鋅基合金 zinc alloy 新型軸承合金
鋅基合金
鋅基合金的組織主要由含Al和Cu的富鋅固溶體和含Zn的富Al固溶體所組成，它們的溶解度隨溫度的下降而降低。但由于壓鑄件的凝固速度極快，因此到室溫時(shí)，固溶體的溶解度是大大地飽和了。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間之后，這種過(guò)飽和現(xiàn)象會(huì)逐漸解除，而使鑄件地形狀和尺寸略起變化。
鋅基合金
zinc alloy
【概述】
鋅基合金—新型軸承合金
鋅基合金是新型重力鑄造鋅基合金系列（ZA8、ZA12、ZA27）的代稱，其在1997年被列入國(guó)家推薦標(biāo)準(zhǔn)《鑄造鋅基合金》后（標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)：GB/T1175-1997），以ZnAl27Cu2Mg即ZA27-2為代表并衍生的高鋁鋅基合金，作為新型軸承合金已廣泛取代部分巴氏合金和青銅，用來(lái)制造各類軸瓦、軸套、滑板、滑塊、蝸輪及傳動(dòng)螺母等減摩耐磨件。
以鋅為基加入其他元素組成的合金。常加的合金元素有鋁、銅、鎂、鎘、鉛、鈦等。鋅基合金熔點(diǎn)低，流動(dòng)性好，易熔焊，釬焊和塑性加工，在大氣中耐腐蝕，殘廢料便于回收和重熔；但蠕變強(qiáng)度低，易發(fā)生自然時(shí)效引起尺寸變化。熔融法制備，壓鑄或壓力加工成材。按制造工藝可分為鑄造鋅基合金和變形鋅基合金。
與巴氏合金相比
除了擁有顯著的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)外，還具有更高的強(qiáng)韌性、更低的比重和更寬的應(yīng)用范圍等特點(diǎn)。
與青銅相比
1．強(qiáng)度、硬度和許用壓力與鋁青銅相當(dāng)，廣泛超過(guò)錫、鉛等青銅，許用速度相近。完全能夠滿足軸瓦等獨(dú)立減摩耐磨零件使用條件的需求。
2．對(duì)潤(rùn)滑油的親和力較強(qiáng)，自潤(rùn)滑性更好，加上其冶金特性（熔點(diǎn)低，不易與鋼軸發(fā)生冶金結(jié)合），因此使用中抗粘著性強(qiáng)，減摩耐磨特性更加突出。
3．摩擦系數(shù)低，磨損小，因而使用壽命更長(zhǎng)。同等使用條件下，一般在銅瓦的1倍以上，從而降低了配件的采購(gòu)成本。
4．熱導(dǎo)率大（ZZnAl27Cu2Mg λ=125；ZCuAl10Fe3 λ=59），散熱快，磨面溫升慢且低，對(duì)配對(duì)摩擦有更好的保護(hù)作用。
5．材料密度低（ZZnAl27Cu2Mg ρ=5g/cm3），產(chǎn)品質(zhì)量輕（同型號(hào)、同規(guī)格質(zhì)量輕1/3），安裝、維護(hù)更加容易、方便。
6．具有較高阻尼特性，減振抗噪。
一、國(guó)標(biāo)規(guī)定的ZA27-2化學(xué)成分及物理特性：
合金牌號(hào) 合金代號(hào) 合金元素 主要雜質(zhì)含量（不大于）
ZZnAl27Cu2Mg ZA27-2 Al Cu Mg Zn Fe Pb Cd Sn 其他
25.0-28.0 2.0-2.5 0.01-0.020 其余0.075 0.006 0.006 0.003
Mn0.01
Cr0.01
Ni0.01
合金牌號(hào) 合金代號(hào) 鑄造方法及狀態(tài) 抗拉強(qiáng)度
MPa 延伸率% 布氏硬度
HBS
ZZnAl27Cu2Mg ZA27-2 SF
ST3
JF 400
310
420 3
8
1 110
90
110
注：T3工藝為320℃·3h爐冷。
二、高鋁鋅基合金制品的化學(xué)成分及物理特性：
合金牌號(hào) 合金代號(hào) 合金元素 主要雜質(zhì)含量
（不大于）
Al Cu Mg Zn Fe Pb Cd Sn 其他
ZZnAl27Cu1Mg ZA27-1B 25.0-28.0 1.0-2.0 0.01-0.02 其余0.055 0.006 0.006 0.003 Mn0.01
Cr0.01
Ni0.01
ZZnAl27Cu2Mg ZA27-2B1
ZA27-2B2
25.0-30.0 2.0-3.0 0.01-0.02 其余0.075 0.006 0.006 0.003 Mn0.01
Cr0.01
Ni0.01
合金牌號(hào) 合金代號(hào) 鑄造方法及狀態(tài) 抗拉強(qiáng)度
MPa 延伸率% 布氏硬度
HBS
ZZnAl27Cu1Mg ZA27-1B SF 380 10 100
JT2 350 14 90
JF 400 6 110
ZZnAl27Cu2Mg ZA27-2B1 SF 400 10 100
JT1 360 14 90
JF 420 6 110
ZA27-2B2 SF 420 10 105
JT1 380 12 90
JF 440 6 120
注：T1工藝指穩(wěn)定化熱處理工藝，T2工藝指時(shí)效熱處理工藝。
節(jié)約成本 優(yōu)勢(shì)明顯
鋅基合金不僅具有優(yōu)越的機(jī)械性能，更具有極高的性價(jià)比。以鋅代銅，不僅能有效保證提高您的產(chǎn)品性能，同時(shí)可使您同種規(guī)格的產(chǎn)品節(jié)省成本40%左右：
以Φ5×74m回轉(zhuǎn)窯托輪軸瓦為例，每套12件，可節(jié)約166700元.
高鋁鋅基合金在回轉(zhuǎn)窯上的應(yīng)用
使用條件
適用于低速≤7.1m/s、重載≤300Kg/cm2、常溫≤150℃條件下，要求[pv] ≤30。
生產(chǎn)能力
可為10000t/d以下回轉(zhuǎn)窯提供全系列托輪軸瓦、軸套產(chǎn)品，具有年產(chǎn)3000臺(tái)套的生產(chǎn)能力。
高鋁鋅基合金在回轉(zhuǎn)窯上的應(yīng)用
軸瓦的刮研與潤(rùn)滑建議
1.刮研建議：
a.應(yīng)保證軸瓦與球面瓦接觸良好，軸瓦背與球面瓦在配合刮研時(shí)，接觸點(diǎn)為25×25mm2上不少于3點(diǎn)，并用涂色法進(jìn)行檢查。
b.應(yīng)保證軸瓦與軸頸接觸均勻、連續(xù)。刮研接觸角以30～40度為宜，接觸點(diǎn)為1～2點(diǎn)/cm2。
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c.軸瓦與軸頸的側(cè)隙應(yīng)刮削平順，檢測(cè)規(guī)范可參見(jiàn)設(shè)計(jì)部門提供的安裝方案。實(shí)際中應(yīng)根據(jù)瓦口間隙的大小和儲(chǔ)油槽的深淺、平順刮削至接觸帶，起始處不小于1mm，末端應(yīng)在0.15～0.20之間。
d.軸瓦刮研端面為10×10mm2上不少于1點(diǎn)。
2.潤(rùn)滑建議
a.通常情況下，夏季宜采用VG680動(dòng)力粘度的潤(rùn)滑油，冬季宜采用VG460動(dòng)力粘度的潤(rùn)滑油。同時(shí)，使用中也要考慮環(huán)境和地域的差異并高度關(guān)注潤(rùn)滑油膜的厚度是否滿足潤(rùn)滑要求。
b.雖然高鋁鋅基合金軸瓦與青銅軸瓦相比對(duì)潤(rùn)滑油的要求更低，但是因?yàn)楫?dāng)今設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)正向著負(fù)荷大、效率高、壽命長(zhǎng)的方向發(fā)展，因此我們一定要更新潤(rùn)滑觀念，為了保證設(shè)備更加安全運(yùn)行，建議采用高品質(zhì)的含有極壓及耐磨添加劑的潤(rùn)滑油。
c.高度關(guān)注磨合初期的潤(rùn)滑情況，加強(qiáng)監(jiān)控與清潔。
《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)---鑄造鋅合金》GB/T 1175-1997 (1997-03-04發(fā)布1997-09-01實(shí)施)
本標(biāo)準(zhǔn)首次全面修訂。目前，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）尚未制訂鑄造鋅合金標(biāo)準(zhǔn)（僅有一個(gè)鋅合金標(biāo)準(zhǔn)ISO301-1981,其中僅列出合金錠的化學(xué)成分沒(méi)有列出力學(xué)性能）。為促進(jìn)國(guó)際貿(mào)易，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)交流，同時(shí)又能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)須要，在本版本中引進(jìn)了德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN1743中兩個(gè)合金牌號(hào)（適用于制造沖壓模具和美術(shù)裝飾品），美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM B791中三個(gè)合金牌號(hào)（適用于制造減磨、減震和結(jié)構(gòu)件）。上述五個(gè)合金牌號(hào)在引用時(shí)僅采用了它們的化學(xué)成分和力學(xué)性能指標(biāo)，具體見(jiàn)本標(biāo)準(zhǔn)附錄B。
本版本在下列章節(jié)中有所改變：
---第3章中給出鋅合金定義、新的牌號(hào)和代號(hào)；
---第4.1條中在ZA9-2合金中將鋁含量上限由11.0%改為10.0%,在ZA 11-5合金中將鋁含量下限由9.0%改為10.0%,取消ZZnAl4和ZZnAl4-0.5兩個(gè)壓軸合金牌號(hào)；
---第4.4條中增加試樣澆冒口系統(tǒng)
---第4.7條中新增條文；
---第5章中新增條文5.1-5.6
本標(biāo)準(zhǔn)GB 16746-1997《鋅合金鑄件》配套使用。
本標(biāo)準(zhǔn)的附錄A是標(biāo)準(zhǔn)的附錄；
本標(biāo)準(zhǔn)的附錄B是提示的附錄。
