Что такое цинковый сплав
Elton-zoloto.ru

Драгоценные металлы

Что такое цинковый сплав

Цинковый сплав

Судя по археологическим находкам, сделанным на территории Индии, Китая и Греции, человечество применяет цинк для производства различных изделий примерно с 7 века. Инструменты, украшения и даже оружие изготавливались с использованием цинковых сплавов, но отделять цинк от примесей люди научились только 300 лет назад. В металлической руде содержание цинка менее 5%.

Опасные примеси цинка

Отделять цинк от примесей необходимо не только из-за их влияния на рабочие качества металла, но и потому что многие из них вредны для человека.

Чаще всего цинксодержащие руды содержат примеси следующих металлов:

Наличие большинства этих примесей делает цинковые отливки более прочными, но отрицательно сказывается на их пластичности, устойчивости к воздействию коррозии и делает их более хрупкими и ломкими.

  • Присутствие олова делает сплав слишком ломким;
  • Наличие кадмия уменьшает пластичность;
  • Свинец способствует растворению в кислотах;
  • Вкрапления железа делают сплав тверже, но делают сплав менее прочными и затрудняют процесс плавления;
  • Присутствие меди также делает сплав тверже, но наоборот улучшает качество литья, правда снижает пластичность и устойчивость к коррозионным воздействиям;
  • Наличие мышьяка делает сплав более хрупким и менее пластичным;
  • При нагревании цинкового сплава с примесью сурьмы происходит растрескивание кромок отливки, а также уменьшается пластичность.

Виды цинковых сплавов и их свойства

Сплавы с различными металлами: медью, магнием, алюминием, никелем легко паяются и свариваются, имеют более низкую температуру плавления и лучше льются в формы. Каждый из этих металлов по-своему влияет на свойства сплава и применяется в разных отраслях промышленности.

По своему назначению цинковые сплавы делятся на следующие виды:

  1. Деформируемые. Примерно на 15% состоят из алюминия, на 5% из меди и менее 1% магния, по своим свойствам напоминают латунь, изготавливаются при помощи наполнительного или полунепрерывного литья с последующим получением листового или пруткового материала;
  2. Литейные. Получаются добавлением в метал не более 3,5-4% меди и алюминия и малого количества (примерно 0,05%) магния, отличаются хорошей текучестью и не взаимодействуют с материалом литейной формы, изготавливают при помощи литья под давлением или литья в формы;
  3. Антифрикционные. Содержат более 10% алюминия, около 5% меди и менее 0,1% магния, нашли широкое применение в изготовлении подшипников, благодаря низкому коэффициенту трения, изготавливают при помощи литья под давлением;
  4. Припои. Применяются для пайки алюминиевых. В зависимости от марки могут включать в себя алюминий, медь, кадмий, серебро свинец и другие металлы, отличаются высокой прочностью и пластичностью, но подвержены воздействию коррозии;
  5. Типографские. Содержат до 7,5 % алюминия, чуть менее 2 % магния и до 4,5 % меди, отличаются прочностью и хорошо льются в формы, применяются для отливки типографских шрифтов;
  6. Протекторные. Содержат менее 1% алюминия и незначительные количества магния или кремния, хорошо сопротивляются коррозии во влажной среде, применяются в качестве защитных металлов во многих отраслях промышленности.

Среди распространенных и известных сплавов цинка:

  1. Латунь. Сплав цинка с медью. Медь – основной компонент. В зависимости от содержания меди различают зеленую, желтую и золотистую латунь. При температуре более 300°C латунь может деформироваться. Так же существуют многокомпонентные латуни, они получаются добавлением в сплав ряда других металлов.
  2. ЦАМ. Сплав цинка, алюминия и меди с небольшим количеством магния. Они обладают низкой температурой плавления, хорошо отливается и из них получаются более прочные изделия. Применяемая в промышленности группа медно-цинковых сплавов с добавлением магния и алюминия обозначается аббревиатурой ЦАМ. Плавятся они при относительно невысокой температуре, а следовательно хорошо льются в формы. Изделия, произведенные из сплавов группы ЦАМ, получаются намного прочнее.
  3. Вирениум – сплав меди и цинка с небольшим добавлением никеля.

Влияние различных металлов на свойства сплава

Медно цинковые сплавы находят все большее применение в изготовлении различных промышленных изделий, а присутствие таких металлов как магний, алюминий, никель улучшают их рабочие качества.

Они легче поддаются обработке при помощи пайки и сварки, имеют более низкую температуру плавления и лучше льются в формы. Каждый из этих металлов по-своему влияет на свойства и применяется в разных отраслях промышленности.

Цинковый сплав в бижутерии вреден ли

Своим внешним видом такие ювелирные изделия напоминают благородные металлы, поэтому широкое применение они нашли в ювелирной промышленности. Их часто применяют для изготовления бижутерии. Украшения, сделанные из цинковых сплавов, смотрятся достаточно дорого, при этом, благодаря легкости обработки, просты в изготовлении.

