Цинковый литейный сплав

В зависимости от химического состава установлен ряд марок чушковых цинковых сплавов (табл. 15), применяемых для литья под давлением (ГОСТ 19424-74 с изменениями).

Таблица 15. Химический состав чушковых сплавов для литья под давлением, %

Марка сплава	по СТ СЭВ 1258-78	Основные компоненты¹, %			Примеси, %, не более						Область применения
по ГОСТ 19424-74		Al	Cu	Mg	Cu	Pb	Fe	Sn	Cd	Si
ЦАМ4-1о	ZnAl4Cu1	3,9‒4,3	0,70‒1,20	0,03‒0,06	‒	0,004	0,05	0,001	0,002	0,015	Литье особо ответственных деталей
ЦАМ4-1	ZnAl4Cu1B	3,5‒4,3	0,70‒1,20	0,03‒0,06	‒	0,01	0,05	0,002	0,005	0,015	Литье ответственных деталей
ЦАМ4-1В	‒	3,5‒4,3	0,6‒1,2	<0,1	‒	0,02	0,10	0,005	0,015	0,03	Литье неответственных деталей (сувениров и т.п.)
ЦА4о	ZnAl4	3,9‒4,3	‒	0,03‒0,06	0,03	0,004	0,05	0,001	0,001	0,015	Литье ответственных деталей с устойчивыми размерами
ЦА4	ZnAl4B	3,5‒4,3	‒	0,03‒0,06	0,03	0,01	0,05	0,002	0,005	0,015	Литье несоответственных деталей с устойчивыми размерами
‒	ZnAl4A	3,5‒4,3	‒	0,03‒0,06	0,03	0,003	0,03	0,001	0,002	‒	Детали для автомобильной, электротехнической и машиностроительной промышленности
‒	ZnAl4Cu1A	3,5‒4,3	0,7‒1,2	0,03‒0,06	‒	0,003	0,03	0,001	0,002	‒	то же
‒	ZnAl4Cu3A	3,5‒4,3	2,5‒3,5	0,03‒0,06	‒	0,003	0,03	0,001	0,002	‒	“
‒	ZnAl4Cu3	3,5‒4,3	2,5‒3,5	0,03‒0,06	‒	0,005	0,05	0,001	0,002	‒	“
ЦАМ4-3	ZnAl4Cu3B	3,5‒4,3	2,5‒3,5	0,03‒0,06	‒	0,01	0,05	0,02	0,005	‒	Литье деталей автомобилестроения

¹ Остальное ‒ цинк.

В табл. 16 приведены химический состав и области применения цинковых литейных сплавов.

Таблица 16. Химический состав и назначение цинковых литейных сплавов, %

Марка сплава	Основные компоненты¹, %				Примеси, %, не более						Назначение
	Al	Cu	Mg	Mn	Fe	Pb	Sn	Cd	Si	Cu
ЦА4	3,9‒4,3	‒	0,06‒0,1	‒	0,05	0,015	0,001	0,08	0,05	0,15	Литье под давлением деталей с устойчивыми размерами
ЦАМ4-1	3,5‒4,3	0,75‒1,25	0,03‒0,08	‒	0,05	0,005	0,001	0,005	0,05	‒	Литье под давлением деталей средней прочности
ЦАМ4-3	3,5‒4,3	2,5‒3,5	0,02‒0,1	‒	0,07	0,005	0,001	0,005	0,05	‒	Литье под давлением деталей высокой прочности
ЦА15	13‒17	‒	‒	‒	‒	‒	‒	‒	‒	‒	Литье деталей в кокиль
ЦП1	0,4‒0,6	‒	‒	‒	0,001	0,005	‒	‒	‒	0,001	то же
ЦП2	0,3‒0,7	‒	0,1‒0,3	0,1‒0,3	0,004	0,005	‒	‒	‒	0,001	“

¹ Остальное ‒ цинк.

Указанные сплавы имеют исключительную способность к литью под давлением. Из этих сплавов можно получать очень точные по размерам со сложными очертаниями контуров отливки со стенкой толщиной порядка 0,6 мм. Они также пригодны для отливки в кокиль и песчаные формы.

Цинковые сплавы в отличие от чистого нелегированного цинка имеют хорошие механические и технологические свойства и находят в связи с этим широкое промышленное применение. Характерным требованием к цинковым литейным сплавам для литья под давлением, в кокиль и песчаную форму является жесткое ограничение по предельно допустимому содержанию вредных примесей, особенно свинца, железа, кадмия и олова, вызывающих образование межкристаллитной коррозии в отливках.

Ниже рассмотрены основные сведения о структуре и свойствах сплавов на основе цинка.

Система цинк-алюминий

Согласно диаграмме состояния в системе Zn-Аl (рис. 10, а) образуются твердый раствор алюминия в цинке (а-фаза), содержащая при температуре эвтектики 382 °С 1,02% А1, твердый раствор цинка в алюминии (0-фаза), содержащая при 382 °С 17,8 %А1, и эвтектика (а + B), содержащая 95 % Zn и 5 % А1.

При медленном охлаждении до 275 °С происходит эвтектоидный распад B-твердого раствора (г.ц.к. решетка) на а-твердый раствор (гексагональная решетка) и B-твердый раствор (г.ц.к. решетка) с резким изменением растворимости цинка - твердый раствор цинка в алюминии, содержащий около 30% Zn; фаза B имеет состав 78 % Zn и 22 % А1.

На рис. 11, а показана микроструктура сплава Zn - 4% А1. Сплав состоит из первичных кристаллов (а-фаза) и эвтектики (а + B). При хранении отливок из сплавов системы Zn-Al даже при комнатной температуре происходит полиморфное превращение кубической гранецентрированной решетки B-фазы в гексагональную. Этот процесс часто называют старением. При старении происходит изменение линейных размеров отливок, а также изменение электропроводности и твердости.

Значительное влияние на скорость распада B-фазы оказывают добавки магния и лития. Небольшие добавки магния (до 0,1 %) не только затормаживают распад B-фазы, но и повышают прочность сплавов.

Свойства сплавов системы Zn-А1 улучшаются с повышением содержания алюминия. Так, при 4% А1 временное сопротивление возрастает почти в три раза и составляет около 300 МПа; удлинение возрастает при добавке алюминия с 5 до 30 %; ударная вязкость - от 500 до 4000 кДж/м².

Легирование цинка алюминием улучшает также литейные свойства и способствует измельчению структуры сплавов. При добавке алюминия уменьшаются насыщение цинковых расплавов железом при плавке в стальных и чугунных тиглях, а также прилипаемость сплава к пресс-форме, повышаются температура рекристаллизации цинка и его стойкость против коррозии под напряжением.