Цинковое литьё

Технически чистый цинк обладает удовлетворительными ме­ханическими свойствами, хорошо поддается прокатке, прессова­нию, волочению и штамповке в холодном состоянии и в интервале температур 130… 170 °С. Цинк имеет высокую плотность в твер­дом (7130 кг/м3) и жидком (6810 кг/м3) состоянии, низкую тем­пературу плавления (419,5 °С) и кипения (907 °С), линейную усадку 1,6 %. Выпускают несколько марок цинка, различающихся коли­чеством примесей: от ЦВ00 с суммарным содержанием примесей менее 0,005 % до Ц3 — менее 2,5 %.

Цинковые сплавы маркируются буквой «Ц», далее следуют бук­вы элементов, входящих в химический состав (например, А — алюминий, М — медь), и цифры, указывающие их процентное содержание.

Широкое распространение получили цинковые литейные спла­вы ЦА4 и ЦАМ4-1 для литья под давлением и антифрикционные литейные сплавы ЦАМ9-1,5Л и ЦАМ10-5Л. Химический состав и механические свойства литейных цинковых сплавов по ГОСТ 21437—95 приведены в табл. 6.10.

Главным производителем цинковых литейных сплавов в России является ПАО «Челябинский цинковый завод».

Химический состав некоторых цинковых литейных сплавов

Марка сплава Среднее содержание элемента, мас. % Механические свойства*, не менее
Al Cu Mg примеси предел прочн., Н/мм2 относ. удлинение, % HB
ЦА4Л 4,0 0,04 0,14 290 6…8 80
ЦАМ4-1Л 4,1 1,0 0,04 0,11 330 4…7 90
ЦАМ9-1,5Л 9,5 1,5 0,04 0,35 300 2…6 80
ЦАМ10-5Л 11 5,0 0,04 0,35 325 0,5 …4 90

 

Сплав ЦА4Л содержит 4,0 % Al. Его структура состоит из пер­вичных кристаллов α-твердого раствора алюминия в цинке (1,1 % Al), эвтектики, образующейся при температуре 382°С и состоя­щей из кристаллов того же α-раствора и кристаллов β-твердого раствора (правый угол диаграммы Al—Zn, см. рис. 6.4).

При температуре 265 °С должен происходить эвтектоидный распад, который при литье под давлением из-за большой скорости охлаждения блокируется. Но затем при комнатной температуре этот распад, получивший название «естественное старение», происходит с малой скоростью. В процессе старения изменяются свойства и уменьшаются примерно на 0,08 % линейные размеры. Для стабилизации размеров проводят отжиг — нагрев до 100 °С и выдержка в течение 3… 10 ч при этой температуре.

Следует отметить высокую чувствительность сплавов Zn—Al к межкристаллитной коррозии из-за загрязненности некоторыми примесями, особенно свинцом, оловом, кадмием. При этом содержание примесей ограничивается соответственно величинами, % (не более): Pb 0,015; Sn 0,001; Cd 0,003.

Магний в цинковых сплавах является полезной примесью, он повышает коррозионную стойкость и уменьшает объемные изменения.

Сплав ЦАМ4-1 отличается от ЦА4 добавкой меди (1,0 %), кото­рая целиком находится в твердом растворе, не вызывает появления новых фаз, придает сплаву более высокие прочность и твердость. Поэтому сплав ЦАМ4-1 находит более широкое применение.

Названные цинковые сплавы используются в автомобильной промышленности для изготовления корпусов карбюраторов, на­сосов и других деталей, а также для декоративных деталей.

Антифрикционные цинковые литейные сплавы являются, как правило, тройными Zn—Al—Cu с более высоким содержанием алюминия и меди. Для изготовления отливок используют литье под давлением, литье в кокиль и, реже, в песчано-глинистые формы.

Особенности литейных свойств цинковых сплавов. Цинковые сплавы являются «узкоинтервальными», имеют высокую жидко- текучесть из-за низкой температуры Тл, благодаря чему воспроиз­водят тонкий рисунок. Широко используются в шрифтолитейном производстве. Из них получаются плотные отливки. Линейная усадка их составляет 1,0… 1,2 %.

При литье в металлические формы проявляется их склонность к образованию горячих трещин. Для предотвращения испарений, насыщения газами и образования неметаллических включений плавку ведут в защитной атмосфере (азот), не перегревая сплав выше 480 °С.