锌合金简介_望月2013讲解.ppt

汇报人：望月,——锌合金简介,《材料科学与工程导论》课程报告,第一篇 锌合金概述,1.1 锌的存在形式及其基本属性 1.2 锌合金发展及其分类 1.3 锌合金中常含有的元素及其作用 1.4 锌合金的特点,1.1 锌的存在形式及基其本属性,锌是具有金属光泽的银白色金属，熔点419.5℃，沸点907℃ 锌在自然界以硫化矿物和氧化矿物的形式存在 锌是同素异晶型金属：低于170℃，主要以μ形式存在，具有密排六方结构；170~330℃范围以β形式存在；330~419℃范围以α形式存在 纯锌加工硬化程度很小，不能用作工程材料 锌在我国的存储量非常丰富，约占世界总量的36%1.2 锌合金发展及其分类,锌合金的发展： 早期的锌合金研究，主要是参照国际机构提供的化学成分进行优化选择，作为代替铜的耐磨材料进行推广应用 国内对新型锌合金的研究，始于20世纪70年代末80年代初 国家物质局曾于1989年公布了289种禁止或限制用铜的产品因为我国富锌而缺铜，目前仍有约50%的铜依赖进口 以廉价易得的锌代替昂贵的铜，具有广阔的发展空间和重大的现实意义锌合金的分类 锌合金的种类很多，分类方法也不尽相同，大致有三种分类方法。

（1）按合金成分分类 （2）按加工方式分类 （3）按性能和用途分类,按合金成分分类 1.Zn- Al 系合金，一般含有少量的Cu、Mg 以提高强度和改善耐蚀性 2.Zn- Cu 系合金，一般还含有Ti, 也称Zn- Cu- T i系合金, 该合金是抗蠕变合金, 有时为进一步改善抗蠕变性能也加入少量Cr 3.Zn- Pb 系合金，一般用做冲制电池壳, 制成各种小五金及体育运动器材等 4.Zn- Pb- Al 系合金，主要用于镀锌行业1.铸造锌合金，最主要用途是作为耐磨材料代替铜合金、铝合金和部分铸铁合金制造一些磨损件，如齿轮、轴承轴套、蜗轮和汽车零部件等 2.变形锌合金 3.热镀锌锌合金按加工方式分类,按性能和用途分类 1.抗蠕变锌合金，即Zn- Cu- Ti 合金, 它可通过变形生产所需要的零件, 也可以直接压铸制品 2.超塑性锌合金，指Zn- Al 二元合金 3. 阻尼锌合金，是一种Zn- Al 系合金, 它可以降低工业噪声和减轻机械震动 4.模具锌合金，该合金在日本、西欧成功地应用于汽车制造行业, 日本还制定了该合金的国家标准ZAS 5.耐磨锌合金，主要用作轴承材料, 该合金具有磨擦系数低, 对油有较高的亲合力, 机械性能优异等特点。

6.防腐锌合金，指牺牲阳极和作为喷镀、热浸镀等用的锌合金 7.结构锌合金，主要用来制造结构零件, 一般为Zn- Cu- Ti合金和Zn- Al 合金 8.热镀锌合金，主要用于带钢的热浸镀1.3 锌合金中常含有的元素及其作用,锌合金中常用元素 ： 铝（Al ）、铜（ Cu）、镁 （Mg）、钛（Ti）等 杂质元素： 铁（Fe）、铅（Pb）、镉（Cr）、锡（Sn）等,铝元素的作用,①增加合金流动性，改善合金的铸造性能，细化晶粒，引起固熔强化，提高机械性能 ②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 ③ 铝含量在3.8~4.3%，能使锌合金同时具有较高的强度和良好的流动性 铝含量超过4.3 %，合金变脆 铝含量低于规定范围时，导致薄壁件充型困难，甚至铸后冷却破裂铜元素的作用,①增加合金的硬度和强度 ②改善合金的抗磨损性能 ③减少晶间的腐蚀 不利：①含铜量超过1.25%时使压铸尺寸和机械强度因时效而发生变化 ②降低合金的可延伸性镁元素的作用,①减少晶间腐蚀 ②细化合金的组织，从而增加合金的强度 ③改善合金的抗磨损性能 不利 ： ① 含镁量 0.08%时，产生热脆，韧性下降、流动性下降。

