Цветные металлы и сплавы (стр. 13 )

** В цинке, применяемом для проката, массовая доля алюминия должна быть не более 0,005 %.

Цинк применяют: для горячего, химического и термодиффузионного оцинковывания стальных деталей; в полиграфической промышленности; для изготовления химических источников тока; как легирующий элемент в сплавах, в первую очередь в латунях (сплав системы Cu—Zn), и как основу для цинковых сплавов.

Основные характеристики физико-химических и механических свойств цинка приведены ниже.

Характеристики физико-химических и механических свойств цинка

Плотность r, кг/м3	7130
Температура плавления Тпл, ° С	419,4
Температура кипения Ткип, ° С	907,0
Коэффициент линейного расширения a × 106, град–1	39,7
Удельная теплоемкость с, кал/(г × град), при 0 ° С	0,0915
Теплопроводность l, Вт/(м × град), при 25 ° С	113,5
Удельное электросопротивление, Ом × мм2/м, при 20 ° С	0,0591
Модуль нормальной упругости Е, МПа	88 000
Модуль сдвига G, МПа	37 700
Предел текучести σт, МПа:
литого	75
деформированного	80–100
Временное сопротивление разрыву σв, МПа:
литого	120–140
деформированного	120–170
отожженного	70–100
Относительное удлинение δ, %:
литого	0,3–0,5
деформированного	40–50
отожженного	10–20
Ударная вязкость литого цинка KCU, Дж/см2	6,0–7,5
Твердость, НВ:
литого	30–40
деформированного	35–45

СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ ЦИНКА

Промышленные цинковые сплавы разработаны на базе систем Zn—Al и Zn—Al—Cu. Практически во все цинковые сплавы введена добавка магния (до 0,1 %), что повышает размерную стабильность литых деталей и увеличивает коррозионную стойкость сплавов.

Цинковые сплавы подразделяются на литейные и антифрикционные.

Цинковые литейные сплавы. Эти сплавы выпускаются промышленностью в соответствии с ГОСТ 25140–93. Марки и химический состав литейных цинковых сплавов представлены в табл. 18.2.

Все литейные цинковые сплавы имеют очень узкий температурный интервал кристаллизации, содержат много эвтектики, поэтому обладают хорошей жидкотекучестью и дают плотные отливки. Лучшими способами получения отливок являются литье под давлением и литье в кокиль. Относительно низкая температура литья (440–470 ° С) определяет легкие условия работы пресс-форм и кокилей, а высокая жидкотекучесть позволяет отливать тонкостенные детали сложной формы. В некоторых случаях (детали особо сложной конфигурации) применяется литье в песчаные формы. Отливки, полученные таким способом, содержат большое количество пор, имеют более крупнозернистую структуру, что приводит к снижению и значительному разбросу характеристик механических свойств.

В процессе естественного старения цинковых сплавов происходит уменьшение размеров (усадка) отлитых деталей (на 0,07–0,09 %). Две трети усадки происходит в течение 4–5 недель, остальное — в течение многих лет. Для стабилизации размеров применяют термообработку — отжиг (3–6 ч при 100 ° С, или 5–10 ч при 85 ° С, или 10–20 ч при 70 ° С).

Характеристики механических свойств литейных цинковых сплавов представлены в табл. 18.3, а физических свойств — в табл. 18.4.

Цинковые сплавы могут подвергаться сварке и пайке. Однако эти процессы применяют главным образом для заделки дефектов, так как сварные и паяные швы имеют низкую прочность. Оловянно-свинцовыми припоями можно паять только предварительно никелированные детали с использованием флюса — подкисленного хлористого цинка. Лучшие результаты дает припой, содержащий 82,5 % Cd + 17,5 % Zn. В этом случае флюс не требуется.

Сварку ведут в восстановительном пламени с использованием присадки из того же сплава, что и свариваемые детали.