Существует особый цинковый сплав, применяемый только для изготовления украшений, его так и называют «бижутерным», в паспорте на украшения даже ставится отметка «цинковый сплав для бижутерии».

Наиболее часто в производстве бижутерии используется латунь или томпак (золотистая латунь), он меньше подвержен воздействию коррозии, поэтому используется в процессе изготовления более дорогих украшений. Украшения из сплава меди и цинка с добавлением алюминия внешне очень похожи на серебряные.

Для изготовления украшений применяется цинк очищенный от никеля, свинца и других, опасных для человека металлов. В паспорте на такие ювелирные изделия обязательно ставится отметка об отсутствии вредных примесей в сплаве, из которого они изготовлены. Поэтому можно говорить об абсолютной безопасности таких украшений для носящих их людей.

Цинковый сплав ржавеет или нет

Для предотвращения возникновения ржавчины бижутерию с содержанием цинка обрабатывают специальным защитным составом, и такие украшения могут прослужить достаточно долго.

Темнеет или нет

Правда цинк, взаимодействуя с атмосферным кислородом и различными бытовыми жидкостями, включая воду, подвержен окислению даже при нормальных температурах, что способствует потемнению изделий из цинкового сплава. Такие украшения могут оставлять следы на одежде и коже, поэтому за ними нужен дополнительный уход.

Так же для предотвращения окисления на изделия из цинка некоторые производители гальваническим методом наносят напыление золота или серебра, но такая обработка значительно увеличивает стоимость украшений.

Месторождения цинка достаточно распространены на земле, и несмотря на его малое содержание в руде и сложность его очищения от примесей, получаемый из нее цинк и его сплавы с другими металлами находят все большее применение в различных отраслях промышленности.

Цинковый сплав: особые свойства и основные разновидности

Благодаря археологическим раскопкам было обнаружено, что изделия из цинка стали применять примерно с 7 века нашей эры. Этот металл был очень распространен за счет ряда полезных свойств. Цинковый сплав может изготавливаться из различных веществ, от чего зависят его характеристики. Такой материал применяется в различных отраслях, в том числе и в бижутерии.

Свойства и характеристики цинка и цинковых сплавов

Характеристики цинковых сплавов во многом обусловлены свойствами цинка. Это металл голубоватого цвета, не встречается в чистом виде, обычно содержит примеси, из-за которых меняются его свойства. Чистый металл получается в результате нескольких реакций.

Цинк обладает следующими химическими свойствами:

  • При нагревании реагирует с сероводородом и водой с выделением водорода.
  • Не реагирует с азотом и углеродом.
  • Со щелочами реагирует с образованием солей цинковой кислоты – цинкатов.

Цинк – это очень прочный материал. Его пластичность увеличивается при нагревании. Если его нагреть больше чем на 210 градусов, от этого может поменяться его форма. При низких температурах вещество плавится.

Как выглядит цинковый сплав

Количество примесей зависит от методов добычи металла, особенностей его обработки и пороты цинка. Чаще всего можно встретить примеси в виде никеля, хлора, фтора и свинца. Обычно при создании цинковых сплавов используют чистый цинк, так как наличие примесей ухудшает качество материала:

  • олово делает сплав слишком хрупким и ломким;
  • при присутствии кадмия снижается пластичность материала;
  • свинец повышает межкристальную коррозию материала, способствует его растворению в кислотах;
  • наличие железа повышает твердость сплавов, но снижают их пластичность;
  • из-за мышьяка сплав становится хрупким и непластичным.

Поэтому для улучшения характеристик цинковых сплавов цинк сначала очищают от примесей. А в дальнейшем используют чистый металл, который сплавляют с разными компонентами.

Плюсы и минусы

Большинство цинковых сплавов имеют следующие преимущества:

  • они очень прочные, не повреждаются при механических воздействиях;
  • устойчивы к коррозии;
  • имеют хорошие литейные качества, могут использоваться для создания даже мелких элементов;
  • со временем практически не подвергаются старению.

Однако примеси даже в незначительном количестве ухудшают характеристики сплава. Приводят к снижению жидкоплавкости, к набуханию, способствуют появлению трещин. Поэтому цинковые сплавы должны создаваться с соблюдением всех технологий, а количество примесей в них не должно превышать 0,005%.

Многие спрашивают, темнеют или нет цинковые сплавы? В этом еще один недостаток материала. Цинковые сплавы могут темнеть с течением времени. Притом потемнения обычно распространяются на всю поверхность материала. Это обуславливается образованием оксидной пленки на поверхности материала. Она формируется при комнатной температуре после контакта с воздухом или водой. Поэтому во избежание этого требуется нанесение гальванических покрытий.

Разновидности цинковых сплавов

Цинк могут сплавлять с различными веществами, отчего будут зависеть свойства полученного материала. Сплавление чистого цинка с медью, алюминием и оловом может улучшить его характеристики. Полученный состав будет более качественным, нежели чистое вещество.

Медь и цинк

Медно-цинковый сплав называется латунью. Такой сплав известен уже очень давно. Сначала его изготавливали посредством сплавления цинковой руды и меди. И только в 18 веке впервые был создан сплав из меди и металлического цинка.

Притом оба компонента могут брать в разных пропорциях. В результате этого отличают несколько разновидностей латуни:

  • Зеленая. Содержит 60% меди и 40% цинка.
  • Золотистая. В ее состав входит 75% меди и 25% цинка.
  • Желтая. Содержит 67% меди и 33% цинка.

Латунь – сплав меди и цинка

Латунь отлично поддается обработке давлением. Характеризуется высокими механическими свойствами, неплохой коррозионной устойчивостью. Но на воздухе, в соленой воде и углекислых растворах латунь неустойчива, быстро покрывается темной кислородной пленкой.

Внешне латунь выглядит красивее меди, характеризуется лучшей коррозионной стойкостью. Но с ростом температуры интенсивность коррозии также увеличивается. Ее могут спровоцировать повышенная влажность воздуха, наличие в нем аммиака или сернистого газа. Поэтому для предотвращения коррозии материал подвергают низкотемпературному обжигу.

Читать еще:  Как собрать самодельный металлоискатель для поиска золота?

Латуни не теряют своих свойств при понижении температуры. Это позволяет использовать их, как конструкционный материал. Но при высоких температурах (более 200 градусов) могут наблюдаться явления хрупкости латуни.

Олово и цинк

Сплав цинка с оловом характеризуется высокими защитными свойствами. Ржавеет или нет цинковый сплав с оловом? Такой материал получается очень устойчивым к коррозии. Самыми лучшими антикоррозионными свойствами обладает сплав с 20-25% цинка и 75-80% олова. Поэтому его можно применять в условиях высокой влажности, со временем его внешний вид не ухудшится. Чем выше содержание цинка в сплаве, тем ниже его коррозионная устойчивость. Если сплав содержит 50% и более цинка, его корозионная стойкость приближена к стойкости чистого цинка.

Сплав олова с цинком обладает следующими преимуществами:

  • Он очень пластичен, хорошо подается пайке.
  • Полировка осадка сохраняется на протяжении долгого времени.
  • Имеет высокую коррозионную стойкость.

За счет наличия вышеперечисленных свойств сплав олова и цинка обычно применяют в электро- и радиопромышленности. Изделия из него получаются очень прочными и устойчивыми к внешним воздействиям.

Алюминий и цинк

Чаще всего создается сплав из цинка, алюминия и меди, который называют ЦАМ. Также в его состав входит небольшое количество магния.

Такой сплав имеет небольшую температуру плавления, хорошо подается литью. Изделия из него получаются очень прочными и устойчивыми к окружающей среде.

Есть несколько качественных сплавов цинка с алюминием, которые обозначаются через ЦАМ 4-1, ЦАМ 4-3, ЦАМ 10-5 и другие. Они содержат примерно одинаковое количество алюминия, но разное – магния, никеля и меди. Стоимость сплава алюминия с цинком ниже, чем олова с цинком. Поэтому изделия из него стоят в разы дешевле.

Сфера применения

Цинковые сплавы получили широкое применение. Их используют в таких отраслях:

  • В автомобилестроении. Из цинковых сплавов изготавливают дверные ручки, зеркала, создают детали для декора салона автомобиля.
  • При создании ювелирных украшений. Цинк сплавляют с золотом, за счет чего повышается его пластичность и ковкость. Это позволяет легко соединить мелкие детали друг с другом.
  • В медицине. Цинковые сплавы используются для изготовления медицинской мебели и приборов. А окись цинка является хорошим антисептическим средством, поэтому его добавляют в различные мази и лекарства.

Цинковый сплав используется в автомобилестроении

Таким образом, цинк и его соединения используются во многих областях. Но наибольшее применение вещество получило в автомобилестроении.

Виды цинковых сплавов по назначению

По назначению сплавы цинка могут быть нескольких видов:

  • Деформируемые.15% – алюминий, 5%- медь, более 1% – магний. Изготавливается в виде листов или прутьев. По свойствам схожи с латунью.
  • Литейные. Их изготавливают путем добавления в цинк 3-4% меди и алюминия, а также 0,05% магния. Имеют хорошую текучесть. Поэтому их изготавливают посредством литья под давлением или литья в формы.
  • Антифрикционные. В их состав входит 10% алюминия, 5% меди и 0,1% магния. Изготавливаются посредством литья под давлением. Имеют низкий коэффициент трения и используются в автомобилестроении.
  • Припои. Их используют для пайки алюминиевых деталей. Обычно включают в себя примеси – металлы. От этого повышается их прочность.
  • Типографические. В их состав входит 7,5% алюминия, 2% магния и примерно 4% меди. Такие сплавы очень прочные, отлично льются в формы.
  • Протекторные. В их состав входит не более 1% алюминия и мизерное количество кремния и магния. Устойчивы к коррозии даже во влажной среде. Поэтому такие сплавы применяются в качестве защитных материалов.

