鋅合金壓鑄件知識(shí)

鋅合金壓鑄件起泡缺陷分析鋅合金壓鑄件目前廣泛應(yīng)用于各種裝飾方面，如家具配件、建筑裝飾、浴室配件、燈飾零件、玩具、領(lǐng)帶夾、皮帶扣、各種金屬飾扣等，因而對(duì)鑄件表面質(zhì)量要求高，并要求有良好的表面處理性能。而鋅合金壓鑄件最常見(jiàn)的缺陷是表面起泡。缺陷表征：壓鑄件表面有突起小泡。?壓鑄出來(lái)就發(fā)現(xiàn)。.拋光或加工后顯露出來(lái)。?噴油或電鍍后出現(xiàn)。產(chǎn)生原因：孔洞引起：主要是氣孔和收縮機(jī)制，氣孔往往是圓形，而收縮多數(shù)是不規(guī)則形。(1)氣孔產(chǎn)生原因：a金屬液在充型、凝固過(guò)程中，由于氣體侵入，導(dǎo)致鑄件表面或內(nèi)部產(chǎn)生孔洞。b涂料揮發(fā)出來(lái)的氣體侵入。c合金液含氣量過(guò)高，凝固時(shí)析出。當(dāng)型腔中的氣體、涂料揮發(fā)出的氣體、合金凝固析出的氣體，在模具排氣不良時(shí)，最終留在鑄件中形成的氣孔。(2)縮孔產(chǎn)生原因：a金屬液凝固過(guò)程中，由于體積縮小或最后凝固部位得不到金屬液補(bǔ)縮，而產(chǎn)生縮孔。b厚薄不均的鑄件或鑄件局部過(guò)熱，造成某一部位凝固慢，體積收縮時(shí)表面形成凹位。由于氣孔和縮孔的存在，使壓鑄件在進(jìn)行表面處理時(shí)，孔洞可能會(huì)進(jìn)入水，當(dāng)噴漆和電鍍后進(jìn)行烘烤時(shí)，孔洞內(nèi)氣體受熱膨脹;或孔洞內(nèi)水會(huì)變蒸氣，體積膨脹，因而導(dǎo)致鑄件表面起泡。晶間升裂晶間腐蝕引起：晶間升裂鋅合金成分中有害雜質(zhì)：鉛、鎘、錫會(huì)聚集在晶粒交界處導(dǎo)致晶間腐蝕，金屬基體因晶間腐蝕而破碎，而電鍍加速了這一禍害，受晶間腐蝕的部位會(huì)膨脹而將鍍層頂起，造成鑄件表面起泡。特

別是在潮濕環(huán)境下晶間腐蝕會(huì)使鑄件變形、開(kāi)裂、甚至破碎。（如右圖1）裂紋引起：水紋、冷隔紋、熱裂紋。?水紋、冷隔紋：金屬液在充型過(guò)程中，先進(jìn)入的金屬液接觸型壁過(guò)早凝固，后進(jìn)入金屬液不能和已凝固金屬層熔合為一體，在鑄件表面對(duì)接處形成疊紋，出現(xiàn)條狀缺陷，見(jiàn)圖2。水紋一般是在鑄件表面淺層；而冷隔紋有可能滲入到鑄件內(nèi)部。a當(dāng)鑄件厚薄不均，凝固過(guò)程產(chǎn)生應(yīng)力;b過(guò)早頂出，金屬?gòu)?qiáng)度不夠;?a當(dāng)鑄件厚薄不均，凝固過(guò)程產(chǎn)生應(yīng)力;b過(guò)早頂出，金屬?gòu)?qiáng)度不夠;c頂出時(shí)受力不均d過(guò)高的模溫使晶粒粗大；e有害雜質(zhì)存在。以上因素都有可能產(chǎn)生裂紋。當(dāng)壓鑄件存在水紋、冷隔紋、熱裂紋，電鍍時(shí)溶液會(huì)滲入到裂紋中，在烘烤時(shí)轉(zhuǎn)化為蒸氣，氣壓頂起電鍍層形成起泡。3.解決缺陷方案：控制氣孔產(chǎn)生，關(guān)鍵是減少混入鑄件內(nèi)的氣體量，理想的金屬流應(yīng)不斷加速地由噴嘴經(jīng)過(guò)分流錐和澆道進(jìn)入型腔，形成一條順滑及方向一致的金屬流，采用錐形流道設(shè)計(jì)，即澆流應(yīng)不斷加速地由噴嘴向內(nèi)澆口逐漸減少，可達(dá)到這個(gè)目的。