锌合金压铸件知识

锌合金压铸件起泡缺陷分析锌合金压铸件目前广泛应用于各种装饰方面，如家具配件、建筑装饰、浴室配件、灯饰零件、玩具、领带夹、皮带扣、各种金属饰扣等，因而对铸件表面质量要求高，并要求有良好的表面处理性能。而锌合金压铸件最常见的缺陷是表面起泡。缺陷表征：压铸件表面有突起小泡。•压铸出来就发现。.抛光或加工后显露出来。•喷油或电镀后出现。产生原因：孔洞引起：主要是气孔和收缩机制，气孔往往是圆形，而收缩多数是不规则形。(1)气孔产生原因：a金属液在充型、凝固过程中，由于气体侵入，导致铸件表面或内部产生孔洞。b涂料挥发出来的气体侵入。c合金液含气量过高，凝固时析出。当型腔中的气体、涂料挥发出的气体、合金凝固析出的气体，在模具排气不良时，最终留在铸件中形成的气孔。(2)缩孔产生原因：a金属液凝固过程中，由于体积缩小或最后凝固部位得不到金属液补缩，而产生缩孔。b厚薄不均的铸件或铸件局部过热，造成某一部位凝固慢，体积收缩时表面形成凹位。由于气孔和缩孔的存在，使压铸件在进行表面处理时，孔洞可能会进入水，当喷漆和电镀后进行烘烤时，孔洞内气体受热膨胀;或孔洞内水会变蒸气，体积膨胀，因而导致铸件表面起泡。晶间升裂晶间腐蚀引起：晶间升裂锌合金成分中有害杂质：铅、镉、锡会聚集在晶粒交界处导致晶间腐蚀，金属基体因晶间腐蚀而破碎，而电镀加速了这一祸害，受晶间腐蚀的部位会膨胀而将镀层顶起，造成铸件表面起泡。特

别是在潮湿环境下晶间腐蚀会使铸件变形、开裂、甚至破碎。（如右图1）裂纹引起：水纹、冷隔纹、热裂纹。•水纹、冷隔纹：金属液在充型过程中，先进入的金属液接触型壁过早凝固，后进入金属液不能和已凝固金属层熔合为一体，在铸件表面对接处形成叠纹，出现条状缺陷，见图2。水纹一般是在铸件表面浅层；而冷隔纹有可能渗入到铸件内部。a当铸件厚薄不均，凝固过程产生应力;b过早顶出，金属强度不够;•a当铸件厚薄不均，凝固过程产生应力;b过早顶出，金属强度不够;c顶出时受力不均d过高的模温使晶粒粗大；e有害杂质存在。以上因素都有可能产生裂纹。当压铸件存在水纹、冷隔纹、热裂纹，电镀时溶液会渗入到裂纹中，在烘烤时转化为蒸气，气压顶起电镀层形成起泡。3.解决缺陷方案：控制气孔产生，关键是减少混入铸件内的气体量，理想的金属流应不断加速地由喷嘴经过分流锥和浇道进入型腔，形成一条顺滑及方向一致的金属流，采用锥形流道设计，即浇流应不断加速地由喷嘴向内浇口逐渐减少，可达到这个目的。在充填系统中，混入的气体是由于湍流与金属液相混合而形成气孔，从金属液由浇铸系统进入型腔的模拟压铸过程的研究中，明显看出浇道中尖锐的转变位和递增的浇道截面积，都会使金属液流出现湍流而卷气，平稳的金属液才有利于气体从浇道和型腔进入溢流槽和排气槽，排出模外。对于缩孔：要使压铸凝固过程中各个部位尽量同时均匀散热，同时凝固。可通过合理的水口设计，内浇口厚度及位置，模具设计，模温控制及冷却，来避免缩孔产生。对于晶间腐蚀现象：主要是控制合金原料中有害杂质含量，特别是铅＜0.003%。注意废料带来的杂质元素。对于水纹、冷隔纹，可提高模具温度，加大内浇口速度，或在冷隔区加大溢流槽，来减少冷隔纹的出现。对于热裂纹：压铸件厚薄不要急剧变化以减少应力产生；相关的压铸工艺参数作调整；降低模温。

1.实例分析:案例一：旋钮（图3）现象：镀格后表面有明显的起泡化学分析：发现有害元素铅含量为0.016%，超过标准3倍（0.004%）。极易造成压铸件晶间腐蚀。金相分析：起泡处电镀层与金属基体脱离，电镀层起泡的位置有明显的水纹（在显微状态下呈裂纹状）。（图4）图3图4图3图4缺陷产生分析原因：铅含量过高，使金属颗粒之间的边界层内发生腐蚀而破碎，电镀时受晶间腐蚀部位膨胀而将镀层顶起来。铸件表面有水纹、冷隔纹，电镀溶液渗入裂纹中，在烘干时转化为蒸气，造成顶起镀层而形成气泡。解决办法：提高合金化学成份，特别是有害杂质铅。熔炼操作时防止废料把杂质带入。提高模具温度和加大浇口速度可以减少水纹产生。案例二：同样的零件，同样的缺陷，却有不同的产生原因。铸件：有线电视接头

铸件：有线电视接头

现象：铸件a和铸件b

在电镀后都出现起泡铸件a化学分析：含铅量为0.016%有害杂质铅超出标准。金相分析：出现晶间腐蚀结论：精简腐蚀导致起泡铸件b化学分析：含铅量0.004%，合金成分符合要求金相分析：铸件表面出现冷隔裂纹结论：冷隔裂纹导致起泡案例三：浴室配件（支架座）现象：铸件表面胀起，带有微裂纹化学分析：合金成份符合要求金相分析：发现大量气孔缺陷原因：a.过早开模顶出铸件；b.顶出时模温可能过高由于铸件内部存在大量气泡，当金属凝固时间不够，强度未建立起来，而过早开模顶出铸件，受压气泡膨胀起来而使铸件表面凸起，并产生热裂纹。解决办法：压铸过程工艺参数调整，留模时间长一些；降低缺陷区域模具温度。金相分折:彼件内部大量气孔金相分折:彼件内部大量气孔主要化学成分（质量分数），（%）W0主要成分杂质含量Al（铝）Cu（铜）Mg（镁）Zn（锌）Fe（铁）Pb（铅）ZZnAl4YYX0403.5〜4.30.250.02〜0.06余量ZZnAl4Cu1YYX0413.5〜4.30.75〜1.250.03〜0.08余量W0ZZnAl4Cu3YYX0433.5〜4.32.5〜3.00.02〜0.06余量W0为基加入其他元素组成的合金。常加的合金元素有铝、铜、镁、镉、铅、钛等。锌合金熔点低，流动性好，易熔焊，钎焊和塑性加工，在大气中耐腐蚀，残废料便于回收和重熔；但蠕变强度低，易发生自然时效引起尺寸变化。熔融法制备，压铸或压力加工成材。按制造工艺可分为铸造锌合金和变形锌合金锌合金的主要添加元素有铝，铜和镁等.锌合金按加工工艺可分为形变与铸造锌合金两类.铸造锌合金流动性和耐腐蚀性较好，适用于压铸仪表，汽车零件外壳等。【锌合金成分及铸件品质】一、 锌合金的特点比重大。铸造性能好，可以压铸形状复杂、薄壁的精密件，铸件表面光滑。可进行表面处理：电镀、喷涂、喷漆。熔化与压铸时不吸铁，不腐蚀压型，不粘模。有很好的常温机械性能和耐磨性。熔点低，在385°C熔化，容易压铸成型。使用过程中须注意的问题：抗蚀性差。当合金成分中杂质元素铅、镉、锡超过标准时，导致铸件老化而发生变形，表现为体积胀大，机械性能特别是塑性显著下降，时间长了甚至破裂。铅、锡、镉在锌合金中溶解度很小，因而集中于晶粒边界而成为阴极，富铝的固溶体成为阳极，在水蒸气（电解质）存在的条件下，促成晶间电化学腐蚀。压铸件因晶间腐蚀而老化。时效作用锌合金的组织主要由含Al和Cu的富锌固溶体和含Zn的富Al固溶体所组成，它们的溶解度随温度的下降而降低。但由于压铸件的凝固速度极快，因此到室温时，固溶体的溶解度是大大地饱和了。经过一定时间之后，这种过饱和现象会逐渐解除，而使铸件地形状和尺寸略起变化。锌合金压铸件不宜在高温和低温（0C以下）的工作环境下使用。锌合金在常温下有较好的机械性能。但在高温下抗拉强度和低温下冲击性能都显著下降。图1时效时间对锌合金屈服强度和冲击韧性的影响图2温度对抗拉强度的影响二、 锌合金种类Zamak3:良好的流动性和机械性能。应用于对机械强度要求不高的铸件，如玩具、灯具、装饰品、部分电器件。Zamak5:良好的流动性和好的机械性能。应用于对机械强度有一定要求的铸件，如汽车配件、机电配件、机械零件、电器元件。Zamak2:用于对机械性能有特殊要求、对硬度要求高、尺寸精度要求一般的机械零件。ZA8:良好的流动性和尺寸稳定性，但流动性较差。应用于压铸尺寸小、精度和机械强度要求很高的工件，如电器件。Superloy:流动性最佳，应用于压铸薄壁、大尺寸、精度高、形状复杂的工件，如电器元件及其盒体。不同的锌合金有不同的物理和机械特性，这样为压铸件设计提供了选择的空间。三、 锌合金的选择选择哪一种锌合金，主要从三个方面来考虑压铸件本身的用途，需要满足的使用性能要求。包括：（1） 力学性能，抗拉强度，是材料断裂时的最大抗力；伸长率，是材料脆性和塑性的衡量指标；硬度，是材料表面对硬物压入或摩擦所引起的塑性变形的抗力。（2） 工作环境状态：工作温度、湿度、工件接触的介质和气密性要求。（3） 精度要求：能够达到的精度及尺寸稳定性。工艺性能好：（1）铸造工艺；（2） 机械加工工艺性；（3） 表面处理工艺性。3.经济性好：原材料的成本与对生产装备的要求（包括熔炼设备、压铸机、模具等），以及生产成本。四、 锌合金成分控制标准合金成分Zamak2Zamak3Zamak5ZA8SuperloyAcuZinc5铝~4.3~4.3TOC\o"1-5"\h\z~4.3~8.8~7.2~3.3铜~3.3<0.0300.7~1.10.9~1.3~3.85.0~6.0镁0.035~0.060.035~0.060.035~0.060.02~0.035<0.0050.025~0.05铁<0.020<0.020<0.020<0.035<0.020<0.075铅<0.003<0.003<0.003<0.005<0.003<0.005镉<0.003<0.003<0.003<0.005<0.003<0.004锡<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.003锌余量余量余量余量余量余量合金中个元素的作用合金成分中，有效合金元素：铝、铜、镁；有害杂质元素：铅、镉、锡、铁。铝作用：①改善合金的铸造性能，增加合金的流动性，细化晶粒，引起固溶强化，提高机械性能。②降低锌对铁的反应能力，减少对铁质材料，如鹅颈、模具、坩埚的侵蚀。铝含量控制在3.8~4.3%。主要考虑到所要求的强度及流动性，流动性好是获得一个完整、尺寸精确、表面光滑的铸件必需的条件。铝对流动性和机械性能的影响见图3。流动性在铝含量5%时达到最大值；在3%时降到最小值。铝对冲击强度的影响见图3中虚线。冲击强度在含铝量3.5%达到最大值；6%时降到最小值。含铝量超过4.3%，合金变脆。含铝量低于规定范围，导致薄壁件充型困难，有铸后冷却破裂的可能。铝在锌合金中不利的影响是产生 Fe2Al3浮渣，造成其含量下降。图3铝对合金流动性和机械性能的影响铜作用：1.增加合金的硬度和强度；改善合金的抗磨损性能；减少晶间腐蚀。不利：1.含铜量超过1.25%时，使压铸件尺寸和机械强度因时效而发生变化；2,降低合金的可延伸性。作用：①增加铜含量对合金强度的影响见图4。图4铜对合金强度的影响镁作用：①减少晶间腐蚀细化合金组织，从而增加合金的强度改善合金的抗磨损性能不利：①含镁量＞0.08%时，产生热脆、韧性下降、流动性下降。②易在合金熔融状态下氧化损耗。镁对合金流动性的影响见图5。图5镁对合金流动性的影响(4)杂质元素：铅、镉、锡使锌合金的晶间腐蚀变成十分敏感，在温、湿环境中加速了本身的晶间腐蚀，降低机械性能，并引起铸件尺寸变化。当锌合金中杂质元素铅、镉含量过高，工件刚压铸成型时，表面质量一切正常，但在室温下存放一段时间后（八周至几个月），表面出现鼓泡。图6铅、镉含量过高造成晶间腐蚀的显微照片（5）杂质元素：铁铁与铝发生反应形成Al5Fe2金属间化合物，造成铝元素的损耗并形成浮渣。在压铸件中形成硬质点，影响后加工和抛光。增加合金的脆性。铁元素在锌液中的溶解度是随温度增加而增加， 每一次炉内锌液温度变化都将导致铁元素过饱和（当温度下降时），或不饱和（当温度上升时）。当铁元素过饱和时，处于过饱和的铁将与合金中铝发生反应，结果是造成浮渣量增加。当铁元素不饱和时，合金对锌锅和鹅颈材料的腐蚀将会增强，以回到饱和状态。两种温度变化的一个共同结果是最终造成对铝元素的消耗，形成更多的浮渣。图7铁在锌合金中的溶解度随温度的变化五、生产中注意的问题控制合金成分从采购合金锭开始，合金锭必须是以特高纯度锌为基础，加上特高纯度铝、镁、铜配制成的合金锭，供应厂有严格的成分标准。优质的锌合金料是生