锌基合金

概述：

锌基合金材质零配件具有力学性能高、摩擦性能优良、耐磨性能好、无火花和无磁性等特点，可 以代替价格较贵的（锡、铝）青铜和（铅）黄铜等铜合金以及巴氏合金等制造轴瓦、轴套、蜗轮、 滑块和丝母等耐磨减摩零件。由于锌基合金具有原材料价格低廉、熔化耗能少、熔烧无污染，对成 形方法适应性广和切削加工性好等一系列优点，因而，采用锌基合金制造耐磨和减摩零件有着巨大 的经济效益和社会效益。我国锌资源丰富，储量占世界总储量的１／３，居世界第一位，具有发展 锌基合金得天独厚的优势。下面将介绍一下锌基合金的性能特点以及我们所研制的锌基合金在冶金 行业的应用情况。２锌基合全的性能特点德国早在二次世界大战结束前夕就成功地用锌基合金代替 铜合金制造轴承，６０年代初ＩＬＺＲＯ（国际铅锌研究组织）开发了ＺＡＩＺ合金，７０年代末 加拿大Ｎｏｒａｎｄａ矿山研究中心又研制出ＺＡ２７合金，随后在选择最佳工艺参数试验中又成 功地研制出适合于金属型铸造的ＺＡＳ锌合金，后来，奥地利又开发出比重更小的ＺＡ３５锌合金。

在这四种锌基合金中，ＺＡ２７的强度、塑性、韧性和疲劳强度是最高的。与共晶锌合金相比 ，抗拉强度提高约５０％，室温蠕变强度提高３～４倍，在有持续应力的条件下使用，把锌合金的 实际工作温度范围扩宽到１５０ｔ。与ＺＣｕｓｎ６Ｚｎ６Ｐｂ３锡青铜相比，ＺＡ２７合金的强 度更高，在干摩擦和润滑条件下具有更低的摩擦系数，更好的承载能力，更低的摩擦温升和更宽的 液体润滑特性；几乎在所有使用ＺＣｕｓｎ６Ｚｎ６Ｐｂ３合金的场合都可用ＺＡ２７合金代替。 与铜合金相比，锌合金的熔点更低。由于锌合金的流动性优良，因此锌合金不但适合于砂型铸造， 也适合于压铸、壳型铸造、金属型铸造、石墨永久型铸造、石膏型铸造、离心铸造、连续铸造和挤 压铸造。由于ＺＡ２７合金的密度仅为铜合金的２／３，而其价格却为铜合金的一半左

图片—锌基合金产品

高铝锌基合金是新型重力铸造锌基合金系列（ZA8、ZA12、ZA27）的代称，其在1997年被列入国家推荐标准《铸造锌基合金》后（标准代号：GB/T1175-1997），以ZnAl27Cu2Mg即ZA27-2为代表并衍生的高铝锌基合金，作为新型轴承合金已广泛取代部分巴氏合金和青铜，用来制造各类轴瓦、轴套、滑板、滑块、蜗轮及传动螺母等减摩耐磨件。

以锌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。锌基合金熔点低，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基合金和变形锌基合金。 与巴氏合金相比

除了拥有显著的性价比优势外，还具有更高的强韧性、更低的比重和更宽的应用范围等特点。 与青铜相比

1．强度、硬度和许用压力与铝青铜相当，广泛超过锡、铅等青铜，许用速度相近。完全能够满足轴瓦等独立减摩耐磨零件使用条件的需求。 2．对润滑油的亲和力较强，自润滑性更好，加上其冶金特性（熔点低，不易与钢轴发生冶金结合），因此使用中抗粘着性强，减摩耐磨特性更加突出。

3．摩擦系数低，磨损小，因而使用寿命更长。同等使用条件下，一般在铜瓦的1倍以上，从而降低了配件的采购成本。 4．热导率大（ZZnAl27Cu2Mg λ=125； ZCuAl10Fe3 λ=59），散热快，磨面温升慢且低，对配对摩擦有更好的保护作用。

5．材料密度低（ZZnAl27Cu2Mg ρ=5g/cm3），产品质量轻（同型号、同规格质量轻1/3），安装、维护更加容易、方便。 6．具有较高阻尼特性，减振抗噪。