② 易在合金熔融状态下氧化损耗杂质元素的影响,铁 ①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 ②在压铸件中形成硬质点，影响后续加工及抛光 ③增加合金的脆性 铅/镉/锡 ①使锌合金的晶间腐蚀变得十分敏感，在温、湿环境中加速晶间腐蚀，降低机械性能，并引起铸件尺寸变化 ②当锌合金中铅、镉含量过高，工件刚压铸成型时，表面质量一切正常，但在室温下存放一段时间后表面出现鼓泡1.4 锌合金的特点,优点： ①锌合金流动性和凝固特性优良，可以铸造出极薄（壁厚1.5~2mm）、尺寸精确和表面光洁的零件这是铝合金和铜合金所无法比拟的 ②熔点低，熔炼时不易氧化，消耗能源少，生产设备寿命长，生产成本低 ③成形方法广泛，不仅可用砂型铸造、金属型铸造等常规铸造方法来成形，而且可以采用压力铸造、壳型铸造、石墨型铸造、石膏型铸造、连续铸造、半固态铸造、挤压铸造等多种特种成形方法来制造1.4 锌合金的特点,优点： 加工性能好，切削加工效率高，刀具磨损小，零件表面粗糙度小 零件表面可以进行各种装饰加工，如电镀、涂漆、阳极氧化、着色、抛光等,1.4 锌合金的特点,不足之处（有待研究改进的地方）： 抗蚀性差。

当合金中杂质元素超标时，易导致铸件老化而发生变形，体积胀大，塑性显著下降，甚至破裂 锌合金压铸件不宜在高温和低温（0℃以下）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 尺寸稳定性较差，时效作用易使铸件尺寸和形状发生变化第二篇 几种重要的锌合金及其应用,2.1 变型锌合金及其应用 2.2 超塑性锌合金及其应用 2.3 铸造锌铝合金及其应用 2.4 铸造锌基复合材料及其应用,2.1 变型锌合金及其应用,变型锌合金可分为三类： （1）轧制锌合金通过轧制，生产铝合金板、带、箔等，这类锌合金已形成了国际标准和国家标准 （2）挤压锌合金该合金的主要用途是替代黄铜实践中，一般情况下挤压锌合金的挤压力比挤压黄铜大，因此一定程度上限制了其发展 （3）拉拔线、棒的锌合金这类合金通过拉拔制成线棒后，主要用作热喷涂金属线、焊接用线料、焊丝，以及制钉、网等变型锌合金的应用,变型锌合金目前使用最广泛的是Zn- Cu- Ti系合金和Zn- Pb 系合金 （1）Zn- Cu- T i 系合金主要用来替代黄铜, 如制做拉链、千层锁、日用五金等 （2）Zn- Pb 系合金主要用于冲制电池壳、焊接电池壳、制做体育运动器材部件、制做小五金及用于照相制板等。

2.2 超塑性锌合金及其应用,1945年，前苏联学者在高温拉伸Zn-Al共析合金试样时，延伸率达到异乎寻常的数值，从此出现了“超塑性”这一术语 在目前的新学科、新技术、新材料研究工作中,超塑性是材料学科最引人注目的研究项目之一2.2 超塑性锌合金及其应用,超塑性：超塑性实际上是材料在特定条件下的一种特殊状态 研究表明，选择适当的变形温度、变形速度和应力状态等有助于充分利用材料的塑性储备 锌基合金是人们最先发现具有超塑性的合金，主要是指Zn- 22Al 合金, 后来发现含铝量0. 1~50%都具有超塑性超塑性锌合金的特点,（1）超塑性锌合金在超塑状态下，只要100~ 200 Pa 的压力就可实现变形，延伸率可达百分之几百，甚至百分之几千，被称为“金属塑料” （2）同塑料相比, 超塑性锌合金具有优良的耐热性、不易燃性、减震性、抗有机溶液的腐蚀性等 （3）超塑性锌合金的抗拉强度可以超过铜合金和铝合金，在270℃左右呈现超塑性，极易成型，加工成本低超塑性锌合金的应用,（1）汽车制造行业超塑锌合金可做汽车车身材料, 也用于汽车仪表前盖、方向盘、操纵盘盖等 （2）各种机器仪表壳类制造业超塑锌合金可用来制造仪器仪表的罩壳、框架和零部件。