Цинковый сплав в бижутерии

Внешне цинковые сплавы напоминают благородные металлы. Поэтому их используют в бижутерии для создания недорогих украшений. Бижутерия из цинкового сплава выглядит дорого, но легко создается.

Вреден ли цинковый сплав? На самом деле, он никак не влияет на организм человека. Но, тем не менее, лучше приобретать бижутерию хорошего качества. Обычно для создания украшений используется особый сплав, который так и называется – бижутерный. Чаще всего применяется латунь или сплав с алюминием. Внешне такие изделия напоминают золотые и серебряные.

Вреден ли цинковый сплав в бижутерии? Нет, поэтому изделия из него можно смело покупать. Ведь если бы он негативно воздействовал, изготовление украшений из него было бы запрещенным.

Таким образом, цинк и цинковые сплавы широко распространены. Их используют в медицине, автомобилестроении и даже в бижутерии. Это качественные и устойчивые материалы, которые практически не меняются под воздействием условий окружающей среды.

Что такое цинковый сплав

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).

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 показателях 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. Стальная 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.

Читать еще:  Как правильно Залудить многожильный провод

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.

Цинк и его сплавы

Содержание

У цинка гексагональная структура. Этим объясняется резкая анизотропия его свойств. Прочностные свойства в поперечном (к прокатке) направлении значительно выше, чем в продольном. При комнатной температуре цинк в литом состоянии малопластичен, а при 100—150 °С становится пластичным и может быть подвергнут обработке давлением — прокатке, прессованию, штамповке и глубокой вытяжке.

Чистый цинк кристаллизуется в процессе обработки давлением и не нуждается в смягчающем отжиге. Технологичность цинка в процессе обработки давлением зависит от его чистоты. Отрицательное влияние на горячую обработку оказывает примесь олова, образующая с цинком эвтектику с температурой плавления 199 °С, и особенно одновременное присутствие олова и свинца, образующих с цинком тройную эвтектику с температурой плавления 150 °С. Железо задерживает рекристаллизацию цинка.

В процессе естественного старения цинковых сплавов происходит уменьшение размеров отлитых изделий (на 0,07—0,09 %), Две третьих усадки происходит в течение 4—5 недель, остальная — в течение многих лет. Для стабилизации размеров применяют термообработку — отжиг (3—6 ч при 100 °С, или 6—10 ч при 85 °С, или 10—20 ч при 70 °С).

Сплавы могут подвергаться пайке и сварке. Однако эти процессы применяют главным образом для заделки дефектов, так как паяные швы имеют низкую прочность. Оловянно-свинцовыми припоями можно паять только предварительно никелированные сплавы. Флюс — подкисленный хлористый цинк. Лучшие результаты дает припой, содержащий 82,5 % Cd, 17,5 % Zn. В этом случае флюс не требуется.

Сварку ведут в восстановительном пламени. Электроды и изделие изготовляют из одного сплава.

Наиболее широко литейные цинковые сплавы используют в автомобильной промышленности для отливки корпусов карбюраторов, насосов, рам спидометров, решеток радиаторов, деталей гидравлического тормоза, различных декоративных деталей. Помимо этого сплавы применяют для отливки деталей стиральных машин, пылесосов, пишущих машинок, кассовых аппаратов, миксеров, корпусов электрических часов, различного кухонного оборудования и т. д. Эти сплавы нельзя использовать в условиях повышенных и низких температур, так как уже при температуре 100 °С прочность снижается на 30 %, твердость — на 40 %, а при температуре ниже 0 °С они становятся хрупкими.

Для повышения коррозионной стойкости и для декоративных целей на цинковые изделия наносят различные защитные покрытия. В зависимости от условий службы цинковых изделий применяют двух- или трехслойные защитные покрытия различных толщин. Как правило, в качестве покрытий используют медь, никель и хром.

Цинковые антифрикционные сплавы

Наибольшее распространение получили антифрикционные цинково-алюминиево-медные сплавы. Их применяют как в литом, так и в деформированном (прокатанном или прессованном) состоянии.

Отличаясь высокими антифрикционными свойствами и достаточной прочностью при комнатной температуре, эти сплавы служат хорошими заменителями бронз при работе в узлах трения, температура которых не превышает 80—100 °С. При более высоких температурах сплавы сильно размягчаются и намазываются на вал. предусматривает две марки сплава — ЦАМ 9—1,5 в ЦАМ 10-5.

