкристаллитной коррозии). Он сводит на нет отрицательное воздействие вредных примесей, но его не должно быть более 0,1 % во избежание горячеломкости отлитых изделий.

Самыми вредными примесями в плане риска возникновения МКК в цинковых сплавах для литья считаются олово, кадмий и свинец.

Читать еще:  Какие недостатки имеет литейного производства цветных металлов

Плавка и литье цинка и цинковых сплавов

Для плавки цинка и цинковых сплавов используются в основном индукционные печи с железным сердечником. Например, для переплава катодного цинка применяют 20-тонную печь с шестью печными трансформаторами. Для изготовления подового камня используется 35 % синей гончарной глины, 12 % каолина и связующее — сульфатный щелок — 1. 2%. Спекается масса при температуре 500. 600 °С. Если перегрев металла не превышает 480. 500 °С, то камень выдерживает до 7. 12 тысяч плавок.

После расплавления шихты расплав выдерживают 1,5. ..2 часа для отстаивания свинца и железа. Таким образом, удается снизить их содержание в целом до 2. 2,5%. В качестве защитной атмосферы используется азот. В случае значительного загрязнения цинка его очищают от примесей нашатырем. Разливку ведут при температуре 430. 480 °С в горизонтальные чугунные изложницы. Толщина слитков составляет 30. 35 мм.

Для переплава отходов и плавки полиграфического цинка используют печи сопротивления САН или отражательные пламенные печи на газе или жидком топливе.

Исходные материалы для приготовления сплавов ЦАМ 10—5 и ЦАМ 5— 10 являются алюминий марки АО и А1, медь марки МО и М1, цинк марки Ц0 и Ц1, а также вторичные отходы и металлы.

Порядок загрузки: в предварительно нагретый до Т = 400 °С тигель загружают цинк, по расплавлении которого вводят медь в виде биметалла или тонких латунных обрезков. Алюминий вводят в виде лигатуры Си-А1 (50:50).

Если в шихте есть отходы, загрузку ведут в следующем порядке: сначала отходы, затем тонкие латунные обрезки или биметалл, лигатура Си-Al, далее Zn и все легкоплавкие компоненты. Температура заливки не должна быть более 380. 460 °С. В печи слабоокислительная или восстановительная атмосфера. Покровные флюсы не применяют, применяют азот.

Типографские сплавы приготовляют в чугунных или стальных тиглях, отапливаемых мазутом или газом. Печи должны быть оборудованы защитным кожухом и хорошей вытяжкой.

Перед очередной плавкой чугунный или стальной тигель нагревают до 600. 700 °С и тщательно очищают стальным скребком от остатков предыдущей плавки, оксидов, шлака и т.д. После очистки загружают шихту. В качестве исходных шихтовых материалов применяют первичные металлы, а также разнообразный лом и отходы (обрезь свинцовых труб, кабельную оболочку, типографскую сыпь и др.).

Отходы в виде стружки и опилок предварительно переплавляют и производят анализ. При расчете шихты учитывают угар сурьмы — 1 % и олова — 0,5 %. Процесс приготовления типографских сплавов состоит из двух операций: сплавление шихты и очистка расплава от примесей (рафинирование).

Порядок плавки следующий: расплавляют 3/4 навески свинца или типографской сыпи. Поверхность жидкого металла покрывают слоем древесного угля толщиной 10. 15 мм. При нагреве металла до 500. 550 °С загружают сурьму или медно-сурьмяную лигатуру (для сплавов, содержащих медь). После расплавления всей шихты нагревание прекращают и вводят остальное количество (1/4) свинца или типографской сыпи.

Для удаления из расплава замешанных оксидных и шлаковых включений и создания над поверхностью расплава инертной атмосферы, предохраняющей его от дальнейшего окисления в процессе плавки, производят «дразнение» металла, заключающееся в том, что на дно тигля опускают кусок дерева, закрепленный в металлической державке и выдерживаемый под зеркалом металла в течение 30. 60 мин.

После снятия с поверхности металла гари, оксидов и шлака вводят олово, по расплавлении которого сплав тщательно перемешивают и разливают в чугунные изложницы.

Если в состав шихтовых материалов не входят сурьма или медноцинковая лигатура, то температура сплава в процессе плавки не должна превышать 400. 450 °С. Если сплав имеет значительные загрязнения нежелательными примесями (железо, никель и др.), то его необходимо рафинировать.

Железо, никель и медь удаляют обработкой нагретого до 500. ..600 °С сплава серой, вводимой на дно тигля. Входе очистки сплава защитный кожух печи должен быть плотно закрыт и обеспечена хорошая вытяжка. После полного сгорания серы и удаления с поверхности металла гари и шлака зеркало металла покрывают слоем прокаленного древесного угля. Температура литья типографских сплавов — 370. 450 °С.

Цинковые сплавы легкоплавки и обладают превосходной жидкоте- кучестью, поэтому из них можно получить мельчайшие детали в пресс- форме и точно воспроизвести сложную конфигурацию прессформы при литье под давлением. Средняя производительность на деталях массой 225 г составляет 1600 шт. в час при восьмигнегздовой прессформе.

Температура металла и прессформы при литье должны быть возможно более низкими, но достаточными для получения здоровой отливки с чистой поверхностью. Рекомендуется: Тлитья = 400. 425 °С; Тпрессформы = 180. 220°С.

При более высокой температуре металла и соответствующей температуре прессформы можно также получать отливки с хорошей поверхностью, но с ухудшенными механическими свойствами. Кроме того, увеличивается разъедание плавильного тигля и износ прессформы. Если есть сомнения в правильности подвода Me в плоскость формы или вентиляции ее, можно несколько увеличить температуру металла в указанных пределах.

Отсутствие резких переходов в сечениях является основным требованием для конструкций деталей, получаемых литьем под давлением. Это необходимо для того, чтобы уменьшить разбрызгивание металла при заполнении формы, а также для уменьшения деформации готовой отливки из-за напряжений вследствие различной скорости охлаждения в толстых и тонких частях отливки.

Острые углы и выемки нежелательны, так как затрудняют изготовление прессформы и уменьшают прочность детали. Устройство галтелей небольших радиусов оказывается очень полезным.

Поскольку отливки из цинковых сплавов, как правило, подвергаются гальванопокрытиям, то очень желательно, чтобы конструкция отливки не вызывала большие трудности при гальванопокрытии.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector