鋅合金簡(jiǎn)介_(kāi)望月2013

1、匯報(bào)人：望月鋅合金簡(jiǎn)介材料科學(xué)與工程導(dǎo)論課程報(bào)告第一篇 鋅合金概述1.1 鋅的存在形式及其基本屬性1.2 鋅合金發(fā)展及其分類1.3 鋅合金中常含有的元素及其作用1.4 鋅合金的特點(diǎn)1.1 鋅的存在形式及基其本屬性鋅是具有金屬光澤的銀白色金屬，熔點(diǎn)419.5，沸點(diǎn)907。鋅在自然界以硫化礦物和氧化礦物的形式存在。鋅是同素異晶型金屬：低于170，主要以形式存在，具有密排六方結(jié)構(gòu)；170330范圍以形式存在；330419范圍以形式存在。純鋅加工硬化程度很小，不能用作工程材料。鋅在我國(guó)的存儲(chǔ)量非常豐富，約占世界總量的36%。1.2 鋅合金發(fā)展及其分類 鋅合金的發(fā)展： 早期的鋅合金研究，主要是參照國(guó)際機(jī)

2、構(gòu)提供的化學(xué)成分進(jìn)行優(yōu)化選擇，作為代替銅的耐磨材料進(jìn)行推廣應(yīng)用。 國(guó)內(nèi)對(duì)新型鋅合金的研究，始于20世紀(jì)70年代末80年代初。 國(guó)家物質(zhì)局曾于1989年公布了289種禁止或限制用銅的產(chǎn)品。因?yàn)槲覈?guó)富鋅而缺銅，目前仍有約50%的銅依賴進(jìn)口。 以廉價(jià)易得的鋅代替昂貴的銅，具有廣闊的發(fā)展空間和重大的現(xiàn)實(shí)意義。鋅合金的分類 鋅合金的種類很多，分類方法也不盡相同，大致有三種分類方法。 （1）按合金成分分類 （2）按加工方式分類 （3）按性能和用途分類按合金成分分類1.Zn- Al 系合金，一般含有少量的Cu、Mg 以提高強(qiáng)度和改善耐蝕性。2.Zn- Cu 系合金，一般還含有Ti, 也稱Zn- Cu- T

3、i系合金, 該合金是抗蠕變合金, 有時(shí)為進(jìn)一步改善抗蠕變性能也加入少量Cr。3.Zn- Pb 系合金，一般用做沖制電池殼, 制成各種小五金及體育運(yùn)動(dòng)器材等。4.Zn- Pb- Al 系合金，主要用于鍍鋅行業(yè)。1.鑄造鋅合金，最主要用途是作為耐磨材料代替銅合金、鋁合金和部分鑄鐵合金制造一些磨損件，如齒輪、軸承軸套、蝸輪和汽車零部件等。2.變形鋅合金。3.熱鍍鋅鋅合金。按加工方式分類按性能和用途分類1.抗蠕變鋅合金，即Zn- Cu- Ti 合金, 它可通過(guò)變形生產(chǎn)所需要的零件, 也可以直接壓鑄制品。2.超塑性鋅合金，指Zn- Al 二元合金。3. 阻尼鋅合金，是一種Zn- Al 系合金, 它可以降

4、低工業(yè)噪聲和減輕機(jī)械震動(dòng)。4.模具鋅合金，該合金在日本、西歐成功地應(yīng)用于汽車制造行業(yè), 日本還制定了該合金的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ZAS 。5.耐磨鋅合金，主要用作軸承材料, 該合金具有磨擦系數(shù)低, 對(duì)油有較高的親合力, 機(jī)械性能優(yōu)異等特點(diǎn)。6.防腐鋅合金，指犧牲陽(yáng)極和作為噴鍍、熱浸鍍等用的鋅合金。7.結(jié)構(gòu)鋅合金，主要用來(lái)制造結(jié)構(gòu)零件, 一般為Zn- Cu- Ti合金和Zn- Al 合金。8.熱鍍鋅合金，主要用于帶鋼的熱浸鍍。1.3 鋅合金中常含有的元素及其作用鋅合金中常用元素 ： 鋁（Al ）、銅（ Cu）、鎂 （Mg）、鈦（Ti）等雜質(zhì)元素： 鐵（Fe）、鉛（Pb）、鎘（Cr）、錫（Sn）等鋁元素的作用

5、增加合金流動(dòng)性，改善合金的鑄造性能，細(xì)化晶粒，引起固熔強(qiáng)化，提高機(jī)械性能。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。 鋁含量在3.84.3%，能使鋅合金同時(shí)具有較高的強(qiáng)度和良好的流動(dòng)性。 鋁含量超過(guò)4.3 %，合金變脆。 鋁含量低于規(guī)定范圍時(shí)，導(dǎo)致薄壁件充型困難，甚至鑄后冷卻破裂。銅元素的作用增加合金的硬度和強(qiáng)度。改善合金的抗磨損性能。減少晶間的腐蝕。 不利：含銅量超過(guò)1.25%時(shí)使壓鑄尺寸和機(jī)械強(qiáng)度因時(shí)效而發(fā)生變化。降低合金的可延伸性。鎂元素的作用減少晶間腐蝕。 細(xì)化合金的組織，從而增加合金的強(qiáng)度。改善合金的抗磨損性能。不利 ： 含鎂量 0.08%時(shí)，產(chǎn)生熱脆，韌性

