Цинковый сплав это что
Цинковый сплав: особые свойства и основные разновидности
Благодаря археологическим раскопкам было обнаружено, что изделия из цинка стали применять примерно с 7 века нашей эры. Этот металл был очень распространен за счет ряда полезных свойств. Цинковый сплав может изготавливаться из различных веществ, от чего зависят его характеристики. Такой материал применяется в различных отраслях, в том числе и в бижутерии.
Свойства и характеристики цинка и цинковых сплавов
Характеристики цинковых сплавов во многом обусловлены свойствами цинка. Это металл голубоватого цвета, не встречается в чистом виде, обычно содержит примеси, из-за которых меняются его свойства. Чистый металл получается в результате нескольких реакций.
Цинк обладает следующими химическими свойствами:
Цинк – это очень прочный материал. Его пластичность увеличивается при нагревании. Если его нагреть больше чем на 210 градусов, от этого может поменяться его форма. При низких температурах вещество плавится.
Как выглядит цинковый сплав
Количество примесей зависит от методов добычи металла, особенностей его обработки и пороты цинка. Чаще всего можно встретить примеси в виде никеля, хлора, фтора и свинца. Обычно при создании цинковых сплавов используют чистый цинк, так как наличие примесей ухудшает качество материала:
Поэтому для улучшения характеристик цинковых сплавов цинк сначала очищают от примесей. А в дальнейшем используют чистый металл, который сплавляют с разными компонентами.
Плюсы и минусы
Большинство цинковых сплавов имеют следующие преимущества:
Однако примеси даже в незначительном количестве ухудшают характеристики сплава. Приводят к снижению жидкоплавкости, к набуханию, способствуют появлению трещин. Поэтому цинковые сплавы должны создаваться с соблюдением всех технологий, а количество примесей в них не должно превышать 0,005%.
Многие спрашивают, темнеют или нет цинковые сплавы? В этом еще один недостаток материала. Цинковые сплавы могут темнеть с течением времени. Притом потемнения обычно распространяются на всю поверхность материала. Это обуславливается образованием оксидной пленки на поверхности материала. Она формируется при комнатной температуре после контакта с воздухом или водой. Поэтому во избежание этого требуется нанесение гальванических покрытий.
Разновидности цинковых сплавов
Цинк могут сплавлять с различными веществами, отчего будут зависеть свойства полученного материала. Сплавление чистого цинка с медью, алюминием и оловом может улучшить его характеристики. Полученный состав будет более качественным, нежели чистое вещество.
Медь и цинк
Медно-цинковый сплав называется латунью. Такой сплав известен уже очень давно. Сначала его изготавливали посредством сплавления цинковой руды и меди. И только в 18 веке впервые был создан сплав из меди и металлического цинка.
Притом оба компонента могут брать в разных пропорциях. В результате этого отличают несколько разновидностей латуни:
Латунь отлично поддается обработке давлением. Характеризуется высокими механическими свойствами, неплохой коррозионной устойчивостью. Но на воздухе, в соленой воде и углекислых растворах латунь неустойчива, быстро покрывается темной кислородной пленкой.
Внешне латунь выглядит красивее меди, характеризуется лучшей коррозионной стойкостью. Но с ростом температуры интенсивность коррозии также увеличивается. Ее могут спровоцировать повышенная влажность воздуха, наличие в нем аммиака или сернистого газа. Поэтому для предотвращения коррозии материал подвергают низкотемпературному обжигу.
Латуни не теряют своих свойств при понижении температуры. Это позволяет использовать их, как конструкционный материал. Но при высоких температурах (более 200 градусов) могут наблюдаться явления хрупкости латуни.
Олово и цинк
Сплав цинка с оловом характеризуется высокими защитными свойствами. Ржавеет или нет цинковый сплав с оловом? Такой материал получается очень устойчивым к коррозии. Самыми лучшими антикоррозионными свойствами обладает сплав с 20-25% цинка и 75-80% олова. Поэтому его можно применять в условиях высокой влажности, со временем его внешний вид не ухудшится. Чем выше содержание цинка в сплаве, тем ниже его коррозионная устойчивость. Если сплав содержит 50% и более цинка, его корозионная стойкость приближена к стойкости чистого цинка.
