3.4.2 Литейные цинковые сплавы

При взаимодействии с другими элементами цинк не образует непрерывных твердых растворов ни с одним элементом //. Только 9 элементов имеют растворимость в цинке более 1 %. Так как цинк является плохим растворителем, то для него можно подобрать только вспомогательные легирующие добавки, к которым можно отнести: Li, Mg, Al, Mn, Cu, Pd, Ag, Pt, Au. Экономически целесообразно использовать только Mg, Al, Mn, Cu. Каждый из этих элементов по отдельности не могут вызвать достаточно большого растворного упрочнения из-за низкой растворимости. Mg, Al, Mn обладают высокими взаимными растворимостями, и их можно вводить совмнстно. Промышленные цинковые сплавы разработаны на базе систем Zn—Al и Zn—Al—Cu. Сведений об использовании Mn в цинковых сплавах мало. Практически во все цинковые сплавы введена добавка магния (до 0,1 %), что повышает размерную стабильность литых деталей и увеличивает коррозионную стойкость сплавов.

Диаграмма состояния базовой системы приведена на рис. Максимальная растворимость алюминия в цинке составляет 2,4 % (ат) или 1,1 % по массе. В системе происходят два превращения: эвтектическое при температуре 382 ^оС и монотектическое при 275 ^оС. Структура двойного сплава цинка с алюминием (рис. ,а ) представляет собой первичные дендритные (светлые) кристаллы β - фазы и эвтектику α+β (остальное темное поле). При введении меди в сплаве появляются кристаллы твердого раствора меди в цинке (η -фаза), а также двойная (η + β) и тройная (η + β + ε) эвтектики (рис. ,б).

Марки и химический состав литейных цинковых сплавов в соответствии с ГОСТ 25140–93 представлены в таблице. Как видно из таблицы, маркировка сплавов осуществляется по наиболее распространенной схеме при помощи букв и цифр, показывающих средний состав сплава.

Таблица

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	–

* Сплавы, изготовляемые по согласованию потребителя с изготовителем.

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 и литье в песчаные формы, но отливки, полученные таким способом, содержат большое количество пор, имеют более крупнозернистую структуру, что приводит к снижению и значительному разбросу характеристик механических свойств. При быстром охлаждении сплавов превращения в твердом металле не успевают завершиться полностью. В процессе дальнейшего 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 вводят магний и применяют термообработку — стабилизирующий отжиг (3–6 ч при 100 °С, или 5–10 ч при 85 °С, или 10–20 ч при 70 °С).

Механические свойства цинковых литейных сплавов показаны в таблице , а некоторые физические свойства в таблице

Таблица

Механические свойства литейных цинковых сплавов

Марка сплавов	Способ литья	Механические свойства, не менее
		σв, МПа	Относительное удлинение, %	Твердость, НВ
ZnA14A	K	196 (20)	1,2	70
ЦА4 о, ЦА4	Д	256 (26)	1,8	70
ZnA14Cu1A,ЦА4М1 о, ЦА4М1	КД	215 (22)270 (28)	1,01,7	8080
ЦА4М1в	КД	196 (20)	0,5	65
ZnA14Cu3A,	П	215 (22)	1,0	85
ЦА4М3 о	К	235 (24)	1,0	90
ЦА4М3	Д	290 (30)	1,5	90
ЦА8М	КД	235 (24)270 (28)	1,51,5	7090
ЦА30М5	КД	435 (44)370 (38)	8,01,0	115115

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

Таблица