6、下降、流動(dòng)性下降。 易在合金熔融狀態(tài)下氧化損耗。雜質(zhì)元素的影響鐵 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)，影響后續(xù)加工及拋光。 增加合金的脆性。鉛/鎘/錫 使鋅合金的晶間腐蝕變得十分敏感，在溫、濕環(huán)境中加速晶間腐蝕，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)間后表面出現(xiàn)鼓泡。1.4 鋅合金的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：鋅合金流動(dòng)性和凝固特性優(yōu)良，可以鑄造出極?。ū诤?.52mm）、尺寸精確和表面光潔的零件。這是鋁合金和銅合金所無(wú)法比擬的。熔點(diǎn)低，熔煉時(shí)不易氧化，消耗能源少，生產(chǎn)

7、設(shè)備壽命長(zhǎng)，生產(chǎn)成本低。成形方法廣泛，不僅可用砂型鑄造、金屬型鑄造等常規(guī)鑄造方法來(lái)成形，而且可以采用壓力鑄造、殼型鑄造、石墨型鑄造、石膏型鑄造、連續(xù)鑄造、半固態(tài)鑄造、擠壓鑄造等多種特種成形方法來(lái)制造。1.4 鋅合金的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：加工性能好，切削加工效率高，刀具磨損小，零件表面粗糙度小。零件表面可以進(jìn)行各種裝飾加工，如電鍍、涂漆、陽(yáng)極氧化、著色、拋光等1.4 鋅合金的特點(diǎn) 不足之處（有待研究改進(jìn)的地方）：抗蝕性差。當(dāng)合金中雜質(zhì)元素超標(biāo)時(shí)，易導(dǎo)致鑄件老化而發(fā)生變形，體積脹大，塑性顯著下降，甚至破裂。鋅合金壓鑄件不宜在高溫和低溫（0以下）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

8、溫下沖擊性能都顯著下降。 尺寸穩(wěn)定性較差，時(shí)效作用易使鑄件尺寸和形狀發(fā)生變化。第二篇 幾種重要的鋅合金及其應(yīng)用2.1 變型鋅合金及其應(yīng)用2.2 超塑性鋅合金及其應(yīng)用2.3 鑄造鋅鋁合金及其應(yīng)用2.4 鑄造鋅基復(fù)合材料及其應(yīng)用2.1 變型鋅合金及其應(yīng)用變型鋅合金可分為三類：（1）軋制鋅合金。通過(guò)軋制，生產(chǎn)鋁合金板、帶、箔等，這類鋅合金已形成了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。（2）擠壓鋅合金。該合金的主要用途是替代黃銅。實(shí)踐中，一般情況下擠壓鋅合金的擠壓力比擠壓黃銅大，因此一定程度上限制了其發(fā)展。（3）拉拔線、棒的鋅合金。這類合金通過(guò)拉拔制成線棒后，主要用作熱噴涂金屬線、焊接用線料、焊絲，以及制釘、網(wǎng)等。變型

9、鋅合金的應(yīng)用 變型鋅合金目前使用最廣泛的是Zn- Cu- Ti系合金和Zn- Pb 系合金。（1）Zn- Cu- T i 系合金主要用來(lái)替代黃銅, 如制做拉鏈、千層鎖、日用五金等。（2）Zn- Pb 系合金主要用于沖制電池殼、焊接電池殼、制做體育運(yùn)動(dòng)器材部件、制做小五金及用于照相制板等。2.2 超塑性鋅合金及其應(yīng)用 1945年，前蘇聯(lián)學(xué)者在高溫拉伸Zn-Al共析合金試樣時(shí)，延伸率達(dá)到異乎尋常的數(shù)值，從此出現(xiàn)了“超塑性”這一術(shù)語(yǔ)。 在目前的新學(xué)科、新技術(shù)、新材料研究工作中,超塑性是材料學(xué)科最引人注目的研究項(xiàng)目之一。2.2 超塑性鋅合金及其應(yīng)用 超塑性：超塑性實(shí)際上是材料在特定條件下的一種特殊狀態(tài)