Сплав олова с цинком обладает следующими преимуществами:
За счет наличия вышеперечисленных свойств сплав олова и цинка обычно применяют в электро- и радиопромышленности. Изделия из него получаются очень прочными и устойчивыми к внешним воздействиям.
Алюминий и цинк
Чаще всего создается сплав из цинка, алюминия и меди, который называют ЦАМ. Также в его состав входит небольшое количество магния.
Такой сплав имеет небольшую температуру плавления, хорошо подается литью. Изделия из него получаются очень прочными и устойчивыми к окружающей среде.
Есть несколько качественных сплавов цинка с алюминием, которые обозначаются через ЦАМ 4-1, ЦАМ 4-3, ЦАМ 10-5 и другие. Они содержат примерно одинаковое количество алюминия, но разное – магния, никеля и меди. Стоимость сплава алюминия с цинком ниже, чем олова с цинком. Поэтому изделия из него стоят в разы дешевле.
Сфера применения
Цинковые сплавы получили широкое применение. Их используют в таких отраслях:
Таким образом, цинк и его соединения используются во многих областях. Но наибольшее применение вещество получило в автомобилестроении.
Виды цинковых сплавов по назначению
По назначению сплавы цинка могут быть нескольких видов:
Цинковый сплав в бижутерии
Внешне цинковые сплавы напоминают благородные металлы. Поэтому их используют в бижутерии для создания недорогих украшений. Бижутерия из цинкового сплава выглядит дорого, но легко создается.
Вреден ли цинковый сплав? На самом деле, он никак не влияет на организм человека. Но, тем не менее, лучше приобретать бижутерию хорошего качества. Обычно для создания украшений используется особый сплав, который так и называется – бижутерный. Чаще всего применяется латунь или сплав с алюминием. Внешне такие изделия напоминают золотые и серебряные.
Вреден ли цинковый сплав в бижутерии? Нет, поэтому изделия из него можно смело покупать. Ведь если бы он негативно воздействовал, изготовление украшений из него было бы запрещенным.
Таким образом, цинк и цинковые сплавы широко распространены. Их используют в медицине, автомобилестроении и даже в бижутерии. Это качественные и устойчивые материалы, которые практически не меняются под воздействием условий окружающей среды.
Что такое «цинковый сплав» (pewter)?
Цинковый сплав (от англ. Pewter), один из самых древних сплавов в истории металлических дел мастеров. Он имеет долгую и благородную историю от Древнего Рима до современной премии Оскар, где всемирно известная статуэтка отливается из бессвицового цинкового сплава.
Цинковый сплав позволяет хорошо детализировать фактуру и рисунок и позволяет делать тематические украшения по очень хорошей цене.
Это понятие объединяет несколько типов сплавов на основе олова с добавлением небольших количеств таких металлов, как медь, сурьма, висмут и т.д или олова с цинком.
В магазине представлен большой ассортимент металлической фурнитуры и подвесок из цинкового сплава. Это достаточно мягкий и не упругий сплав. В большом количестве представлена фурнитура из этого сплава с покрытием из патинированной латуни. Это достаточно устойчивое покрытие, которое выдерживает многократные стирки (в случае нашивания на одежду, протестировано!), а также регулярное ношение в качестве украшений. Также в магазине можно найти фурнитуру и материалы из этого сплава с покрытием из золота или серебра.
Подвески, бусины и другая фурнитура из этого сплава могут темнеть от контакта с воздухом. Это легко исправить, также, как и в случае с серебром. Достаточно отполировать металлические элементы при помощи хлопчатобумажного лоскута (байкового или старого заворсившегося хлопка) и потемнение исчезнет. Также для этой цели подойдет любой лоскут для ухода за украшениями или бижутерией. Для бусин из цинкового сплава без покрытий из других металлов также можно использовать ультразвуковые, паровые, жидкие очистители и тумблеры.
