要提高東莞鋅合金壓鑄的強(qiáng)度和剛性,需從“材料成分優(yōu)化”“工藝參數(shù)改進(jìn)”“熱處理強(qiáng)化”“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化” 四大維度入手,針對性解決鋅合金本身力學(xué)性能不足、壓鑄缺陷影響性能等問題。
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鋅合金的強(qiáng)度和剛性由其成分(鋁、銅、鎂等元素含量)決定,通過調(diào)整元素配比或添加微量合金元素,可顯著改善力學(xué)性能,是最根本的提升方式。
1. 提高銅(Cu)含量:增強(qiáng)強(qiáng)度與硬度
原理:銅是鋅合金中的關(guān)鍵強(qiáng)化元素,可與鋅形成 “CuZn?金屬間化合物”,均勻分布在鋅基體中,阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)(金屬變形的核心機(jī)制),從而提升強(qiáng)度和硬度;
操作方式:
將常規(guī) Zamak 3(Cu 含量 0.75%-1.25%)升級(jí)為 Zamak 5(Cu 含量 2.5%-3.5%),抗拉強(qiáng)度可從 280MPa 提升至 320MPa 以上,硬度(HV)從 80 提升至 100;
若需更高強(qiáng)度,可選用 ZA-8 合金(Cu 含量 0.75%-1.25%,鋁含量 7.5%-8.5%),鋁元素可與鋅形成更穩(wěn)定的 AlZn??相,抗拉強(qiáng)度可達(dá) 380MPa,適合高溫輕度負(fù)載場景(如發(fā)動(dòng)機(jī)散熱片);
注意事項(xiàng):銅含量過高(>4%)會(huì)導(dǎo)致合金 “脆性增加”(沖擊韌性下降),且鑄造流動(dòng)性變差(易出現(xiàn)缺料缺陷),需平衡強(qiáng)度與工藝性。
2. 精準(zhǔn)控制鎂(Mg)含量:抑制晶界腐蝕,提升穩(wěn)定性
原理:鎂可在鋅合金晶界形成 “MgZn?化合物”,阻礙晶界處的腐蝕反應(yīng),同時(shí)細(xì)化晶粒(晶粒越小,強(qiáng)度越高),間接提升強(qiáng)度和剛性;
操作方式:
常規(guī) Zamak 系列鎂含量控制在 0.03%-0.08%,若需強(qiáng)化,可將鎂含量提升至 0.1%-0.15%(需搭配精煉劑去除雜質(zhì)),晶粒尺寸可從 50μm 細(xì)化至 30μm 以下,抗拉強(qiáng)度提升 10%-15%;
避免鎂含量過高(>0.2%),否則會(huì)形成 “Mg?Zn?Al?脆性相”,導(dǎo)致合金沖擊韌性大幅下降(從 30J/cm2 降至 15J/cm2 以下);
適用場景:適合對強(qiáng)度和耐腐蝕性均有需求的零件(如衛(wèi)浴五金、汽車門鎖組件)。
3. 添加微量強(qiáng)化元素:細(xì)化晶粒,優(yōu)化組織
原理:通過添加微量鈦(Ti)、鋯(Zr)、稀土元素(Ce、La),可在合金中形成 “彌散分布的第二相粒子”(如 TiZn??、ZrZn??),這些粒子可阻礙晶粒長大(細(xì)化晶粒),同時(shí)提升晶界結(jié)合力,從而強(qiáng)化合金;
操作方式:
添加 0.01%-0.03% 的鈦(以 TiCl?或中間合金形式加入),可使晶粒尺寸細(xì)化至 20μm 以下,抗拉強(qiáng)度提升 15%-20%,且不影響鑄造流動(dòng)性;
添加 0.02%-0.05% 的稀土元素(如 Ce),可改善合金的鑄造性能(減少氧化渣),同時(shí)提升高溫穩(wěn)定性(長期耐溫從 100℃提升至 120℃);
注意事項(xiàng):微量元素需精確控制含量(誤差≤0.005%),否則易形成粗大夾雜(如 Ti 含量過高會(huì)生成 TiN 硬質(zhì)點(diǎn)),反而降低強(qiáng)度。