У цинковых сплавов высокий коэффициент линейного расширения, что следует учитывать при установлении величины зазора в подшипнике.

Из цинковых антифрикционных сплавов в основном изготавливают литые монометаллические и биметаллические детали. Из сплава ЦАМ 10-5 изготавливают прокат. При изготовлении литых деталей используют чушковые сплавы либо приготавливают сплав из первичных материалов с использованием оборотов литейного производства и переплава. Плавку рекомендуется проводить под слоем древесного угля. В качестве флюса принимают хлористый аммоний в количестве 0,1—0,2 % от массы плавки. Большее количество флюса добавляют при загрязненной шихте.

Металл нельзя перегревать выше 480 °С, так как при более высокой температуре происходит сильное насыщение расплава газами. Температура литья цинковых антифрикционных сплавов — 440—470 градусов С.

Монометаллические литые детали можно получать отливкой в землю, в кокиль, центробежным способом и литьем под давлением. При разработке технологии отливки изделий следует учитывать, что сплавы ЦАМ 9-1,5 и ЦАМ 10-5 склонны к образованию горячих трещин, поэтому следует избегать форм, создающих затрудненную усадку.

Изделия, отлитые в землю, отличаются от изделий, полученных кокильным литьем, большим количеством пор и более крупными размерами зерен. Наблюдается значительный разброс характеристики механических свойств. Поэтому литье в землю целесообразно применять только для деталей сложной конфигурации, которые трудно отливать в кокиль.

При центробежном литье (линейная скорость на периферии 6—8 м/с, скорость литья 2—2,5 кг/с) следует учитывать возможность получения в отливке зоны столбчатых кристаллов с пониженными механическими свойствами. С увеличением скорости структура становится мелкозернистой, но наблюдается заметная ликвация структурной составляющей сплава, богатой алюминием. Поэтому для получения ответственных деталей центробежное литье нужно применять с осторожностью.

Биметаллические литые детали, состоящие из цинкового антифрикционного сплава и стали, изготовляют путем заливки сплава на сталь через подслой чистого цинка, наносимого способом горячего цинкования. Для получения прочного соединения необходимо обезжирить и протравить стальную поверхность. После флюсования (температура флюса не должна превышать 150 °С) стальное основание подогревают, оцинковывают (в цинковую ванну добавляют 0,5% алюминия; содержание железа в ванне не должно превышать 0,5 %), устанавливают в форму и заливают сплавом.

Существенно повышается коэффициент использования металла при изготовлении деталей из проката. Сплав ЦАМ 9-1,5 хорошо обрабатывается вхолодную, тогда как вырубку и штамповку сплава ЦАМ 10-5 лучше проводить при температуре 100—150 °С, при которой этот сплав весьма пластичен. Биметаллический прокат с обоими сплавами обрабатывается без осложнений вхолодную. Усталостная прочность деформированных сплавов, особенно в биметалле, намного выше, чем литых сплавов. Поэтому изделия из них также могут работать в более тяжелых условиях.

При работе цинкового сплава в паре со стальным валом твердость последнего должна быть не ниже НВ 300. По возможности в конструкции монометаллических трущихся деталей следует избегать бортов, резких переходов и т. д., так как цинковые сплавы плохо сопротивляются усталостным разрушениям в условиях воздействия больших изгибающих усилий.

Свойства и характеристики ЦАМ4-1

Особенности получения цинка ЦАМ4-1

Особенности получения цинка ЦАМ4-1: марка относится к сплавам системы Zn-Al-Cu. К промышленным сплавам этой системы также относятся сплавы ЦАМ4-3, ЦАМ10-5, ЦАМ9-4,5. Сплавы типа ЦАМ при плавке в тигельных печах готовят следующим образом.

В тигель, предварительно очищенный и разогретый до 400—500 °С, или в печь, подогретую до 500—600 °С, загружают примерно 2/3 необходимого по расчету количества цинка, алюминиево-медную лигатуру (50 % А1 и 50 % Си), а также чистые алюминий и медь в количествах, определяемых расчетом шихты в зависимости от марки сплава. Шихту засыпают хорошо прокаленным древесным углем. По мере расплавления загруженной части шихты сплав перемешивают, и при температуре 480—500 °С догружают остальной частью цинка (1/3 от общего количества). Непосредственно перед разливкой в расплав вводят магний с помощью дырчатого колокольчика.

Готовый сплав при 470—490 °С рафинируют хлористым цинком или хлористым аммонием (0,1-0,2 % от массы шихты). После отстаивания и удаления с поверхности расплава шлака сплав направляют на разливку.

Плавку ведут при 470-500 °С. Сплавы цинка, в которых основным легирующим компонентом является медь (ЦАМ4-3, ЦАМ10-5), допустимо выплавлять при более высоких температурах (500-550 °С).