Если бусины или подвески из этого сплава имеют покрытие из драгоценных металлов, их можно очистить также лоскутом из хлопка или специализированным лоскутом для ювелирных изделий, только полировать нужно с осторожностью, чтобы не нарушить покрытие. Для подобных бусин также рекомендуется использовать специальные жидкие очистители. Использование ультразвуковых, паровых и механических (тумблеры) способов очистки не желательно.
Цинковый сплав это что
Цинк имеет гексагональную плотно упакованную решетку (ГПУ). Этим объясняется резкая анизотропия его свойств. При комнатной температуре цинк в литом состоянии малопластичен, а при 100–150 °С становится пластичным и может подвергаться обработке давлением — прокатке, прессованию, штамповке и глубокой вытяжке. Технологичность цинка в процессе обработки давлением зависит от его чистоты. Отрицательное влияние на горячую обработку давлением оказывает примесь олова, образующая с цинком эвтектику с температурой плавления 199 °С, и особенно одновременное присутствие олова, свинца и кадмия, образующих с цинком сложную эвтектику с температурой плавления менее 150 °С. Поэтому содержание этих примесей строго ограничено как в цинке, так и в сплавах на его основе.
Марки и химический состав (%). ГОСТ 3640–94
| Обозначение марок | Zn не менее | Примесь, не более | |||||||
| Pb | Cd | Fe | Cu | Sn | As | Al | Всего | ||
| ЦВ00 | 99,997 | 0,00001 | 0,002 | 0,00001 | 0,00001 | 0,00001 | 0,0005 | 0,00001 | 0,003 |
| ЦВО | 99,995 | 0,003 | 0,002 | 0,002 | 0,001 | 0,001 | 0,0005 | 0,005 | 0,005 |
| ЦВ | 99,99 | 0,005* | 0,002 | 0,003 | 0,001 | 0,001 | 0,0005 | 0,005 | 0,01 |
| ЦОА | 99,98 | 0,01 | 0,003 | 0,003 | 0,001 | 0,001 | 0,0005 | 0,005 | 0,02 |
| ЦО | 99,975 | 0,013 | 0,004 | 0,005 | 0,001 | 0,001 | 0,0005 | 0,005 | 0,025 |
| Ц1 | 99,95 | 0,02 | 0,01 | 0,01 | 0,002 | 0,001 | 0,0005 | 0,005 | 0,05 |
| Ц2 | 98,7 | 1,0 | 0,2 | 0,05 | 0,005 | 0,002 | 0,01 | 0,010** | 1,3 |
| Ц3 | 97,5 | 2,0 | 0,2 | 0,1 | 0,05 | 0,005 | 0,01 | – | 2,5 |
* В цинке, применяемом для производства сплава марки ЦАМ4-1о, массовая доля свинца должна быть не более 0,004 %.
** В цинке, применяемом для проката, массовая доля алюминия должна быть не более 0,005 %.
В цинке марки ЦВ00 массовая доля алюминия, висмута, никеля и сурьмы не должна превышать 0,00001% каждого.
В цинке марки ЦВ00 и ЦВ0 по требованию потребителя массовая доля мышьяка не должна превышать 0,0005%.
Цинк марки ЦВ00 изготовляют в виде ЧУШЕК массой 4-5 кг и 8-10 кг.
Цинк марок ЦВ0, ЦВ, Ц0А, Ц0, Ц1, Ц2, Ц3 изготовляют в виде ЧУШЕК массой 19-25 кг и БЛОКОВ массой 500, 1000 кг.
Цинк применяют: для горячего, химического и термодиффузионного оцинковывания стальных деталей; в полиграфической промышленности; для изготовления химических источников тока; как легирующий элемент в сплавах, в первую очередь в латунях (сплав системы Cu—Zn), и как основу для цинковых сплавов.
