鑄造鋅合金材料

日期：[2015-08-13 15:02:12]  共閱[2 ]次  

　　一、鋅的存在形式及基本屬性

　　自然界中未曾發(fā)現(xiàn)過(guò)自然鋅，鋅往往是以硫化礦物和氧化礦物的形式存在。在硫化礦物中，鋅主要是以閃鋅礦形式存在，而在氧化礦中主要以菱鋅礦和異極礦的形式存在。在現(xiàn)代煉鋅工業(yè)所采用的原料，絕大部分是硫化礦物。同時(shí)，自然界中很少存在單一的鋅礦床，一般多與其他金屬伴生，如鉛鋅礦、銅鋅礦及銅鉛鋅礦等。

　　鋅是一種具有金屬光澤的銀白色金屬。其熔點(diǎn)為419.5℃，沸點(diǎn)為907℃。在未合金化時(shí)，它是一種較軟的金屬，其強(qiáng)度和硬度值要比錫和鉛大，但比鋁和銅要小。

　　鋅是同素異晶型金屬，在低于170℃時(shí)，主要以μ形式存在;在170～330℃范圍以β形式存在;在330～419℃范圍以α形式存在。μ相具有密排六方結(jié)構(gòu)，因此室溫下鋅通常形成六面體晶體，在斷裂面出現(xiàn)結(jié)晶狀。一般講，鋅的晶格常數(shù)a及c分別為0.2665nm和0.4947nm，c/a的理論值為1.856。每個(gè)鋅原子周?chē)?2個(gè)臨位原子，其中6個(gè)原子的間距為0.2665nm，另外6個(gè)為0.2907nm。在六方基面中，原子之間的結(jié)合力要比層間強(qiáng)。這就是鋅各向異性的根源所在。

　　鋅晶體學(xué)的另一個(gè)很重要的方面是高溫條件下原子在晶格中的易動(dòng)性及純鋅在室溫條件下變形后的再結(jié)晶。假如某些合金元素如鎘、銅等會(huì)形成鋅固溶體，鋅金屬的再結(jié)晶溫度則會(huì)提高。對(duì)純鋅而言，幾乎不發(fā)生加工硬化，因?yàn)樵俳Y(jié)晶會(huì)使加工造成的應(yīng)力得到松弛。由于鋅的恢復(fù)特性及加工硬化程度很小，因此其蠕變抗力或在長(zhǎng)期作用下承受變形的能力較小。這就是鋅不能用作工程材料的原因，但是如果加入某些合金元素如Ti及Cu等，蠕變抗力會(huì)增加許多倍。

　　二、鑄造鋅合金的優(yōu)缺點(diǎn)

　　鑄造鋅合金的生產(chǎn)歷史較長(zhǎng)，主要適用于壓力鑄造或重力鑄造，用來(lái)澆注汽車(chē)、拖拉機(jī)等機(jī)電部門(mén)的各種儀表殼體類(lèi)鑄件或澆注各種起重設(shè)備、機(jī)床、水泵等的軸承，并且近些年來(lái)又發(fā)展了高鋁的高強(qiáng)度高耐磨性的鑄造鋅合金。

　　純金屬在鑄造后，可變得相當(dāng)硬(如在水中淬火)。商品鋅因含有雜質(zhì)，因而性脆而硬度高。但在大于100℃溫度下可以變形，能被壓成薄板或拉制成金屬絲。加熱到250℃后，這種鋅又會(huì)變脆，在缽中能研成粉末。所以，鋅的延性與雜質(zhì)和溫度有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，1.5mm厚的純鋅片，在125℃保溫半小時(shí)后，基本可以軟化。由于其蠕變抗力低，因而不能直接用于承載。鋅的延性比銅小，但是比錫大。含有細(xì)晶粒的鋅容易被輥軋。金屬中晶粒大小視冷卻條件不同而定，若熔化溫度較高即超過(guò)熔點(diǎn)很多并且冷卻緩慢時(shí)，其晶粒會(huì)變得粗大。

　　鋅與其他金屬一樣有加工硬化的特點(diǎn)，在機(jī)械加工硬化后可在低溫狀態(tài)燜火以恢復(fù)其延展性。

　　金屬鋅的臨界剪切應(yīng)力較低，它取決于應(yīng)變率及溫度。單晶鋅在自身重力作用下會(huì)彎曲，其臨界剪切 應(yīng)力不超過(guò)0.0785MNm-2 。

　　隨著溫度的升高，鋅的熱導(dǎo)率下降，而比熱容增高。單晶金屬鋅的熱導(dǎo)率比多晶金屬鋅高。熱導(dǎo)率隨晶體方向不同而不同。對(duì)定向凝固的鑄造金屬，由于熱膨脹的各向異性，會(huì)引起變形應(yīng)力。

　　含有雜質(zhì)的金屬鋅的電阻較大。冷軋鋅的電阻比熱軋鋅的電阻要略大一些。鋅的抗磁性隨晶體方向不同而不同。鋅具有電熱性，當(dāng)鋅試樣的兩個(gè)端部置于不同溫度時(shí)，試樣內(nèi)部有電流通過(guò)。

　　鑄造鋅合金的缺點(diǎn)是耐蝕性差，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，易發(fā)生老化現(xiàn)象。合金的老化使鑄件變脆，性能急劇下降。同時(shí)鑄件發(fā)生變形、膨脹，嚴(yán)重時(shí)可發(fā)生開(kāi)裂。鋅合金的這種現(xiàn)象通常認(rèn)為主要是晶間腐蝕所引起的。鋅合金的老化，大大阻礙了這類(lèi)合金的廣泛應(yīng)用，因此提高鋅合金的抗老化能力，防止和推遲鋅合金的老化就成了研究、生產(chǎn)這類(lèi)合金的基本課題。在我國(guó)，鋅是非鐵金屬工業(yè)中重點(diǎn)發(fā)展的主要金屬之一。用鋅合金取代銅合金和鋁合金，在節(jié)約能源和降低原材料成本以及合理使用本國(guó)資源方面具有重要意義。