本標(biāo)準(zhǔn)由中華人民共和國(guó)機(jī)械工業(yè)部提出。
本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)鑄造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。
本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：沈陽(yáng)鑄造研究所、河南中發(fā)合金制品有限公司（現(xiàn)許昌眾力合金制品有限公司）、阿城市有色金屬鑄造廠、沈陽(yáng)高壓開(kāi)關(guān)廠、包頭五二研究所。
本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：張照文、申震濤、李東基、張斌、靳依林
【鋅基合金成分及鑄件品質(zhì)】
一、鋅基合金的特點(diǎn)
1. 比重大。
2. 鑄造性能好，可以壓鑄形狀復(fù)雜、薄壁的精密件，鑄件表面光滑。
3. 可進(jìn)行表面處理：電鍍、噴涂、噴漆。
4. 熔化與壓鑄時(shí)不吸鐵，不腐蝕壓型，不粘模。
5. 有很好的常溫機(jī)械性能和耐磨性。
6. 熔點(diǎn)低，在385℃熔化，容易壓鑄成型。
使用過(guò)程中須注意的問(wèn)題：
1. 抗蝕性差。當(dāng)合金成分中雜質(zhì)元素鉛、鎘、錫超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，導(dǎo)致鑄件老化而發(fā)生變形，表現(xiàn)為體積脹大，機(jī)械性能特別是塑性顯著下降，時(shí)間長(zhǎng)了甚至破裂。
鉛、錫、鎘在鋅基合金中溶解度很小，因而集中于晶粒邊界而成為陰極，富鋁的固溶體成為陽(yáng)極，在水蒸氣（電解質(zhì)）存在的條件下，促成晶間電化學(xué)腐蝕。壓鑄件因晶間腐蝕而老化。
2. 時(shí)效作用
鋅基合金的組織主要由含Al和Cu的富鋅固溶體和含Zn的富Al固溶體所組成，它們的溶解度隨溫度的下降而降低。但由于壓鑄件的凝固速度極快，因此到室溫時(shí)，固溶體的溶解度是大大地飽和了。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間之后，這種過(guò)飽和現(xiàn)象會(huì)逐漸解除，而使鑄件地形狀和尺寸略起變化。
3. 鋅基合金壓鑄件不宜在高溫和低溫（0℃以下）的工作環(huán)境下使用。鋅基合金在常溫下有較好的機(jī)械性能。但在高溫下抗拉強(qiáng)度和低溫下沖擊性能都顯著下降。
圖1 時(shí)效時(shí)間對(duì)鋅基合金屈服強(qiáng)度和沖擊韌性的影響
圖2 溫度對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響
二、鋅基合金種類
Zamak 3: 良好的流動(dòng)性和機(jī)械性能。
應(yīng)用于對(duì)機(jī)械強(qiáng)度要求不高的鑄件，如玩具、燈具、裝飾品、部分電器件。
Zamak 5: 良好的流動(dòng)性和好的機(jī)械性能。
應(yīng)用于對(duì)機(jī)械強(qiáng)度有一定要求的鑄件，如汽車配件、機(jī)電配件、機(jī)械零件、電器元件。
Zamak 2: 用于對(duì)機(jī)械性能有特殊要求、對(duì)硬度要求高、尺寸精度要求一般的機(jī)械零件。
ZA8: 良好的流動(dòng)性和尺寸穩(wěn)定性，但流動(dòng)性較差。
應(yīng)用于壓鑄尺寸小、精度和機(jī)械強(qiáng)度要求很高的工件，如電器件。
Superloy: 流動(dòng)性最佳，應(yīng)用于壓鑄薄壁、大尺寸、精度高、形狀復(fù)雜的工件，如電器元件及其盒體。
不同的鋅基合金有不同的物理和機(jī)械特性，這樣為壓鑄件設(shè)計(jì)提供了選擇的空間。
三、鋅基合金的選擇
選擇哪一種鋅基合金，主要從三個(gè)方面來(lái)考慮
1. 壓鑄件本身的用途，需要滿足的使用性能要求。包括：
（1） 力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度，是材料斷裂時(shí)的最大抗力；
伸長(zhǎng)率，是材料脆性和塑性的衡量指標(biāo)；
硬度，是材料表面對(duì)硬物壓入或摩擦所引起的塑性變形的抗力。
（2） 工作環(huán)境狀態(tài)：工作溫度、濕度、工件接觸的介質(zhì)和氣密性要求。
（3） 精度要求：能夠達(dá)到的精度及尺寸穩(wěn)定性。
2. 工藝性能好：（1）鑄造工藝；
（2）機(jī)械加工工藝
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