10、。 研究表明，選擇適當(dāng)?shù)淖冃螠囟?、變形速度和?yīng)力狀態(tài)等有助于充分利用材料的塑性儲(chǔ)備。 鋅基合金是人們最先發(fā)現(xiàn)具有超塑性的合金，主要是指Zn- 22Al 合金, 后來(lái)發(fā)現(xiàn)含鋁量0. 150%都具有超塑性。 超塑性鋅合金的特點(diǎn)（1）超塑性鋅合金在超塑狀態(tài)下，只要100 200 Pa 的壓力就可實(shí)現(xiàn)變形，延伸率可達(dá)百分之幾百，甚至百分之幾千，被稱為“金屬塑料”。（2）同塑料相比, 超塑性鋅合金具有優(yōu)良的耐熱性、不易燃性、減震性、抗有機(jī)溶液的腐蝕性等。（3）超塑性鋅合金的抗拉強(qiáng)度可以超過(guò)銅合金和鋁合金，在270左右呈現(xiàn)超塑性，極易成型，加工成本低。超塑性鋅合金的應(yīng)用（1）汽車制造行業(yè)。超塑鋅合金可做汽

11、車車身材料, 也用于汽車儀表前蓋、方向盤、操縱盤蓋等。（2）各種機(jī)器儀表殼類制造業(yè)。超塑鋅合金可用來(lái)制造儀器儀表的罩殼、框架和零部件。（3）建筑材料業(yè)。用做銀行、辦公室、商店的防火壁板, 以及制作門板、門把手和照象器材等。（4）模具制造業(yè)。主要用來(lái)制作熔模鑄造的金屬模, 也可用來(lái)制作塑料注射形成的金屬模, 特點(diǎn)是模具精度高。2.3 鑄造鋅鋁合金及其應(yīng)用 鋁是鋅合金中最重要的元素。 目前國(guó)際上用作鋅鋁鑄件的標(biāo)準(zhǔn)系列有兩大類，一類是ZAMAK合金，一類是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

12、ZA-35。鑄造鋁合金的特點(diǎn)（1）具有良好的軸承性能。ZA-12和ZA27與青銅軸瓦合金比較表明，鋅鋁合金具有較低的摩擦因數(shù)、較高的承載能力、較高的耐磨性。（2）成本低、能量消耗少及污染小。由礦石煉鋅能耗較小，制成鑄件熔化能耗較低，鑄造生產(chǎn)中不會(huì)產(chǎn)生任何有毒的合金污染物或廢料。（3）生產(chǎn)周期短。鋅金屬熔化潛熱比鋁低，傳遞到模具上的熱量較少，使得鑄造周期變短。（4）機(jī)加工性能好。精車零件表面光潔，可進(jìn)行研磨加工。（5）良好的耐蝕性。在普通大氣中鋅具有良好的耐蝕性，而且鋅的耐蝕性還可以通過(guò)各種表面處理加以提高。鑄造鋁合金的特點(diǎn)（6）良好的鑄造性能。最小壁厚2mm，最小鑄出孔1mm。（7）較高導(dǎo)電、

13、導(dǎo)熱性.（8）良好的電磁性和無(wú)線電屏蔽性。鑄造鋅鋁合金的應(yīng)用鋅鋁系合金鑄件主要應(yīng)用在五個(gè)方面：作為構(gòu)件，用于造紙機(jī)械、印刷機(jī)械、塑料機(jī)械、冶金機(jī)械、起重機(jī)械等的配件汽車、拖拉機(jī)配件制作鑄塑模、吹塑模、壓型模等模具制造軸瓦、軸承、滑塊等裝飾工藝品 2.4 鑄造鋅基復(fù)合材料 研究背景：l 如前所述，鋅鋁系列合金因具有優(yōu)良的鑄造性能、力學(xué)性能和耐磨性能，已耐磨件、模具等方面得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 但該類合金熔點(diǎn)較低，耐熱性差，只能在低溫條件下使用。 為了改善合金的高溫性能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，提高其使用壽命，80年代中期，國(guó)際上相繼開(kāi)始鋅基復(fù)合材料的研究。 復(fù)合材料：根據(jù)應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)，把兩種以上的有機(jī)聚合物材料或無(wú)機(jī)非金屬材料或金屬材料組合在一起，使其性能互補(bǔ)，從而制成的一類新型材料。 復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)：通常是一個(gè)相為連續(xù)相，成為基體；而另外一相是以獨(dú)立的形態(tài)分布在整個(gè)連續(xù)相中的分散相，它顯著增強(qiáng)材料的性能，稱為增強(qiáng)材料（包括顆粒、晶須、纖維）。 鑄造鋅基復(fù)合材料，即是以鋅合金為連續(xù)基體，以顆粒、晶須或纖維為增強(qiáng)體的復(fù)合材料。 鑄造鋅基復(fù)合材料的定義鑄造鋅基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料 纖維增強(qiáng)材料，例如碳纖維、E玻璃纖維、氧化鋁纖維、不銹鋼纖維等 晶須增強(qiáng)體，例如SiC晶須，氧化鎂晶須等 顆粒增強(qiáng)體，例如石墨顆粒、SiC顆粒等鑄造鋅基復(fù)合材料的優(yōu)