锌合金是以锌为基础加入其他元素组成的合金。常加的合金元素有铝、铜、镁、镉、铅、钛等低温锌合金。
1.比重大;2.铸造性能好,可以压铸形状复杂、薄壁的精密件,铸件表面十分光滑;3.可进行表面处理:电镀、喷涂、喷漆、电泳、抛光、水转印等;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。
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。经过一段时间之后,这种过饱和现象会逐渐解除,而使铸件的形状和尺寸略起变化。3.锌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。
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别的条件、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,如电器元件及其壳体。不同的锌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。
(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。
原材料的成本与对生产装备的要求(包括熔炼设备、压铸机、模具等),以及生产所带来的成本。 锌合金成分控制合金中各元素的作用合金成分中,有效合金元素:铝、铜、镁;有害杂质元素:铅、镉、锡、铁。
A.改善合金的铸造性能,增加合金的流动性,细化晶粒,引起固溶强化,提高机械性能。
B. 降低锌对铁的反应能力,减少对铁质材料,如鹅颈、模具、坩埚的侵蚀。 铝含量控制在3.8 ~ 4.3%。主要考虑到所要求的强度及流动性,流动性好是获得一个完整、尺寸精确、表面十分光滑的铸件必需的条件。(2)铜作用
D. 含铜量超过1.25%时,使压铸件尺寸和机械强度因失效而发生明显的变化;降低合金的可延伸性。
D.不利:含镁量 0.08%时,产生热脆、韧性下降、流动性下降;易在合金熔融状态下氧化损耗。(4)杂质元素
铅、镉、锡 使锌合金的晶间腐蚀变成十分敏感,在温、湿环境中加速了本身的晶间腐蚀,降低机械性能,并引起铸件尺寸变化。当锌合金中杂质元素铅、镉含量过高,工件刚压铸成型时,表面上的质量一切正常,但在室温下存放一段时间后(八周至几个月),表面出现鼓泡。(5)杂质元素铁A.铁与铝发生反应形成Al5Fe2金属间化合物,造成铝元素的损耗并形成浮渣。
B.在压铸件中形成硬质点,影响后加工和抛光。C.增加合金的脆性。 铁元素在锌液中的溶解度是随温度增加而增加,每一次炉内锌液气温变化都将导致铁元素过饱和(当温度下降时),或不饱和(当温度上升时)。当铁元素过饱和时,处于过饱和的铁将与合金中铝发生反应,结果是造成浮渣量增加。当铁元素不饱和时,合金对锌锅和鹅颈材料的腐蚀将会增强,以回到饱和状态。两种气温变化的一个共同结果是最终造成对铝元素的消耗,形成更多的浮渣。
1.控制合金成分从采购合金锭开始,合金锭必须是以特高纯度锌为基础,加上特高纯度铝、镁、铜配制成的合金锭,供应厂有严格的成分标准。优质的锌合金料是生产优质铸件的保证。2.采购回来的合金锭要保证有清洁、干燥的堆放区,以避免长时间暴露在潮湿中而出现白锈,或被工厂脏物污染而增加渣的产生,也增加金属损耗。清洁的工厂环境对合金成分的有效控制是很有作用的。3.新料与水口等回炉料配比,回炉料别超过50%,一般新料:旧料 =70:30。连续的重熔合金中铝和镁慢慢地减少。4.水口料重熔时,一定要严控重熔温度别超过430℃,以避免铝和镁的损耗。5.有条件的压铸厂最好采用集中熔炉熔化锌合金,使合金锭与回炉料均匀配比,熔剂可更有效使用,使合金成分及温度保持均匀稳定。电镀废品、细屑应单独熔炉。
由于每一种缺陷的产生原因来自多个不同的影响因素,因此在实际生产中要处理问题,面对众多原因到底是非功过先调机?还是先换料?或先修改模具?建议按难易程度,先简后复杂去处理,其次序:
1.清理分型面,清理型腔,清理顶杆;改善涂料、改善喷涂工艺;增大锁模力,增加浇注金属量。这些靠简单操作即可实施的措施。2.调整工艺参数、压射力、压射速度、充型时间、开模时间,浇注温度、模具的温度等。3.换料,选择质优的铝合金锭,改变新料与回炉料的比例,改进熔炼工艺。4.修改模具,修改浇注系统,增加内浇口,增设溢流槽、排气槽等。例如压铸件产生飞边的原因有:1) 压铸机问题:锁模力调整不对。2) 工艺问题:压射速度过高,形成压力冲击峰过高。3) 模具问题:变形,分型面上杂物,镶块、滑块有磨损不平齐,模板强度不够。解决飞边的措施顺序:清理分型面→提高锁模力→调整工艺参数→修复模具磨损部位→提高模具刚度。从易到难,每做一步改进,先检验其效果,不行再进行第二步。