Цветная маркировка (чушки и блоки цинка маркируют по торцу краской)
| ЦВ ЦВ0 Ц0 Ц1 Ц2С Ц3 Ц0А Ц1С Ц2 Ц3С | одна полоса желтого цвета одна полоса голубого цвета одна полоса белого цвета одна полоса зеленого цвета двойная полоса красного цвета одна полоса коричневого цвета не маркируют двойная полоса белого цвета одна полоса красного цвета одна полоса черного цвета |
для чушек марки ЦВ00 цветную маркировку двойной полосой голубого цвета наносят на тару или ярлык, прикрепленный к таре.
Основные характеристики физико-химических и механических свойств цинка приведены ниже.
Характеристики физико-химических и механических свойств цинка
Области применения цинка.
| ЦВ00 | Для производства химически чистых реактивов для нужд электротехнической промышленности и для научных целей. |
| ЦВ0 | Для нужд полиграфической и автомобильной отраслей промышленности. |
| ЦВ | Для отливаемых под давлением особо ответственных деталей, авиа- и автоприборов; для изготовления окиси цинка, применяемой в химико-фармацевтической промышленности; для химически чистых реактивов; для получения цинкового порошка, используемого в аккумуляторной промышленности. |
| Ц0А | Для цинковых листов, применяемых в производстве гальванических элементов, для отливаемых под давлением ответственных деталей авиа- и автоприборов; для изготовления цинковых сплавов, обрабатываемых давлением; для горячего и гальванического оцинкования изделий и полуфабрикатов; для изготовления цинкового порошка; для легирования алюминиевых сплавов; для изготовления цинковых белил. |
| Ц0 | Для цинковых листов, применяемых в производстве гальванических элементов; для отливаемых под давлением ответственных деталей авиа- и автоприборов; для изготовления цинковых сплавов, обрабатываемых давлением, для горячего и гальванического оцинкования изделий и полуфабрикатов, в том числе на непрерывных агрегатах оцинкования; для изготовления муфельных и печных сухих цинковых белил; для изготовления цинкового порошка; для легирования алюминиевых сплавов. |
| Ц1 | Для производства сплавов, обрабатываемых давлением (в том числе для цинковых листов); для изготовления гальванических элементов (отливки); для гальванического оцинкования в виде анодов; для горячего оцинкования изделий и полуфабрикатов, в том числе на непрерывных агрегатах оцинкования; для изготовления муфельных и печных сухих цинковых белил; для специальных латуней; медно-цинковых сплавов; для приготовления флюса при лужении жести для консервных банок; для изготовления цинкового порошка, применяемого в химической и металлургической промышленности. |
| Ц2 | Для производства цинковых листов, для медно-цинковых сплавов и бронз; для горячего оцинкования изделий и полуфабрикатов; для изготовления проволоки для шоопирования; для изготовления цинкового порошка, применяемого, в химической и металлургической промышленности. |
| Ц3 | Для производства цинковых листов, в том числе предназначенных для полиграфической промышленности, для обычных литейных и свинЦ0вых медно-цинковых сплавов; для горячего оцинкования изделий и полуфабрикатов; для изготовления цинкового порошка, применяемого в металлургической промышленности. |
СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ ЦИНКА
Промышленные цинковые сплавы разработаны на базе систем Zn—Al и Zn—Al—Cu. Практически во все цинковые сплавы введена добавка магния (до 0,1 %), что повышает размерную стабильность литых деталей и увеличивает коррозионную стойкость сплавов.
Цинковые сплавы подразделяются на литейные и антифрикционные.
Цинковые литейные сплавы. Эти сплавы выпускаются промышленностью в соответствии с ГОСТ 25140–93. Марки и химический состав литейных цинковых сплавов представлены в таблице.