（3）建筑材料业用做银行、办公室、商店的防火壁板, 以及制作门板、门把手和照象器材等 （4）模具制造业主要用来制作熔模铸造的金属模, 也可用来制作塑料注射形成的金属模, 特点是模具精度高2.3 铸造锌铝合金及其应用,铝是锌合金中最重要的元素 目前国际上用作锌铝铸件的标准系列有两大类，一类是ZAMAK合金，一类是ZA系列合金 常用的ZAMAK合金有ZAMAK2、ZAMAK3、ZAMAK5及ZAMAK7 常用的ZA系列有ZA-8、ZA-12、ZA-27及ZA-35铸造铝合金的特点,（1）具有良好的轴承性能ZA-12和ZA27与青铜轴瓦合金比较表明，锌铝合金具有较低的摩擦因数、较高的承载能力、较高的耐磨性 （2）成本低、能量消耗少及污染小由矿石炼锌能耗较小，制成铸件熔化能耗较低，铸造生产中不会产生任何有毒的合金污染物或废料 （3）生产周期短锌金属熔化潜热比铝低，传递到模具上的热量较少，使得铸造周期变短 （4）机加工性能好精车零件表面光洁，可进行研磨加工 （5）良好的耐蚀性在普通大气中锌具有良好的耐蚀性，而且锌的耐蚀性还可以通过各种表面处理加以提高铸造铝合金的特点,（6）良好的铸造性能最小壁厚2mm，最小铸出孔1mm。

（7）较高导电、导热性. （8）良好的电磁性和无线电屏蔽性铸造锌铝合金的应用,锌铝系合金铸件主要应用在五个方面： 作为构件，用于造纸机械、印刷机械、塑料机械、冶金机械、起重机械等的配件 汽车、拖拉机配件 制作铸塑模、吹塑模、压型模等模具 制造轴瓦、轴承、滑块等 装饰工艺品,2.4 铸造锌基复合材料,研究背景： 如前所述，锌铝系列合金因具有优良的铸造性能、力学性能和耐磨性能，已耐磨件、模具等方面得到越来越广泛的应用 但该类合金熔点较低，耐热性差，只能在低温条件下使用 为了改善合金的高温性能，扩大其应用范围，提高其使用寿命，80年代中期，国际上相继开始锌基复合材料的研究复合材料：根据应用进行设计，把两种以上的有机聚合物材料或无机非金属材料或金属材料组合在一起，使其性能互补，从而制成的一类新型材料 复合材料的结构：通常是一个相为连续相，成为基体；而另外一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相，它显著增强材料的性能，称为增强材料（包括颗粒、晶须、纤维） 铸造锌基复合材料，即是以锌合金为连续基体，以颗粒、晶须或纤维为增强体的复合材料铸造锌基复合材料的定义,铸造锌基复合材料的增强材料,纤维增强材料，例如碳纤维、E玻璃纤维、氧化铝纤维、不锈钢纤维等 晶须增强体，例如SiC晶须，氧化镁晶须等 颗粒增强体，例如石墨颗粒、SiC颗粒等,铸造锌基复合材料的优点,硬度和刚度较高。

室温强度较高，耐磨性能优良 耐高温性能良好，热膨胀系数较低 铸造锌合金复合材料多用短纤维及颗粒作为增强材料，价格较低，并且使用的工艺设备也较简单，因此制造成本低，生产效率高铸造锌基复合材料的应用,代替锌合金和其它合金制品，以进一步提高产品的使用寿命 制作较高温度下使用的轴承、轴套等耐磨件 制作使用温度较高或使用寿命较长的模具 其它领域的应用有待进一步研究和实践谢谢大家的耐心聆听,提问环节,请老师和同学们批评指正,。