Наиболее широко литейные цинковые сплавы используются в автомобильной промышленности для отливки корпусов карбюраторов, насосов, спидометров, решеток радиаторов, деталей гидравлических тормозов, а также в других отраслях промышленности, бытовой технике для отливки деталей приборов, корпусов, арматуры и т. д. Рекомендации по применению представлены в табл. 18.5.

Эти сплавы нельзя использовать в условиях повышенных и низких температур, так как уже при температуре 100 ° С их прочность снижается на 30 %, твердость на 40 %, а при температуре ниже 0 ° С они становятся хрупкими.

Для повышения коррозионной стойкости и для декоративных целей на цинковые изделия наносят различные защитные покрытия. В зависимости от условий службы цинковых изделий применяют двух - или трехслойные защитные покрытия различных толщин. Как правило, в качестве покрытий используют медь, никель и хром.

Таблица 18.2

Марки и химический состав (%) литейных цинковых сплавов (ГОСТ 25140–93)

Марки сплавов	Основных компонентов	Примесей, не более
Al	Cu	Mg	Fe	Zn	Cu	Pb	Cd	Sn	Fe	Si	Pb + Cd + Sn
ZnA14A*	3,5–4,5	–	0,02–0,06	–	Основа	0,06	0,004	0,003	0,001	0,06	0,015	0,007
ЦА4 о	3,5–4,5	–	0,02–0,06	–		0,06	0,005	0,003	0,001	0,06	0,015	0,009
ЦА4	3,5–4,5	–	0,02–0,06	–		0,06	0,01	0,005	0,002	0,07	0,015	–
ZnA14Cu1A*	3,5–4,5	0,7–1,3	0,02–0,06	–		–	0,004	0,003	0,001	0,06	0,015	0,007
ЦА4М1о	3,5–4,5	0,7–1,3	0,02–0,06	–		–	0,005	0,003	0,001	0,06	0,015	0,009
ЦА4М1	3,5–4,5	0,7–1,3	0,02–0,06	–		–	0,01	0,005	0,002	0,07	0,015	–
ЦА4М1в	3,5–4,5	0,6–1,3	0,02–0,10	–		–	0,02	0,015	0,005	0,12	0,03	–
ZnA14Cu3A*	3,5–4,5	2,5–3,7	0,02–0,06	–		–	0,004	0,003	0,001	0,06	0,015	0,007
ЦА4М3 о	3,5–4,5	2,5–3,7	0,02–0,06	–		–	0,006	0,003	0,001	0,06	0,015	0,009
ЦА4М3	3,5–4,5	2,5–3,7	0,02–0,06	–		–	0,01	0,005	0,002	0,07	0,015	–
ЦА8М1	7,1–8,9	0,70–1,40	0,01–0,06	–		–	0,01	0,006	0,002	0,10	0,015	–
ЦА30М5	28,5–32,1	3,8–5,6	0,01–0,08	0,01–0,5		–	0,02	0,016	0,01		0,075	–

Примечания:

1.  По требованию потребителя в сплавах марок ZnA14A, ЦА4 о, ЦА4 допускается массовая доля меди как легирующего элемента до 0,10 %.

2.  По согласованию изготовителя с потребителем в сплавах марок ЦА4М3о допускается массовая доля олова до 0,002 %, кадмия — до 0,004 % при сумме примесей свинца, кадмия и олова не более 0,009 %.

3.  По требованию потребителя в сплавах марок ЦА4, ЦА4М1 и ЦА4М3 массовая доля свинца должна быть не более 0,006 %.

4.  Определение химического состава сплавов проводят по ГОСТ 25284.0–ГОСТ 25284.8. Допускается определять химический состав другими методами, обеспечивающими точность не ниже приведенной в указанных стандартах. При возникновении разногласий в оценке химического состава определение проводят по ГОСТ 25284.0–ГОСТ 25284.8.

* Сплавы, изготовляемые по согласованию потребителя с изготовителем.