熔炼过程的物理、化学现象 合金熔炼是压铸过程的一个重要环节,熔炼过程不仅是为了获得熔融的金属液,更重要的是得到化学成分符合相关规定,能使压铸件得到良好的结晶组织以及气体、夹杂物都很小的金属液。在熔炼过程中,金属与气体的相互作用和金属液与坩埚的相互作用使组分发生明显的变化,产生夹杂物和吸气。所以制订正确的熔化PROC,并严格执行,是获得高质量铸件的重要保证。1. 金属与气体的相互作用 在熔炼过程中,遇到的气体有氢(H2)、氧(O2)、水汽(H2O)、氮(N2)、CO2、CO等,这些气体或是溶于金属液中,或是与其发生化学作用。2. 气体的来源 气体可以从炉气、炉衬、原材料、熔剂、工具等途径进入合金液中。3. 金属与坩埚的相互作用 当熔炼温度过高时,铁质坩埚与锌液反应加快,坩埚表面发生铁的氧化反应生成Fe2O3等氧化物;此外铁元素还会与锌液反应生成FeZn13化合物(锌渣),溶解在锌液中。铁坩埚壁厚不断减薄直到报废。
压铸用的锌合金熔点为382 ~ 386℃,合适的温度控制是锌合金成分控制的一个主要的因素。为保证合金液良好的流动性充填性腔,压铸机锌锅内金属液温度为415 ~ 430℃,薄壁件、复杂件压铸温度可取上限;厚壁件、简单件可取下限。中央熔炼炉内金属液温度为430 ~ 450℃。进入鹅颈管的金属液温度与锌锅内的温度基本一样。
通过控制锌锅金属液温度就能对浇注温度做准确的控制。并做到:① 金属液为不含氧化物的干净液体;② 浇注温度不波动。
温度过高的害处: ① 铝、镁元素烧损。 ② 金属氧化速度加快,烧损量增加,锌渣增加。 ③ 热膨胀作用会发生卡死锤头现象。 ④ 铸铁坩埚中铁元素熔入合金更多,高温下锌与铁反应加快。会形成铁-铝金属间化合物的硬颗粒,使锤头、鹅颈过度磨损。 ⑤ 燃料消耗相应增加。
现在的压铸机熔锅或熔炉都配备温度测控系统,日常工作中主要是定时检查以保证测温仪器的准确性,定期用便携式测温器(温度表)实测熔炉实际温度,予以校正。 有经验的压铸工会用肉眼观察熔液,若刮渣后觉得熔液不太粘稠,也较清亮,起渣不是很快,说明温度合适;熔液过于粘稠,则说明温度偏低;刮渣后液面很快泛出一层白霜,起渣过快,说明温度偏高,应及时作出调整。2.怎么样保持温度的稳定
最佳方法之一:采用中央熔炼炉,压铸机熔炉作保温炉,从而避免在锌锅中直接加锌锭熔化时造成大幅度气温变化。集中熔炼能保证合金成分稳定。
最佳方法之二:使用先进的金属液自动送料系统,能够保持稳定的供料速度、合金液的温度及锌锅液面高度。
如果目前生产条件是在锌锅中直接加料,建议将一次加入整条合金锭改为多次加入小块合金锭,可减少因加料引起的气温变化幅度。
通过熔炼合金从固态变为液态,这是一个复杂的物理、化学过程。气体与熔融金属发生化学反应,其中氧的反应最为强烈,合金表面被氧化而产生一定量的浮渣。浮渣中含有氧化物和铁、锌、铝金属间化合物,从熔体表面刮下的浮渣中通常含有90%左右的锌合金。锌渣形成的反应速度随熔炼温度上升成指数增加。 一般的情况下,,原始锌合金锭的产量低于1%,在0.3 ~ 0.5%范围内;而重熔水口、废工件等产渣量通常在2 ~ 5%之间。1. 锌渣量的控制
② 尽可能避免锌锅中合金液的搅动,任何方式的搅动都可能会导致更多的合金液与空气中氧原子的接触,从而形成更多的浮渣。
③ 不要过于频繁的扒渣。当熔融的合金暴露于空气中都可能会发生氧化,形成浮渣,保留炉面一层薄的浮渣有利于锅中液体不进一步氧化。
④ 扒渣时,使用一个多孔(Ф6 mm)盘形扒渣耙,轻轻从浮渣下面刮过,尽可能避免合金液搅动,将刮出的渣盛起,扒渣耙在锌锅边轻轻磕打,使金属液流回锌锅中。2. 锌渣的处理
② 压铸厂自行处理。需要有单独的熔炉,锌渣重熔温度在420 ~ 440℃范围内。同时加入助熔剂。熔炼100公斤渣,需加入0.5 ~ 1.5公斤助熔剂,先均匀散发在金属液面,随后用搅拌器将其均匀混入熔融金属中(约需2 ~ 4分钟),保温5分钟后,表面产生一层更似泥土类的东西,将其刮掉。3.水口料、废件重熔 水口料、废料、垃圾位、报废工件等,不宜直接放入压铸机锌锅内重熔。原因是这些水口料表面在压铸成形过程中发生氧化,其氧化锌的含量远超于原始合金锭,当这些水口料在锌锅中重熔时,由于氧化锌在高温条件下呈粘稠状态,将其从锌锅取出时,会带走大量的合金成分。4.电镀废料重熔
电镀废料应同无电镀废料分开熔炼,因为电镀废料中含铜、镍、铬等金属是不溶于锌的,留在锌合金中会以坚硬的颗粒物存在,带来抛光和机加工的困难。
1. 坩埚:使用前一定要进行清理,去除表面的油污、铁锈、熔渣和氧化物等。为防止铸铁坩埚中铁元素溶解于合金中,坩埚应预热到150 ~ 200℃,在工作表面上喷一层涂料,再加热到200 ~ 300℃,彻底去除涂料中水份。2. 工具:熔炼工具在使用前应清除表面脏物,与金属接触的部份,必须预热并刷上涂料。工具不能沾有水分,否则引起熔液飞溅及爆炸。3. 合金料:熔炼前要清洗整理干净并预热,去除表面吸附的水分。为了控制合金成分,建议采用2/3的新料与1/3的回炉料搭配使用。4. 熔炼温度一定不可以超过450℃。5. 及时清洗整理锌锅中液面上的浮渣,及时补充锌料,保持熔液面正常的高度(不低于坩埚面30 mm),因为过多的浮渣和过低的液面都易引起料渣进入鹅颈司筒,拉伤钢呤、锤头和司筒本身,导致卡死锤头、鹅颈和锤头报废。6. 熔液上面的浮渣用扒渣耙平静地搅动,使之集聚以便取出。