Рафинирование сплава ЦАМ4-1 при получении

Рафинирование сплава ЦАМ4-1 при получении: неметаллические включения в цинковом сплаве ЦАМ4-1 присутствуют в виде ферритов типа (Zn, Сu)Ох(Fe, Al)2О3. Позднее было установлено, что в отливках из сплава ЦАМ4-1 наряду с интерметаллидами FeAl3 присутствуют включения SiО2, шпинели 3А12О3•2SiО2 и ZnAl2О4. При этом на долю неметаллических, включений приходится от 30 до 80 % общего содержания включений. В свою очередь оксидные включения представляют собой в основном шпинели, причем доля шпинелей ZnAl2О4 составляет около 90 % от всего их количества.

Источником обогащения отливок включениями ZnAl2О4 является окисленная и влажная шихта. Соединение SiО2 и 3А12О3 • 2SiО2 вносятся в расплав с шихтой, загрязненной кварцевым песком и глиной.

Эффективность рафинирования цинковых расплавов оценивают по изменению плотности и пористости образцов, по изменению количества взвешенных неметаллических включений, скорости коррозии образцов и по другим характеристикам. Так, в работе при выборе оптимального состава флюса в системе ZnCl2 – Na3AlF6 – NaCl, обеспечивающего наилучшую рафинирующую способность сплава ЦАМ4-1, оценивали изменение величины площади, занятой на образце неметаллическими включениями, а также изменение процентного содержания металла в шлаке, снимаемого с обрабатываемой поверхности ванны. Полученные результаты позволили построить диаграмму типа состав-свойство и выбрать оптимальный состав флюса: 64 % ZnCl2, 10 % Na3 A1F6 и 26 % NaCl.

Флюсы вводят в цинковый расплав в два этапа. На первом этапе при проведении предварительной операции рафинирования применяется флюс следующего состава: канифоль 62—89 %, кокосовое масло 3—12 %, хлористый аммоний 8—26 %; на втором (окончательном) этапе рафинирования (при многоступенчатых режимах), флюс содержит: канифоль 57—92 %, битум 5—2 8%, хлористый аммоний 3—15 %. В другом варианте на первом этапе применения флюс с содержанием 35—55 % канифоли, 30—40 % смолы хвойных деревьев, 4—12% озокерита, 5—15% парафина; на втором этапе испольуют флюс следующего состава: 42—74 % канифоли, 13—50 % смолы хвойных деревьев, 3—8 % стеарина. На каждом этапе после введения флюса расплав выдерживают в течение 30-50 мин с последующим удалением дроссов. В случае рафинирования цинковых сплавов оксиды других металлов, не прореагировавшие с составляющими флюса, могут всплывать на поверхность расплава вместе с оксидами цинка.

Особенности литья изделий из цинка ЦАМ4-1

Особенности литья изделий из цинка ЦАМ4-1: цинковые сплавы для литья под давлением должны обладать высокой жидкотекучестью при небольшом перегреве, не взаимодействовать с металлом пресс-форм и камер прессования, не привариваться к пресс-формам. Сплавы должны обладать малым интервалом кристаллизации, прочностью при высоких температурах, так как отливки подвергаются значительным нагрузкам при усадке и плотном обжатии металлических стержней, при снятии со стержней и выталкивании из пресс-формы. В России для литья под давлением применяются в основном цинковые сплавы ЦАМ4-3, ЦАМ4-1, а также некоторые другие.

Читать еще:  Как получить удостоверение сварщика

Отливки из цинковых сплавов получают на компрессорных и поршневых машинах для литья под давлением. Наибольшее распространение в нашей стране для получения цинковых отливок получило литье под поршневым давлением на машинах с холодной камерой прессования.

При литье под давлением к конструкции отливок предъявляют следующие требования:

  1. отливка не должна иметь выступов и поднутрений, препятствующих извлечению стержней и вставок из отливки и удалению ее из формы;
  2. отливка не должна иметь большого различия в толщинах стенок: утолщение отдельных мест отливок следует уменьшать с помощью ребер, отверстий, уголков жесткости; ребра жесткости обеспечивают необходимую прочность отливки при меньшем расходе металла;
  3. отливки должны иметь литейные уклоны в направлении извлечения стержней и вставок и разъема формы: для наружных поверхностей уклоны должны быть не меньше 0о 15; а для внутренних поверхностей, оформляемых подвижными стержнями, – не менее 0°30, неподвижными – не менее 1 °;
  4. отливки не должны иметь острых углов (кроме углов в плоскости разъема) и больших радиусов перехода от одного сечения стенки к другому.