Марки и химический состав (%) литейных цинковых сплавов (ГОСТ 25140–93)
| Марки сплавов | Основных компонентов | Примесей, не более | ||||||||||
| Al | Cu | Mg | Fe | Zn | Cu | Pb | Cd | Sn | Fe | Si | Pb + Cd + Sn | |
| ZnA14A* | 3,5–4,5 | – | 0,02–0,06 | – | Основа | 0,06 | 0,004 | 0,003 | 0,001 | 0,06 | 0,015 | 0,007 |
| ЦА4 о | 3,5–4,5 | – | 0,02–0,06 | – | 0,06 | 0,005 | 0,003 | 0,001 | 0,06 | 0,015 | 0,009 | |
| ЦА4 | 3,5–4,5 | – | 0,02–0,06 | – | 0,06 | 0,01 | 0,005 | 0,002 | 0,07 | 0,015 | – | |
| ZnA14Cu1A* | 3,5–4,5 | 0,7–1,3 | 0,02–0,06 | – | – | 0,004 | 0,003 | 0,001 | 0,06 | 0,015 | 0,007 | |
| ЦА4М1о | 3,5–4,5 | 0,7–1,3 | 0,02–0,06 | – | – | 0,005 | 0,003 | 0,001 | 0,06 | 0,015 | 0,009 | |
| ЦА4М1 | 3,5–4,5 | 0,7–1,3 | 0,02–0,06 | – | – | 0,01 | 0,005 | 0,002 | 0,07 | 0,015 | – | |
| ЦА4М1в | 3,5–4,5 | 0,6–1,3 | 0,02–0,10 | – | – | 0,02 | 0,015 | 0,005 | 0,12 | 0,03 | – | |
| ZnA14Cu3A* | 3,5–4,5 | 2,5–3,7 | 0,02–0,06 | – | – | 0,004 | 0,003 | 0,001 | 0,06 | 0,015 | 0,007 | |
| ЦА4М3 о | 3,5–4,5 | 2,5–3,7 | 0,02–0,06 | – | – | 0,006 | 0,003 | 0,001 | 0,06 | 0,015 | 0,009 | |
| ЦА4М3 | 3,5–4,5 | 2,5–3,7 | 0,02–0,06 | – | – | 0,01 | 0,005 | 0,002 | 0,07 | 0,015 | – | |
| ЦА8М1 | 7,1–8,9 | 0,70–1,40 | 0,01–0,06 | – | – | 0,01 | 0,006 | 0,002 | 0,10 | 0,015 | – | |
| ЦА30М5 | 28,5–32,1 | 3,8–5,6 | 0,01–0,08 | 0,01–0,5 | – | 0,02 | 0,016 | 0,01 | 0,075 | – | ||
* Сплавы, изготовляемые по согласованию потребителя с изготовителем.
Все литейные цинковые сплавы имеют очень узкий температурный интервал кристаллизации, содержат много эвтектики, поэтому обладают хорошей жидкотекучестью и дают плотные отливки. Лучшими способами получения отливок являются литье под давлением и литье в кокиль. Относительно низкая температура литья (440–470 °С) определяет легкие условия работы пресс-форм и кокилей, а высокая жидкотекучесть позволяет отливать тонкостенные детали сложной формы. В некоторых случаях (детали особо сложной конфигурации) применяется литье в песчаные формы. Отливки, полученные таким способом, содержат большое количество пор, имеют более крупнозернистую структуру, что приводит к снижению и значительному разбросу характеристик механических свойств.
В процессе естественного старения цинковых сплавов происходит уменьшение размеров (усадка) отлитых деталей (на 0,07–0,09 %). Две трети усадки происходит в течение 4–5 недель, остальное — в течение многих лет. Для стабилизации размеров применяют термообработку — отжиг (3–6 ч при 100 °С, или 5–10 ч при 85 °С, или 10–20 ч при 70 °С).
Механические свойства цинковых сплавов
| Марка сплавов | Способ литья | Механические свойства, не менее | ||
| Временное сопротивление,МПа (кгс/мм2) | Относительное удлинение, % | Твердость, НВ | ||
| ZnA14A | K | 196 (20) | 1,2 | 70 |
| ЦА4 о, ЦА4 | Д | 256 (26) | 1,8 | 70 |
| ZnA14Cu1A,ЦА4М1 о, ЦА4М1 | КД | 215 (22)270 (28) | 1,01,7 | 8080 |
| ЦА4М1в | КД | 196 (20) | 0,5 | 65 |
| ZnA14Cu3A, | П | 215 (22) | 1,0 | 85 |
| ЦА4М3 о | К | 235 (24) | 1,0 | 90 |
| ЦА4М3 | Д | 290 (30) | 1,5 | 90 |
| ЦА8М | КД | 235 (24)270 (28) | 1,51,5 | 7090 |
| ЦА30М5 | КД | 435 (44)370 (38) | 8,01,0 | 115115 |
Примечание. В таблице приняты следующие обозначения способов литья: П — литье в песчаные формы; К — литье в кокиль; Д — литье под давлением.