一、国标规定的ZA27-2化学成分及物理特性：

二、高铝锌基合金制品的化学成分及物理特性：

注： T1工艺指稳定化热处理工艺，T2工艺指时效热处理工艺。 节约成本 优势明显

锌基合金不仅具有优越的机械性能，更具有极高的性价比。以锌代铜，不仅能有效保证提高您的产品性能，同时可使您同种规格的产品节省成本40%左右：

以Φ5×74m回转窑托轮轴瓦为例，每套12件，可节约166700元. 高铝锌基合金在回转窑上的应用 使用条件

适用于低速≤7.1m/s、重载≤300Kg/cm2、常温≤150℃条件下，要求[pv] ≤30。 生产能力

可为10000t/d以下回转窑提供全系列托轮轴瓦、轴套产品，具有年产3000台套的生产能力。

高铝锌基合金在回转窑上的应用 轴瓦的刮研与润滑建议 1.刮研建议：

a.应保证轴瓦与球面瓦接触良好，轴瓦背与球面瓦在配合刮研时，接触点为25×25mm2上不少于3点，并用涂色法进行检查。

b.应保证轴瓦与轴颈接触均匀、连续。刮研接触角以30～40度为宜，接触点为1～2点/cm2。 1 0

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c.轴瓦与轴颈的侧隙应刮削平顺，检测规范可参见设计部门提供的安装方案。实际中应根据瓦口间隙的大小和储油槽的深浅、平顺刮削至接触带，起始处不小于1mm，末端应在0.15～0.20之间。

d.轴瓦刮研端面为10×10mm2上不少于1点。

2.润滑建议 a.通常情况下，夏季宜采用VG680动力粘度的润滑油，冬季宜采用VG460动力粘度的润滑油。同时，使用中也要考虑环境和地域的差异并高度关注润滑油膜的厚度是否满足润滑要求。

b.虽然高铝锌基合金轴瓦与青铜轴瓦相比对润滑油的要求更低，但是因为当今设备的发展趋势正向着负荷大、效率高、寿命长的方向发展，因此我们一定要更新润滑观念，为了保证设备更加安全运行，建议采用高品质的含有极压及耐磨添加剂的润滑油。

c.高度关注磨合初期的润滑情况，加强监控与清洁。

《中华人民共和国国家标准---铸造锌合金》 GB/T 1175-1997 (1997-03-04发布 1997-09-01实施)

本标准首次全面修订。目前，国际标准化组织（ISO）尚未制订铸造锌合金标准（仅有一个锌合金标准ISO301-1981,其中仅列出合金锭的化学成分没有列出力学性能）。为促进国际贸易，技术和经济交流，同时又能满足国内市场须要，在本版本中引进了德国标准DIN1743中两个合金牌号（适用于制造冲压模具和美术装饰品），美国标准ASTM B791中三个合金牌号（适用于制造减磨、减震和结构件）。上述五个合金牌号在引用时仅采用了它们的化学成分和力学性能指标，具体见本标准附录B。 本版本在下列章节中有所改变：

---第3章中给出锌合金定义、新的牌号和代号；

---第4.1条中在ZA9-2合金中将铝含量上限由11.0%改为10.0%,在ZA 11-5合金中将铝含量下限由9.0%改为10.0%,取消ZZnAl4和ZZnAl4-0.5两个压轴合金牌号；

---第4.4条中增加试样浇冒口系统 ---第4.7条中新增条文； ---第5章中新增条文5.1-5.6

本标准GB 16746-1997《锌合金铸件》配套使用。 本标准的附录A是标准的附录； 本标准的附录B是提示的附录。

本标准由中华人民共和国机械工业部提出。 本标准由全国铸造标准化技术委员会归口。

本标准起草单位：沈阳铸造研究所、河南中发合金制品有限公司（现许昌众力合金制品有限公司）、阿城市有色金属铸造厂、沈阳高压开关厂、包头五二研究所。

本标准主要起草人：张照文、申震涛、李东基、张斌、靳依林 合金牌号 合金代号 合金元素 主要杂质含量 （不大于）

Al Cu Mg Zn Fe Pb Cd Sn 其他

ZZnAl27Cu2Mg ZA27-2 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

【锌基合金成分及铸件品质】 一、锌基合金的特点 1. 比重大。

2. 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。 3. 可进行表面处理：电镀、喷涂、喷漆。

4. 熔化与压铸时不吸铁，不腐蚀压型，不粘模。

5. 有很好的常温机械性能和耐磨性。

6. 熔点低，在385℃熔化，容易压铸成型。 使用过程中须注意的问题：

1. 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、镉在锌基合金中溶解度很小，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。

2. 时效作用

锌基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。 3. 锌基合金压铸件不宜在高温和低温（0℃以下）的工作环境下使用。锌基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 时效时间对锌基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、锌基合金种类

Zamak 3: 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。

Zamak 5: 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。