Цинковый деформируемый сплав

Сплавы этой группы находят применение для получения изделий прессованием, прокаткой, вытяжкой. Обработку сплавов производят в горячем состоянии при 200-300 °С.

Основными легирующими элементами в сплавах служат алюминий до 15 %, медь до 5 % и магний до 0,05 % (табл. ниже).

Таблица 17. Химический состав цинковых литейных сплавов, % (TGL-0-1743)

Марка сплава	Основные компоненты¹, %			Примеси, %, не более				Область применения
	Al	Cu	Mg	Sn	Fe	Pb +Cd	Mg
GD-ZnAl4	3,5‒4,3	до 0,6	0,02‒0,05	0,001	0,075	0,011	‒	Отливки всех видов, особенно при повышенных требованиях к постоянству размеров
GD-ZnAl4Cu1	3,5‒4,3	0,6‒1,0	0,02‒0,05	0,001	0,075	0,011	‒	Отливки всех видов, работающие в условиях трения скольжения
GD-ZnAl6Cu1	5,6‒6,0	1,2‒1,6	‒	0,001	0,075	0,008	0,005	Изделия сложной формы, отливка которых из других сплавов затруднительна

Эти сплавы после обработки давлением обладают хорошими механическими свойствами и служат в некоторых случаях заменителями латуни. Высоколегированные сплавы обладают значительной прочностью при удовлетворительной пластичности. Цинковые деформируемые сплавы, за исключением сплава ЦА15, сильно изменяют ударную вязкость с понижением температуры, как показано ниже:

Таблица 18. Состав, свойства и применение деформируемых цинковых сплавов

Марка сплава	Основные компоненты¹, %			ρ, г/см²	σв, МПа	δ, %	НВ, МПа	Интервал затвердевания, °C	Назначение
	Al	Cu	Mg
ЦМ1	‒	0,8‒1,2	‒	7,18	200‒300	30	450‒750	422‒420	Для прокатки, прессования и волочения
ЦАМ0,2-4	0,20‒0,25	3,5‒4,5	‒	7,25	200‒300	20‒30	750‒900	470‒424	то же
ЦАМ4-1	3,7‒4,3	0,6‒1,0	0,02‒0,05	6,70	300‒360	8‒12	900‒1050	385‒380	“
ЦАМ10-1	9,0‒11,0	0,6‒1,0	0,02‒0,05	6,20	370‒440	8‒12	900‒1100	410‒380	Для прессования
ЦАМ10-2	9,0‒11,0	1,5‒2,5	0,02‒0,05	6,21	400‒460	15‒20	950‒1000	407‒385	то же
ЦАМ10-5	9,0‒11,0	4,5‒5,5	‒	6,3	350‒450	12‒18	900‒1100	395‒378	“
ЦА15	13,0‒17,0	‒	до 0,05	5,7	440‒480	5‒8	1050‒1150	425‒382	“

Система цинк-алюминий-медь

Сплавы цинка с алюминием и медью получили наибольшее распространение вследствие высоких механических свойств. Применяемые в промышленности сплавы в соответствии с их средним составом обозначаются литерами А и Б. Сплавы с повышенным содержанием алюминия относятся к группе А, а сплавы с повышенным содержанием меди - к группе Б. Процесс кристаллизации и структуру этих сплавов можно описать, используя проекцию поверхности ликвидуса, диаграммой состояния Zn-Al-Cu (рис. 12). На рис. 12 точка Е_т является тройной эвтектической точкой. Состав эвтектики: 89,1 % Zn, 7,05 % А1 и 3,85 % Сu; температура плавления тройной эвтектики 377 °С.

В структуре сплава присутствуют n-фаза, двойная эвтектика (n + + а) и тройная эвтектика (n + а + е ).

В сплавах с повышенным содержанием меди (например, сплав состава В на рис. 12) в отличие от предыдущего сплава первично кристаллизуется е -фаза, а затем двойная (n + е ) и тройная (n+ е + + а) эвтектики.

Тройные сплавы системы Zn-А1-Сu, как и двойные цинк-алюминиевые сплавы, подвержены естественному старению. Эффект старения, связанный с изменением линейных размеров и свойств отливок, зависит от состава сплава. Особенно быстро эти процессы идут в сплавах, богатых алюминием. Изменение размеров цинковых сплавов в зависимости от содержания алюминия и меди при искусственном старении приведено на рис. 13. Примеси свинца, олова и кадмия также ускоряют изменения линейных размеров, вследствие чего отливки коробятся или даже растрескиваются. Влияние небольшого количества свинца на изменение размеров цинковых отливок, полученных литьем под давлением, из сплава Zn + 4%А1 + 1,2 %Сu показано на рис. 14.

В связи с этим для приготовления цинковых сплавов с алюминием и медью рекомендуется применять цинк повышенной чистоты с минимальным содержанием свинца, олова и кадмия.

Положительное влияние на цинковые сплавы оказывает магний в количестве 0,03-0,10%, который не только способствует замедлению процесса старения сплавов системы Zn-Al-Cu, но и увеличивает их прочность.

За счет применения цинка повышенной чистоты и присадки магния при изготовлении сплавов системы Zn-Al-Cu можно избежать межкристаллитной коррозии, а за счет правильного подбора состава сплава можно добиться, что изменения размеров в отливках станут практически несущественными.

 

Система цинк-магний

Магний в количествах до 0,1 % содержится практически во всех сплавах на основе цинка. Согласно диаграмме состояния (рис. 15) цинк образует с Mg₂Zn₁₁ (гексагональная решетка) эвтектику при 367 °С и 3% Mg. Соединение Mg₂Zn₁₁ образуется по перитектической реакции при 383 °С из MgZn₂ и остатков расплава. Растворимость магния в цинке весьма мала и при температуре эвтектики составляет около 0,15%. По мере понижения температуры растворимость магния уменьшается (при 200 °С 0,06 %, при комнатной температуре - около 0,005 %).

Магний повышает прочность и твердость цинка вследствие образования с ним химических соединений. Присадка магния способствует уменьшению межкристаллитной коррозии цинковых сплавов и уменьшает вредное влияние свинца и олова. При содержании до 0,1 % магний не оказывает влияния на жидкотекучесть цинка, однако при более высоких содержаниях оказывает oтрицательное влияние. Повышение содержания магния сверх 0,1 % ухудшает пластичность сплавов и повышает их горячеломкостъ, что может привести к образованию трещин в отливках.

Присадка в цинковые сплавы марганца, титана, кремния и других элементов способствует улучшению свойств цинковых сплавов.

Марганец подобно алюминию, но в меньшей степени, препятствует растворению железа в цинковых сплавах. Присадка марганца ослабляет сопротивление сплавов ударным нагрузкам, ухудшает литейные свойства и повышает хрупкость.

Титан измельчает структуру литого цинка и сплавов на его основе, а также резко увеличивает сопротивление сплавов ползучести в горячекатаных и отожженных полуфабрикатах, но практически не оказывает влияния на жидкотекучесть сплавов.