Таблица 18.3

Механические свойства цинковых сплавов

Марка сплавов	Способ литья	Механические свойства, не менее
Временное сопротивление, МПа (кгс/мм2)	Относительное удлинение, %	Твердость, НВ
ZnA14A	K		1,2	70
ЦА4 о, ЦА4	Д		1,8	70
ZnA14Cu1A, ЦА4М1 о, ЦА4М1	К Д		1,0 1,7	80 80
ЦА4М1в	КД		0,5	65
ZnA14Cu3A,	П		1,0	85
ЦА4М3 о	К		1,0	90
ЦА4М3	Д		1,5	90
ЦА8М	К Д		1,5 1,5	70 90
ЦА30М5	К Д		8,0 1,0	115 115

Примечание. В таблице приняты следующие обозначения способов литья: П — литье в песчаные формы; К — литье в кокиль; Д — литье под давлением.

Таблица 18.4

Характеристики физических свойств литейных цинковых сплавов (ГОСТ 25140–93)

Марка сплава	Плотность, (кг/м3) × 10–3	Температурный интервал затвердевания, ° С	Удельная теплоемкость при 20 ° С, Дж/кг × град–1	Теплопроводность, Вт/м × град–1	Температурный коэффициент линейного расширения в интервале температур 20–100 ° С, a × 10–6, град–1
ЦА4	6,7	380–386	410	113	26,0
ЦА4М1	6,7	380–386	440	109	26,5
ЦА4М3	6,8	379–389	427	105	29,5
ЦА8М1	6,3	375–404	–	–	–
ЦА30М5	4,8	480–563	–	–	–

Таблица 18.5

Рекомендации по применению цинковых сплавов (ГОСТ 25140–93)

Марка сплава	Характерные свойства	Область применения
ZnA14A	Хорошая жидкотекучесть, повышенная коррозионная стойкость, стабильность размеров	В автомобильной, тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности для отливки деталей приборов, требующих стабильности размеров
ЦА4 о	Хорошая жидкотекучесть, хорошая коррозионная стойкость, стабильность размеров
ЦА4	Как для марки ЦА4 о, но с меньшей коррозионной стойкостью
ZnA14Cu1A	Хорошая жидкотекучесть, повышенная коррозионная стойкость, практически неизменяемость размеров при естественном старении	В автомобильной, тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности для отливки корпусных, арматурных, декоративных деталей, не требующих повышенной точности
ЦА4М1 о	Хорошая жидкотекучесть, повышенная коррозионная стойкость, практически неизменяемость размеров при естественном старении
ЦА4М1	Как для марки ЦА4М1 о, но с меньшей устойчивостью размеров	В автомобильной, тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности для отливки корпусных, арматурных, декоративных деталей, не требующих повышенной точности
ЦА4М1в	По технологическим и эксплуатационным свойствам уступает предыдущим маркам сплавов этой группы	В различных отраслях промышленности для литья неответственных деталей
ZnAl4Cu3A	Хорошая жидкотекучесть, высокая прочность, хорошая коррозионная стойкость, изменяемость размеров до 0,5 %	В автомобильной и других отраслях промышленности для изготовления деталей, требующих повышенной точности
ЦА4М3 о	Хорошая жидкотекучесть, высокая прочность, хорошая коррозионная стойкость, изменяемость размеров до 0,5 %
ЦА4М3	Как для марки ЦА4М3 о, но с пониженной коррозионной стойкостью
ЦА30М5	Предназначены для замены стандартного антифрикционного сплава ЦАМ10-5, значительно превосходят его по механическим свойствам и износостойкости	Вкладыши подшипников, втулки балансированной подвески, червячные шестерни, сепараторы подшипников качения
ЦА8М1	Как для марки ЦА4М1, но с более высокими прочностными свойствами	В автомобильной, тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности

19. МЕДЬ, НИКЕЛЬ И ИХ СПЛАВЫ