Цинк ЦАМ4-1

Марка: ЦАМ4-1	Класс: Цинковый литейный сплав
Использование в промышленности: для литья под давлением деталей средней прочности

Химический состав в % сплава ЦАМ4-1
Fe	до 0,05
Si	до 0,015
Al	3,9 - 4,3
Cu	0,75 - 1,25
Pb	до 0,01
Mg	0,03 - 0,06
Zn	94,278 - 95,32
Sn	до 0,002
Cd	до 0,005

Свойства и характеристики ЦАМ4-1:

Твердость материала: HB 10 -1 = 90 МПа

Температура плавления, °C: 380 - 386

Механические свойства сплава ЦАМ4-1 при Т=20oС
Прокат	Размер	Напр.	σв(МПа)	sT (МПа)	δ5 (%)	ψ %	KCU (кДж / м2)
			300		1

Физические свойства сплава ЦАМ4-1
T (Град)	E 10- 5 (МПа)	a 10 6 (1/Град)	l (Вт/(м·град))	r (кг/м3)	C (Дж/(кг·град))	R 10 9 (Ом·м)
20		27.4		6700

Особенности получения цинка ЦАМ4-1: марка относится к сплавам системы Zn-Al-Cu. К промышленным сплавам этой системы также относятся сплавы ЦАМ4-3, ЦАМ10-5, ЦАМ9-4,5. Сплавы типа ЦАМ при плавке в тигельных печах готовят следующим образом.

В тигель, предварительно очищенный и разогретый до 400-500 °С, или в печь, подогретую до 500-600 °С, загружают примерно 2/3 необходимого по расчету количества цинка, алюминиево-медную лигатуру (50 % А1 и 50 % Си), а также чистые алюминий и медь в количествах, определяемых расчетом шихты в зависимости от марки сплава. Шихту засыпают хорошо прокаленным древесным углем. По мере расплавления загруженной части шихты сплав перемешивают, и при температуре 480-500 °С догружают остальной частью цинка (1/3 от общего количества). Непосредственно перед разливкой в расплав вводят магний с помощью дырчатого колокольчика.

Готовый сплав при 470-490 °С рафинируют хлористым цинком или хлористым аммонием (0,1-0,2 % от массы шихты). После отстаивания и удаления с поверхности расплава шлака сплав направляют на разливку.

Плавку ведут при 470-500 °С. Сплавы цинка, в которых основным легирующим компонентом является медь (ЦАМ4-3, ЦАМ10-5), допустимо выплавлять при более высоких температурах (500-550 °С).

Рафинирование сплава ЦАМ4-1 при получении: неметаллические включения в цинковом сплаве ЦАМ4-1 присутствуют в виде ферритов типа (Zn, Сu)О_х(Fe, Al)₂О₃. Позднее было установлено, что в отливках из сплава ЦАМ4-1 наряду с интерметаллидами FeAl₃ присутствуют включения SiО₂, шпинели 3А1₂О₃•2SiО₂ и ZnAl₂О₄. При этом на долю неметаллических, включений приходится от 30 до 80 % общего содержания включений. В свою очередь оксидные включения представляют собой в основном шпинели, причем доля шпинелей ZnAl₂О₄ составляет около 90% от всего их количества.

Источником обогащения отливок включениями ZnAl₂О₄ является окисленная и влажная шихта. Соединение SiО₂ и 3А1₂О₃ • 2SiО₂ вносятся в расплав с шихтой, загрязненной кварцевым песком и глиной.

Эффективность рафинирования цинковых расплавов оценивают по изменению плотности и пористости образцов, по изменению количества взвешенных неметаллических включений, скорости коррозии образцов и по другим характеристикам. Так, в работе при выборе оптимального состава флюса в системе ZnCl₂ - Na₃AlF₆ - NaCl, обеспечивающего наилучшую рафинирующую способность сплава ЦАМ4-1, оценивали изменение величины площади, занятой на образце неметаллическими включениями, а также изменение процентного содержания металла в шлаке, снимаемого с обрабатываемой поверхности ванны. Полученные результаты позволили построить диаграмму типа состав-свойство и выбрать оптимальный состав флюса: 64% ZnCl₂, 10 % Na₃ A1F₆ и 26 % NaCl. Приведенные в табл. 45 сравнительные данные о рафинировании сплава ЦАМ4-1 гексахлорэтаном и жидким флюсом показывает, что жидкий флюс предложенного состава обеспечивает более эффективную очистку расплава и меньшие потери металла со шлаком.

Таблица 44. Характеристика включений в цинковых отливках

Включения	Содержание, %		Цвет
	слитки	отливки	без травления	с травлением
SiO2	(0,0029-0,003)/)0,003-0,011)	(0,2-0,028)/(0,008-0,012)	темно-серый	от темно-серого до светло-серого
3Al2O3*2SiO2	(0,001-0,02)/(0,004-0,008)	(0,03-0,071)/(0,02-0,04)	Темный	от черного до светло-серого
ZnAl2O4	(0,096-0,145)/(0,233-0,32)	(0,15-0,5)/(0,092-0,192)		от темного до светлого
FeAl3	(0,14-0,27)/(0,05-0,12)	(0,2-0,15)/(0,15-0,2)	Светло-розовый	от светлого до черного

Однако эффект рафинирования цинковых сплавов и главное - его устойчивость зависят во многом от условий плавки и литья. Так, обработка расплава флюсом будет малоэффективна, если плавильная печь одновременно является и раздаточной, а по условиям работы осуществляется периодическая подшихтовка расплава при непрерывном литье. В этом случае во избежание насыщения расплава водородом и неметаллическими включениями применяют смешанные зернистые фильтры.

Таблица 45. Сравнительные данные о рафинировании сплава ЦАМ4-1

Характеристика	Без рафинирования	Способ рафинирования
		гексахлорэтаном	жидким флюсом
Временное сопротивление разрыву, Па	245	245	250
Содержание металла шлаке, %	80	80	25
Отношение площади неметаллических включений к общей площади образца, %	не опр.	0,21	0,01

В табл. 46 приведены результаты подсчетов количества включений в отливках, полученных из сплава ЦАМ4-1 с фильтрацией и без фильтрации; здесь же приведены результаты о содержании железа в образцах.

Таблица 46. Данные об эффективности рафинирования сплава ЦАМ-1 (по Курдюмову А.В.)

Показатели	В начальный момент времени		Через 2 ч работы
	с фильтром	без фильтра	с фильтром	без фильтра
Число включений	0,170	0,200	0,047	0,193
Содержание железа, % (по массе)	0,040	0,060	0,030	0,08

Имеются сведения о разработке специальных флюсов для рафинирования и дегазации цинка и сплавов на его основе, содержащих канифоль, смолу хвойных деревьев, битум, парафин, стеарин и другие компоненты.

Флюсы вводят в цинковый расплав в два этапа. На первом этапе при проведении предварительной операции рафинирования применяется флюс следующего состава: канифоль 62-89 %, кокосовое масло 3-12%, хлористый аммоний 8-26 %; на втором (окончательном) этапе рафинирования (при многоступенчатых режимах), флюс содержит: канифоль 57-92 %, битум 5-28%, хлористый аммоний 3-15 %. В другом варианте на первом этапе применения флюс с содержанием 35-55 % канифоли, 30-40% смолы хвойных деревьев, 4-12% озокерита, 5-15% парафина; на втором этапе испольуют флюс следующего состава: 42-74% канифоли, 13-50% смолы хвойных деревьев, 3-8 % стеарина. На каждом этапе после введения флюса расплав выдерживают в течение 30-50 мин с последующим удалением дроссов. В случае рафинирования цинковых сплавов оксиды других металлов, не прореагировавшие с составляющими флюса, могут всплывать на поверхность расплава вместе с оксидами цинка.