在充填系統(tǒng)中，混入的氣體是由于湍流與金屬液相混合而形成氣孔，從金屬液由澆鑄系統(tǒng)進(jìn)入型腔的模擬壓鑄過(guò)程的研究中，明顯看出澆道中尖銳的轉(zhuǎn)變位和遞增的澆道截面積，都會(huì)使金屬液流出現(xiàn)湍流而卷氣，平穩(wěn)的金屬液才有利于氣體從澆道和型腔進(jìn)入溢流槽和排氣槽，排出模外。對(duì)于縮孔：要使壓鑄凝固過(guò)程中各個(gè)部位盡量同時(shí)均勻散熱，同時(shí)凝固?？赏ㄟ^(guò)合理的水口設(shè)計(jì)，內(nèi)澆口厚度及位置，模具設(shè)計(jì)，模溫控制及冷卻，來(lái)避免縮孔產(chǎn)生。對(duì)于晶間腐蝕現(xiàn)象：主要是控制合金原料中有害雜質(zhì)含量，特別是鉛＜0.003%。注意廢料帶來(lái)的雜質(zhì)元素。對(duì)于水紋、冷隔紋，可提高模具溫度，加大內(nèi)澆口速度，或在冷隔區(qū)加大溢流槽，來(lái)減少冷隔紋的出現(xiàn)。對(duì)于熱裂紋：壓鑄件厚薄不要急劇變化以減少應(yīng)力產(chǎn)生；相關(guān)的壓鑄工藝參數(shù)作調(diào)整；降低模溫。

1.實(shí)例分析:案例一：旋鈕（圖3）現(xiàn)象：鍍格后表面有明顯的起泡化學(xué)分析：發(fā)現(xiàn)有害元素鉛含量為0.016%，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)3倍（0.004%）。極易造成壓鑄件晶間腐蝕。金相分析：起泡處電鍍層與金屬基體脫離，電鍍層起泡的位置有明顯的水紋（在顯微狀態(tài)下呈裂紋狀）。（圖4）圖3圖4圖3圖4缺陷產(chǎn)生分析原因：鉛含量過(guò)高，使金屬顆粒之間的邊界層內(nèi)發(fā)生腐蝕而破碎，電鍍時(shí)受晶間腐蝕部位膨脹而將鍍層頂起來(lái)。鑄件表面有水紋、冷隔紋，電鍍?nèi)芤簼B入裂紋中，在烘干時(shí)轉(zhuǎn)化為蒸氣，造成頂起鍍層而形成氣泡。解決辦法：提高合金化學(xué)成份，特別是有害雜質(zhì)鉛。熔煉操作時(shí)防止廢料把雜質(zhì)帶入。提高模具溫度和加大澆口速度可以減少水紋產(chǎn)生。案例二：同樣的零件，同樣的缺陷，卻有不同的產(chǎn)生原因。鑄件：有線電視接頭

鑄件：有線電視接頭

現(xiàn)象：鑄件a和鑄件b

在電鍍后都出現(xiàn)起泡鑄件a化學(xué)分析：含鉛量為0.016%有害雜質(zhì)鉛超出標(biāo)準(zhǔn)。金相分析：出現(xiàn)晶間腐蝕結(jié)論：精簡(jiǎn)腐蝕導(dǎo)致起泡鑄件b化學(xué)分析：含鉛量0.004%，合金成分符合要求金相分析：鑄件表面出現(xiàn)冷隔裂紋結(jié)論：冷隔裂紋導(dǎo)致起泡案例三：浴室配件（支架座）現(xiàn)象：鑄件表面脹起，帶有微裂紋化學(xué)分析：合金成份符合要求金相分析：發(fā)現(xiàn)大量氣孔缺陷原因：a.過(guò)早開(kāi)模頂出鑄件；b.頂出時(shí)模溫可能過(guò)高由于鑄件內(nèi)部存在大量氣泡，當(dāng)金屬凝固時(shí)間不夠，強(qiáng)度未建立起來(lái)，而過(guò)早開(kāi)模頂出鑄件，受壓氣泡膨脹起來(lái)而使鑄件表面凸起，并產(chǎn)生熱裂紋。