Цинковые литейные сплавы

Цинковые сплавы подразделяют на литейные, антифрикционные и деформируемые. Свойства цинковых сплавов для производства отливок регламентируются ГОСТ 25140-93 «Сплавы цинковые литейные». Химический состав сплавов представлен в табл. 1, механические свойства приведены в табл. 2.

Маркировка сплавов: сплавы маркируются буквой Ц и дополнительно буквами и цифрами, отображающими название легирующего элемента и его содержание в сплаве, соответственно. К примеру, ЦА4М1 — цинковый литейный сплав, содержащий в своем составе: 3,5-4,5% Al и 0,7-1,3% Cu, Zn — остальное.

Таблица 1: Марки и химический состав цинковых литейных сплавов

Марка сплава	Массовая доля элементов, %
	Основные компоненты
	Al	Cu	Mg	Fe	Zn
ZnAl4A*	3,5-4,5	—	0,02-0,06	—	ост.
ЦА4о	3,5-4,5	—	0,02-0,06	—	ост.
ЦА4	3,5-4,5	—	0,02-0,06	—	ост.
ZnA14Cu1A*	3,5-4,5	0,7-1,3	0,02-0,06	—	ост.
ЦА4М1о	3,5-4,5	0,7-1,3	0,02-0,06	—	ост.
ЦА4М1	3,5-4,5	0,7-1,3	0,02-0,06	—	ост.
ЦА4М1в	3,5-4,5	0,6-1,3	0,02-0,1	—	ост.
ZnA14Cu3A*	3,5-4,5	2,5-3,7	0,02-0,06	—	ост.
ЦА4М3о	3,5-4,5	2,5-3,7	0,02-0,06	—	ост.
ЦА4М3	3,5-4,5	2,5-3,7	0,02-0,06	—	ост.
ЦА8М1	7,1-8,9	0,7-1,4	0,01-0,06	—	ост.
ЦА30М5	28,5-32,1	3,8-5,6	0,01-0,08	0,01-0,5	ост.

Таблица 1: продолжение

Марка сплава	Массовая доля элементов, %
	Примеси, не более
	Cu	Pb	Cd	Sn	Fe	Si	Pb+Cd+Sn
ZnAl4A*	0,06	0,004	0,003	0,001	0,06	0,015	0,007
ЦА4о	0,06	0,005	0,003	0,001	0,06	0,015	0,009
ЦА4	0,06	0,01	0,005	0,002	0,07	0,015	—
ZnA14Cu1A*	—	0,004	0,003	0,001	0,06	0,015	0,007
ЦА4М1о	—	0,005	0,003	0,001	0,06	0,015	0,009
ЦА4М1	—	0,01	0,005	0,002	0,07	0,015	—
ЦА4М1в	—	0,02	0,015	0,005	0,12	0,03	—
ZnA14Cu3A*	—	0,004	0,003	0,001	0,06	0,015	0,007
ЦА4М3о	—	0,006	0,003	0,001	0,06	0,015	0,009
ЦА4М3	—	0,01	0,005	0,002	0,07	0,015	—
ЦА8М1	—	0,01	0,006	0,002	0,10	0,015	—
ЦА30М5	—	0,02	0,016	0,01	—	0,075	—

Примечание: Звездочкой отмечены сплавы, изготовляемые по согласованию потребителя с изготовителем

Влияние основных компонентов

Основными легирующими элементами цинковых литейных сплавов являются алюминий, медь и магний. Zn с Al образует ряд твердых растворов с температурой эвтектики 380°С (в эвтектике 95% Zn и 5% Al). Эвтектический сплав цинка с алюминием и медью (состава: 89,1% Zn, 7,05% Al и 3,85% Cu) затвердевает при 423,5°С. При снижении температуры до 274°С, происходит разложение твердого раствора и, как следствие, изменение размеров отливки. Следует отметить, что при содержании алюминия в сплаве до 10%, он мало влияет на изменение размеров изделий. Введение в состав сплава 0,03-0,1% магния увеличивает механическую прочность и коррозионную стойкость, но его содержание не должно превышать 0,1%, т.к. большая концентрация вызывает горячеломкость отливок. При повышении содержания меди в сплаве с 1 до 5%, размеры отливок при старении увеличиваются до 0,15%.

Влияние примесей

Наиболее вредными примесями в литейных цинковых сплавах являются олово, свинец и кадмий, которые способствуют межкристаллической коррозии. С повышением содержания свинца от 0,003 до 0,006%, линейные размеры изделий при старении увеличиваются на 0,1-0,5%. [3]

Таблица 2: Механические свойства цинковых сплавов

Марка сплава	Способ литья	Механические свойства, не менее
		Временное сопротивление, МПа (кгс/мм2)	Относительное удлинение, %	Твердость, НВ
ZnAl4A ЦА4о, ЦА4	К Д	196 (20) 256 (26)	1,2 1,8	70 70
ZnA14Cu1A, ЦА4М1о, ЦА4М1	К Д	215 (22) 270 (28)	1,0 1,7	80 80
ЦА4М1в	К, Д	196 (20)	0,5	65
ZnA14Cu3A, ЦА4М3о ЦА4М3	П К Д	215 (22) 235 (24) 290 (30)	1,0 1,0 1,5	85 90 90
ЦА8М1 ЦА30М5	К Д К Д	235 (24) 270 (28) 435 (44) 370 (38)	1,5 1,5 8,0 1,0	70 90 115 115

Условные обозначения способов литья: П — литье в песчаные формы; К — литье в кокиль; Д — литье под давлением.

Таблица 3: Физические характеристики сплавов

Марка сплава	Плотность, г/см3	Температурный интервал затвердевания, °С	Удельная теплоемкость при 20°С, Дж/кг·°С	Теплопроводность, Вт/м·°С	Температурный коэф. линейного расширения в интервале 20-100°С, α·10-61/°С
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	—	—	—

Область применения

Линейные размеры изделий из цинковых литейных сплавов изменяются незначительно, они обладают низкой температурой плавления и высокой жидкотекучестью, что позволяет производить из них отливки с минимальной толщиной стенки до 0,5 мм. К недостаткам сплавов, следует отнести склонность к образованию горячих трещин и больших зон столбчатых кристаллов, а также склонность к укрупнению зерна и образованию повышенной пористости при литье в песчано-глинистые формы. Физические свойства цинковых сплавов приведены в табл. 3.

Цинковые сплавы в литейном производстве широко используются для производства литья под высоким давлением, идущего на изготовление мелких деталей для автомобилестроения, тракторостроения, бытовой техники и приборам, мебельной фурнитуры, корпусов замков и т.д. Характерные свойства цинковых сплавов и рекомендации по их использованию приведены в табл. 4.

Таблица 4: Рекомендации по использованию сплавов

Марка сплава	Характерные свойства	Область применения
ZnAl4A	Хорошая жидкотекучесть, повышенная коррозионная стойкость, стабильность размеров	В автомобильной тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности для отливки деталей приборов, требующих стабильности размеров
ЦА4о	Хорошая жидкотекучесть, хорошая коррозионная стойкость, стабильность размеров
ЦА4	Как для марки ЦА4о, но с меньшей коррозионной стойкостью
ZnA14Cu1A	Хорошая жидкотекучесть, повышенная коррозионная стойкость, практически неизменяемость размеров при естественном страении	В автомобильной тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности для отливки корпусных, арматурных, декоративных деталей, не требующих повышенной точности
ЦА4М1о	Хорошая жидкотекучесть, хорошая коррозионная стойкость, практически неизменяемость размеров при естественном страении
ЦА4М1	Как для марки ЦА4М1о, но с меньшей устойчивостьюразмеров
ЦА4М1в	По технологическим и эксплуатационным свойствам уступает предыдущим маркам сплавов этой группы	В различных отраслях промышленности для литья неответственных деталей
ZnA14Cu3A	Хорошая жидкотекучесть, высокая прочность, хорошая коррозионная стойкость, изменяемость размеров до 0,5%	В автомобильной и других отраслях промышленности для изготовления деталей, требующих повышенную точность
ЦА4М3о	Хорошая жидкотекучесть, высокая прочность, хорошая коррозионная стойкость, изменяемость размеров до 0,5%
ЦА4М3	Как для марки ЦА4М3о, но с пониженной коррозионной стойкостью
ЦА8М1	Как для марки ЦА4М1, но с более высокими прочностными свойствами	В автомобильной, тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности
ЦА30М5	Предназначается для замены стандартного антифрикционного сплава ЦАМ10-5, значительно превосходит его по механическим свойствам и износостойкости	Вкладыши подшипников, втулки балансированной подвески, червячные шестерни, сепараторы подшипников качения

Производители цинкового литья

• Производители литья под высоким давлением из цинковых сплавов

Литература

1. Механические и технологические свойства металлов. Справочник. Бобылев А.В. М., «Металлургия», 1980. 296 с.
2. Воздвиженский В.М. и др. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. — М.: Машиностроение, 1984. — 432 с., ил
3. Могилев В.К., Лев О.И. Справочник литейщика. М. Машиностроение, 1988. — 272 с.: ил.
4. Энциклопедия неорганических материалов. В двух томах. К.: Высшая школа, 1977.
5. ГОСТ 25140-93 «Сплавы цинковые литейные»