Отливки, получаемые литьем под давлением, по степени сложности делят на три категории:

I – отливки простой конфигурации с глухими поверхностями или незначительными, простыми по форме ребрами и выступами, имеющие литейные уклоны на внутренней поверхности 1°, на внешней 0°30. II – отливки с прямолинейными и криволинейными поверхностями, с углублениями и выступами, с резкими переходами от тонких сечений к толстым; литейные уклоны на внутренней поверхности 0°30 – 1°, на внешней поверхности 0°15-0°30. III – отливки сложной конфигурации с прямолинейными и криволинейными поверхностями сложных очертаний, со значительным количеством углублений, выступов, ребер, окон, с глубокими отверстиями малых размеров; минимальные литейные уклоны на внутренней поверхности 0°30, на внешней 0°15.

Точность отливок зависит от правильного исполнения размеров полости пресс-формы с учетом усадки сплава и степени износа формы при эксплуатации. Усадка цинковых сплавов для отливок со стенками толщиной 1-3 мм составляет 0,4-0,5 %; при большей толщине стенок отливки усадка составляет 0,5-0,6 %. Состав сплава, температура сплава и формы, продолжительность выдержки металла в форме также оказывают влияние на точность отливок. Класс точности цинковых отливок, получаемых литьем под давлением, зависит от их номинальных размеров. С увеличением размеров отливок точность уменьшается. Размерам отливок до 30 мм соответствует 4-й класс точности, размерам 30-120 и 120-360 мм – 5-й и 7-й классы соответственно.

Чистота поверхности отливок зависит от чистоты поверхности пресс-формы. При литье под давлением цинковых сплавов чистота поверхности отливок достигает 7-8-го класса. Однако по мере износа пресс-формы чистота поверхности ухудшается. Средние значения чистоты поверхности отливок соответствуют 6-му классу.

Цинковые сплавы: ГОСТ, температура плавления, свойства, применение

Цинк – это металл синевато-белого цвета, в чистом виде который не могли получить долгое время. Только англичанин Дж. Чемпион в 1738 году приобрел патент на его производство. А через пять лет в Европе появился первый цинковый завод в Бристоле. Его производительность составляла ежегодно всего 200 тонн. По использованию этот популярный цветной металл уступает только меди и алюминию. Выплавляют его в мире миллионы тонн в год.

Свойства цинка

Металл имеет слабые механические свойства. Он ломкий и хрупкий при нормальной температуре, а при повышении ее до 100–150 градусов по Цельсию приобретает тягучесть и легко деформируется: его куют и раскатывают в листы. Для увеличения прочности и температуры плавления в цинк добавляют медь, свинец, олово, алюминий, магний.

Это химически активный металл. На открытом воздухе при температуре 100 градусов Цельсия на поверхности появляется пленка и цинк приобретает тусклый вид. Повышенная влажность и углекислый газ способствуют разрушению элемента. Он легко разъедается кислотами и щелочами, поэтому для промышленного использования применяются только сплавы.

Свойства цинковых сплавов

Отмечаются отличные литейные свойства сплавов. Благодаря высокой пластичности в горячем виде, металлы используют для отливок деталей, имеющих сложную форму, глубокие полости, резьбу и тонкой толщины стенки. Они не прилипают к пресс-форме, потому что не вступают в реакцию с железом. Литые детали имеют высокую точность и чистую поверхность. Сплавы обладают отменными механическими свойствами: достаточным пределом прочности, твердостью и хорошо обрабатываются. Их можно паять и сваривать.

Из недостатков следует отметить склонность к старению, большую плотность и коррозию. При использовании цинковых сплавов происходит их естественный процесс старения, в результате детали уменьшаются в размерах. Самая большая усадка происходит в первые 5 недель, а последующая – на протяжении очень длительного периода времени. Для компенсации размеров деталей их подвергают термической обработке – отжигу. Для уменьшения коррозии в сплавах ограничивают содержание магния до 0,1 %. Для увеличения долговечности деталей их подвергают защитным покрытиям: никелируют, хромируют, кадмируют.

Виды сплавов

По назначению цинковые сплавы делятся на:

  • Деформируемые. Основу этих сплавов составляет цинк. По свойствам они подобны латуням. Методом литья получают слитки, а из них изготовляют прутки, полосы, листы.
  • Литейные. Имеют высокую текучесть. Отлично заполняют форму, не прилипая к ней. Получаются качественные отливки сложной конфигурации литьем под давлением.
  • Антифрикционные. Сплавы обладают низким коэффициентом трения и хорошей прирабатываемостью подшипника к шейке вала.
  • Припои. Применяются для пайки изделий, обладают хорошей пластичностью и прочностью.
  • Типографские. Используют для отливки шрифтов ручного и машинного набора. Заменяют токсичные свинцовые сплавы. Стойкие к истиранию.
  • Протекторные. Защищают внутренние и внешние части морских судов от коррозии. Используют их со специальным лакокрасочным покрытием.