Особенности литья изделий из цинка ЦАМ4-1: цинковые сплавы для литья под давлением должны обладать высокой жидкотекучестью при небольшом перегреве, не взаимодействовать с металлом пресс-форм и камер прессования, не привариваться к пресс-формам. Сплавы должны обладать малым интервалом кристаллизации, прочностью при высоких температурах, так как отливки подвергаются значительным нагрузкам при усадке и плотном обжатии металлических стержней, при снятии со стержней и выталкивании из пресс-формы. В России для литья под давлением применяются в основном цинковые сплавы ЦАМ4-3, ЦАМ4-1, а также некоторые другие.

Отливки из цинковых сплавов получают на компрессорных и поршневых машинах для литья под давлением. Наибольшее распространение в нашей стране для получения цинковых отливок получило литье под поршневым давлением на машинах с холодной камерой прессования.

При литье под давлением к конструкции отливок предъявляют следующие требования: 1) отливка не должна иметь выступов и поднутрений, препятствующих извлечению стержней и вставок из отливки и удалению ее из формы; 2) отливка не должна иметь большого различия в толщинах стенок: утолщение отдельных мест отливок следует уменьшать с помощью ребер, отверстий, уголков жесткости; ребра жесткости обеспечивают необходимую прочность отливки при меньшем расходе металла; 3) отливки должны иметь литейные уклоны в направлении извлечения стержней и вставок и разъема формы: для наружных поверхностей уклоны должны быть не меньше 0^о 15; а для внутренних поверхностей, оформляемых подвижными стержнями, - не менее 0°30, неподвижными - не менее 1°; 4) отливки не должны иметь острых углов (кроме углов в плоскости разъема) и больших радиусов перехода от одного сечения стенки к другому. Отливки, получаемые литьем под давлением, по степени сложности делят на три категории:

I - отливки простой конфигурации с глухими поверхностями или незначительными, простыми по форме ребрами и выступами, имеющие литейные уклоны на внутренней поверхности 1°, на внешней 0°30.

II - отливки с прямолинейными и криволинейными поверхностями, с углублениями и выступами, с резкими переходами от тонких сечений к толстым; литейные уклоны на внутренней поверхности 0°30 - 1°, на внешней поверхности 0°15-0°30.

III - отливки сложной конфигурации с прямолинейными и криволинейными поверхностями сложных очертаний, со значительным количеством углублений, выступов, ребер, окон, с глубокими отверстиями малых размеров; минимальные литейные уклоны на внутренней поверхности 0°30, на внешней 0°15.

Точность отливок зависит от правильного исполнения размеров полости пресс-формы с учетом усадки сплава и степени износа формы при эксплуатации. Усадка цинковых сплавов для отливок со стенками толщиной 1-3 мм составляет 0,4-0,5 %; при большей толщине стенок отливки усадка составляет 0,5-0,6 %. Состав сплава, температура сплава и формы, продолжительность выдержки металла в форме также оказывают влияние на точность отливок. Класс точности цинковых отливок, получаемых литьем под давлением, зависит от их номинальных размеров. С увеличением размеров отливок точность уменьшается. Размерам отливок до 30 мм соответствует 4-й класс точности, размерам 30-120 и 120-360 мм - 5-й и 7-й классы соответственно.

Чистота поверхности отливок зависит от чистоты поверхности пресс-формы. При литье под давлением цинковых сплавов чистота поверхности отливок достигает 7-8-го класса. Однако по мере износа пресс-формы чистота поверхности ухудшается. Средние значения чистоты поверхности отливок соответствуют 6-му классу. Ниже приведена чистота поверхности цинковых отливок в зависимости от износа пресс-формы:

Число деталей, отлитых в форме	200	201‒500	501‒1000	1001‒2000	5000
Класс чистоты поверхности отливок	7‒8	7‒8	7‒8	7‒8	5‒8
Число деталей, отлитых в форме	10 000	20 000	50 000	80 000
Класс чистоты поверхности отливок	6‒7	5‒6	4‒5	3‒4