解決辦法：壓鑄過(guò)程工藝參數(shù)調(diào)整，留模時(shí)間長(zhǎng)一些；降低缺陷區(qū)域模具溫度。金相分折:彼件內(nèi)部大量氣孔金相分折:彼件內(nèi)部大量氣孔主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），（%）W0主要成分雜質(zhì)含量Al（鋁）Cu（銅）Mg（鎂）Zn（鋅）Fe（鐵）Pb（鉛）ZZnAl4YYX0403.5?4.30.250.02?0.06余量ZZnAl4Cu1YYX0413.5?4.30.75?1.250.03?0.08余量W0ZZnAl4Cu3YYX0433.5?4.32.5?3.00.02?0.06余量W0為基加入其他元素組成的合金。常加的合金元素有鋁、銅、鎂、鎘、鉛、鈦等。鋅合金熔點(diǎn)低，流動(dòng)性好，易熔焊，釬焊和塑性加工，在大氣中耐腐蝕，殘廢料便于回收和重熔；但蠕變強(qiáng)度低，易發(fā)生自然時(shí)效引起尺寸變化。熔融法制備，壓鑄或壓力加工成材。按制造工藝可分為鑄造鋅合金和變形鋅合金鋅合金的主要添加元素有鋁，銅和鎂等.鋅合金按加工工藝可分為形變與鑄造鋅合金兩類.鑄造鋅合金流動(dòng)性和耐腐蝕性較好，適用于壓鑄儀表，汽車(chē)零件外殼等。【鋅合金成分及鑄件品質(zhì)】一、 鋅合金的特點(diǎn)比重大。鑄造性能好，可以壓鑄形狀復(fù)雜、薄壁的精密件，鑄件表面光滑?？蛇M(jìn)行表面處理：電鍍、噴涂、噴漆。熔化與壓鑄時(shí)不吸鐵，不腐蝕壓型，不粘模。有很好的常溫機(jī)械性能和耐磨性。熔點(diǎn)低，在385°C熔化，容易壓鑄成型。使用過(guò)程中須注意的問(wèn)題：抗蝕性差。當(dāng)合金成分中雜質(zhì)元素鉛、鎘、錫超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，導(dǎo)致鑄件老化而發(fā)生變形，表現(xiàn)為體積脹大，機(jī)械性能特別是塑性顯著下降，時(shí)間長(zhǎng)了甚至破裂。鉛、錫、鎘在鋅合金中溶解度很小，因而集中于晶粒邊界而成為陰極，富鋁的固溶體成為陽(yáng)極，在水蒸氣（電解質(zhì)）存在的條件下，促成晶間電化學(xué)腐蝕。壓鑄件因晶間腐蝕而老化。時(shí)效作用鋅合金的組織主要由含Al和Cu的富鋅固溶體和含Zn的富Al固溶體所組成，它們的溶解度隨溫度的下降而降低。但由于壓鑄件的凝固速度極快，因此到室溫時(shí)，固溶體的溶解度是大大地飽和了。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間之后，這種過(guò)飽和現(xiàn)象會(huì)逐漸解除，而使鑄件地形狀和尺寸略起變化。鋅合金壓鑄件不宜在高溫和低溫（0C以下）的工作環(huán)境下使用。鋅合金在常溫下有較好的機(jī)械性能。但在高溫下抗拉強(qiáng)度和低溫下沖擊性能都顯著下降。圖1時(shí)效時(shí)間對(duì)鋅合金屈服強(qiáng)度和沖擊韌性的影響圖2溫度對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響二、 鋅合金種類Zamak3:良好的流動(dòng)性和機(jī)械性能。應(yīng)用于對(duì)機(jī)械強(qiáng)度要求不高的鑄件，如玩具、燈具、裝飾品、部分電器件。Zamak5:良好的流動(dòng)性和好的機(jī)械性能。應(yīng)用于對(duì)機(jī)械強(qiáng)度有一定要求的鑄件，如汽車(chē)配件、機(jī)電配件、機(jī)械零件、電器元件。Zamak2:用于對(duì)機(jī)械性能有特殊要求、對(duì)硬度要求高、尺寸精度要求一般的機(jī)械零件。ZA8:良好的流動(dòng)性和尺寸穩(wěn)定性，但流動(dòng)性較差。應(yīng)用于壓鑄尺寸小、精度和機(jī)械強(qiáng)度要求很高的工件，如電器件。Superloy:流動(dòng)性最佳，應(yīng)用于壓鑄薄壁、大尺寸、精度高、形狀復(fù)雜的工件，如電器元件及其盒體。不同的鋅合金有不同的物理和機(jī)械特性，這樣為壓鑄件設(shè)計(jì)提供了選擇的空間。三、 鋅合金的選擇選擇哪一種鋅合金，主要從三個(gè)方面來(lái)考慮壓鑄件本身的用途，需要滿足的使用性能要求。包括：（1） 力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度，是材料斷裂時(shí)的最大抗力；伸長(zhǎng)率，是材料脆性和塑性的衡量指標(biāo)；硬度，是材料表面對(duì)硬物壓入或摩擦所引起的塑性變形的抗力。（2） 工作環(huán)境狀態(tài)：工作溫度、濕度、工件接觸的介質(zhì)和氣密性要求。（3） 精度要求：能夠達(dá)到的精度及尺寸穩(wěn)定性。工藝性能好：（1）鑄造工藝；（2） 機(jī)械加工工藝性；（3） 表面處理工藝性。3.經(jīng)濟(jì)性好：原材料的成本與對(duì)生產(chǎn)裝備的要求（包括熔煉設(shè)備、壓鑄機(jī)、模具等），以及生產(chǎn)成本。四、 鋅合金成分控制標(biāo)準(zhǔn)合金成分Zamak2Zamak3Zamak5ZA8SuperloyAcuZinc5鋁~4.3~4.3TOC\o"1-5"\h\z~4.3~8.8~7.2~3.3銅~3.3<0.0300.7~1.10.9~1.3~3.85.0~6.0鎂0.035~0.060.035~0.060.035~0.060.02~0.035<0.0050.025~0.05鐵<0.020<0.020<0.020<0.035<0.020<0.075鉛<0.003<0.003<0.003<0.005<0.003<0.005鎘<0.003<0.003<0.003<0.005<0.003<0.004錫<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.003鋅余量余量余量余量余量余量合金中個(gè)元素的作用合金成分中，有效合金元素：鋁、銅、鎂；有害雜質(zhì)元素：鉛、鎘、錫、鐵。鋁作用：①改善合金的鑄造性能，增加合金的流動(dòng)性，細(xì)化晶粒，引起固溶強(qiáng)化，提高機(jī)械性能。②降低鋅對(duì)鐵的反應(yīng)能力，減少對(duì)鐵質(zhì)材料，如鵝頸、模具、坩堝的侵蝕。鋁含量控制在3.8~4.3%。主要考慮到所要求的強(qiáng)度及流動(dòng)性，流動(dòng)性好是獲得一個(gè)完整、尺寸精確、表面光滑的鑄件必需的條件。鋁對(duì)流動(dòng)性和機(jī)械性能的影響見(jiàn)圖3。流動(dòng)性在鋁含量5%時(shí)達(dá)到最大值；在3%時(shí)降到最小值。鋁對(duì)沖擊強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖3中虛線。沖擊強(qiáng)度在含鋁量3.5%達(dá)到最大值；6%時(shí)降到最小值。含鋁量超過(guò)4.3%，合金變脆。含鋁量低于規(guī)定范圍，導(dǎo)致薄壁件充型困難，有鑄后冷卻破裂的可能。鋁在鋅合金中不利的影響是產(chǎn)生 Fe2Al3浮渣，造成其含量下降。圖3鋁對(duì)合金流動(dòng)性和機(jī)械性能的影響銅作用：1.增加合金的硬度和強(qiáng)度；改善合金的抗磨損性能；減少晶間腐蝕。不利：1.含銅量超過(guò)1.25%時(shí)，使壓鑄件尺寸和機(jī)械強(qiáng)度因時(shí)效而發(fā)生變化；2,降低合金的可延伸性。作用：①增加銅含量對(duì)合金強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖4。圖4銅對(duì)合金強(qiáng)度的影響鎂作用：①減少晶間腐蝕細(xì)化合金組織，從而增加合金的強(qiáng)度改善合金的抗磨損性能不利：①含鎂量＞0.08%時(shí)，產(chǎn)生熱脆、韌性下降、流動(dòng)性下降。②易在合金熔融狀態(tài)下氧化損耗。鎂對(duì)合金流動(dòng)性的影響見(jiàn)圖5。圖5鎂對(duì)合金流動(dòng)性的影響(4)雜質(zhì)元素：鉛、鎘、錫使鋅合金的晶間腐蝕變成十分敏感，在溫、濕環(huán)境中加速了本身的晶間腐蝕，降低機(jī)械性能，并引起鑄件尺寸變化。當(dāng)鋅合金中雜質(zhì)元素鉛、鎘含量過(guò)高，工件剛壓鑄成型時(shí)，表面質(zhì)量一切正常，但在室溫下存放一段時(shí)間后（八周至幾個(gè)月），表面出現(xiàn)鼓泡。圖6鉛、鎘含量過(guò)高造成晶間腐蝕的顯微照片（5）雜質(zhì)元素：鐵鐵與鋁發(fā)生反應(yīng)形成Al5Fe2金屬間化合物，造成鋁元素的損耗并形成浮渣。在壓鑄件中形成硬質(zhì)點(diǎn)，影響后加工和拋光。增加合金的脆性。鐵元素在鋅液中的溶解度是隨溫度增加而增加， 每一次爐內(nèi)鋅液溫度變化都將導(dǎo)致鐵元素過(guò)飽和（當(dāng)溫度下降時(shí)），或不飽和（當(dāng)溫度上升時(shí)）。當(dāng)鐵元素過(guò)飽和時(shí)，處于過(guò)飽和的鐵將與合金中鋁發(fā)生反應(yīng)，結(jié)果是造成浮渣量增加。當(dāng)鐵元素不飽和時(shí)，合金對(duì)鋅鍋和鵝頸材料的腐蝕將會(huì)增強(qiáng)，以回到飽和狀態(tài)。兩種溫度變化的一個(gè)共同結(jié)果是最終造成對(duì)鋁元素的消耗，形成更多的浮渣。圖7鐵在鋅合金中的溶解度隨溫度的變化五、生產(chǎn)中注意的問(wèn)題控制合金成分從采購(gòu)合金錠開(kāi)始，合金錠必須是以特高純度鋅為基礎(chǔ)，加上特高純度鋁、鎂、銅配制成的合金錠，供應(yīng)廠有嚴(yán)格的成分標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)質(zhì)的鋅合金料是生