Характеристика и свойства латуни

Медно-цинковый сплав, в котором медь является основным компонентом, а цинк – легирующим, называется латунью. Цвет металла находится в зависимости от состава и изменяется от светло-желтых тонов до красноватых оттенков. Такие сплавы характеризуются устойчивостью к коррозии и обладают высокой прочностью. Они хорошо поддаются разным методам обработки. Текучесть латуни позволяет изготовлять детали, используя метод литья. Применяя пластическую деформацию сплава, из него производят проволоку, листы, ленты, разные профили методом прокатки. Содержание цинка в сплаве может быть различным и составлять от 5 до 45 %. Кроме этого, туда входят и дополнительные легирующие компоненты, которые используются для улучшения свойств латуней:

  • Никель. Способствует увеличению коррозийности и прочности.
  • Кремний. Улучшает антифрикционные свойства.
  • Олово. Влияет на прочность и устойчивость к соленой воде.
  • Свинец. Совершенствует обрабатываемость.
  • Марганец. Воздействует на прочность и коррозийную устойчивость.

При различном комбинировании легирующими компонентами получают латуни с необходимыми качествами и характеристиками. Изделия из таких сплавов не подвергаются влиянию окружающей среды, имеют высокую износостойкость.

Применение сплавов

Без цинка и его сплавов не способны существовать многие отрасли от машиностроения до медицины.

Применение цинковых сплавов в различных сферах и отраслях:

  • машиностроительная – для производства бензобаков, крышек багажников, корпусов карбюраторов, глушителей, бензонасосов, радиаторов, насосов, фурнитуры;
  • литейная – затворы оружия;
  • электротехническая – изготовление аккумуляторов, батареек;
  • полиграфическая – для набора текстов и печати иллюстраций;
  • обрабатывание металлоконструкций – металлизация и оцинковка различных поверхностей от разрушения и коррозии металла;
  • медицина – антисептические и противовоспалительные средства, получение радионуклидов для диагностики и лечения ряда заболеваний;
  • производство краски – изготовление цинковых белил;
  • строительная – для кровли, облицовки стен, водосточных труб, желобов;
  • искусство – чеканка монет, графика;
  • ювелирная – личные украшения, шкатулки, пуговицы, молнии, декоративные накладки;
  • бытовая – для кухонного оборудования, карнизов.

Цинковые литейные сплавы

К сплавам для литья под давлением предъявляются следующие требования. Они должны:

  • обладать отличной жидкотекучестью;
  • не вступать в реакцию и не привариваться к пресс-форме;
  • иметь небольшой интервал кристаллизации;
  • располагать прочностью при высоких температурах.

Такие сплавы используются в следующих случаях:

  1. Для отливки под давлением деталей, имеющих сложную конфигурацию и тонкие стенки. Так получают детали тормозной аппаратуры, насосы, используя свойства сплавов, как устойчивость к растрескиванию, жидкотекучесть, низкая температура плавления.
  2. Для изготовления литых декоративных изделий. После гальванизации на поверхности устанавливается красивое и прочное покрытие. Оно может оказаться не совсем качественным при пористой поверхности или излишнем содержании алюминия.
  3. Для получения антифрикционных цинковых сплавов, используемых в машиностроении.
  4. Для литья типографских шрифтов. С изменением технологий отпадает необходимость их изготовления.

Автомобилестроение

Автомобильная промышленность – это одна из передовых областей машиностроения. Здесь стабильно проводятся исследования по использованию новейших материалов и сплавов, которые обладают значительными эксплуатационными и технологическими свойствами. К ним можно отнести и цинковые сплавы по ГОСТ 21437-75.

К нему принадлежат четыре марки сплавов, две из которых относятся к литейным, а другие – к обрабатываемым давлением. Данные материалы используются для производства деталей автомобиля (втулок и подшипников), обладающих антифрикционными свойствами. Литые сплавы из цинка ГОСТ 19424-74 и 25140-82 применяют для изготовления карбюраторов, имеющих сложную форму, и бензонасосов методом литья под давлением, используя их свойство высокой жидкотекучести. Недостаток сплавов – детали практически не подлежат ремонту.

Вместо заключения

Латуни – цинковые сплавы – находят широкое применение в машиностроительной промышленности. Их используют для производства особо прочных деталей, где требуются точные отливки. Большая часть вырабатываемого в мире цинка идет на изготовление оцинкованной стали, потому что он образует защитную пленку, предотвращая их от коррозии. Незаменимы сплавы при изготовлении различных источников электрического тока. Являясь компонентом в припоях, этот цветной металл снижает температуру плавления. Медицинские препараты, содержащие окиси цинка, обладают противовоспалительными и антисептическими свойствами.

Недостаточное количество содержания цинкового микроэлемента в организме человека приводит к возникновению серьезных заболеваний: язвы желудка, цирроза печени, атеросклероза.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector