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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

  自然界中未曾發現過自然鋅,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。在現代煉鋅工業所采用的原料,絕大部分是硫化礦物。同時,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。其熔點為419.5℃,沸點為907℃。在未合金化時,它是一種較軟的金屬,其強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,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相具有密排六方結構,因此室溫下鋅通常形成六面體晶體,在斷裂面出現結晶狀。一般講,鋅的晶格常數a及c分別為0.2665nm和0.4947nm,c/a的理論值為1.856。每個鋅原子周圍有12個臨位原子,其中6個原子的間距為0.2665nm,另外6個為0.2907nm。在六方基面中,原子之間的結合力要比層間強。這就是鋅各向異性的根源所在。

  鋅晶體學的另一個很重要的方面是高溫條件下原子在晶格中的易動性及純鋅在室溫條件下變形后的再結晶。假如某些合金元素如鎘、銅等會形成鋅固溶體,鋅金屬的再結晶溫度則會提高。對純鋅而言,幾乎不發生加工硬化,因為再結晶會使加工造成的應力得到松弛。由于鋅的恢復特性及加工硬化程度很小,因此其蠕變抗力或在長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,蠕變抗力會增加許多倍。

  二、鑄造鋅合金的優缺點

  鑄造鋅合金的生產歷史較長,主要適用于壓力鑄造或重力鑄造,用來澆注汽車、拖拉機等機電部門的各種儀表殼體類鑄件或澆注各種起重設備、機床、水泵等的軸承,并且近些年來又發展了高鋁的高強度高耐磨性的鑄造鋅合金。

  純金屬在鑄造后,可變得相當硬(如在水中淬火)。商品鋅因含有雜質,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,這種鋅又會變脆,在缽中能研成粉末。所以,鋅的延性與雜質和溫度有關。實驗表明,1.5mm厚的純鋅片,在125℃保溫半小時后,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熔點很多并且冷卻緩慢時,其晶粒會變得粗大。

  鋅與其他金屬一樣有加工硬化的特點,在機械加工硬化后可在低溫狀態燜火以恢復其延展性。

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

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

  含有雜質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,當鋅試樣的兩個端部置于不同溫度時,試樣內部有電流通過。

  鑄造鋅合金的缺點是耐蝕性差,在長期使用過程中,易發生老化現象。合金的老化使鑄件變脆,性能急劇下降。同時鑄件發生變形、膨脹,嚴重時可發生開裂。鋅合金的這種現象通常認為主要是晶間腐蝕所引起的。鋅合金的老化,大大阻礙了這類合金的廣泛應用,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、生產這類合金的基本課題。在我國,鋅是非鐵金屬工業中重點發展的主要金屬之一。用鋅合金取代銅合金和鋁合金,在節約能源和降低原材料成本以及合理使用本國資源方面具有重要意義。

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