Характеристики физических свойств литейных цинковых сплавов (ГОСТ 25140–93)
Цинковые сплавы могут подвергаться сварке и пайке. Однако эти процессы применяют главным образом для заделки дефектов, так как сварные и паяные швы имеют низкую прочность. Оловянно-свинцовыми припоями можно паять только предварительно никелированные детали с использованием флюса — подкисленного хлористого цинка. Лучшие результаты дает припой, содержащий 82,5 % Cd + 17,5 % Zn. В этом случае флюс не требуется.
Сварку ведут в восстановительном пламени с использованием присадки из того же сплава, что и свариваемые детали.
Наиболее широко литейные цинковые сплавы используются в автомобильной промышленности для отливки корпусов карбюраторов, насосов, спидометров, решеток радиаторов, деталей гидравлических тормозов, а также в других отраслях промышленности, бытовой технике для отливки деталей приборов, корпусов, арматуры и т. д. Рекомендации по применению представлены в таблице.
Рекомендации по применению цинковых сплавов (ГОСТ 25140–93)
| Марка сплава | Характерные свойства | Область применения |
| ZnA14A | Хорошая жидкотекучесть, повышенная коррозионная стойкость, стабильность размеров | В автомобильной, тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности для отливки деталей приборов, требующих стабильности размеров |
| ЦА4 о | Хорошая жидкотекучесть, хорошая коррозионная стойкость, стабильность размеров | |
| ЦА4 | Как для марки ЦА4 о, но с меньшей коррозионной стойкостью | |
| ZnA14Cu1A | Хорошая жидкотекучесть, повышенная коррозионная стойкость, практически неизменяемость размеров при естественном старении | В автомобильной, тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности для отливки корпусных, арматурных, декоративных деталей, не требующих повышенной точности |
| ЦА4М1 о | Хорошая жидкотекучесть, повышенная коррозионная стойкость, практически неизменяемость размеров при естественном старении | |
| ЦА4М1 | Как для марки ЦА4М1 о, но с меньшей устойчивостью размеров | В автомобильной, тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности для отливки корпусных, арматурных, декоративных деталей, не требующих повышенной точности |
| ЦА4М1в | По технологическим и эксплуатационным свойствам уступает предыдущим маркам сплавов этой группы | В различных отраслях промышленности для литья неответственных деталей |
| ZnAl4Cu3A | Хорошая жидкотекучесть, высокая прочность, хорошая коррозионная стойкость, изменяемость размеров до 0,5 % | В автомобильной и других отраслях промышленности для изготовления деталей, требующих повышенной точности |
| ЦА4М3 о | Хорошая жидкотекучесть, высокая прочность, хорошая коррозионная стойкость, изменяемость размеров до 0,5 % | |
| ЦА4М3 | Как для марки ЦА4М3 о, но с пониженной коррозионной стойкостью | |
| ЦА30М5 | Предназначены для замены стандартного антифрикционного сплава ЦАМ10-5, значительно превосходят его по механическим свойствам и износостойкости | Вкладыши подшипников, втулки балансированной подвески, червячные шестерни, сепараторы подшипников качения |
| ЦА8М1 | Как для марки ЦА4М1, но с более высокими прочностными свойствами | В автомобильной, тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности |
Эти сплавы нельзя использовать в условиях повышенных и низких температур, так как уже при температуре 100 °С их прочность снижается на 30 %, твердость на 40 %, а при температуре ниже 0 °С они становятся хрупкими.
Для повышения коррозионной стойкости и для декоративных целей на цинковые изделия наносят различные защитные покрытия. В зависимости от условий службы цинковых изделий применяют двух- или трехслойные защитные покрытия различных толщин. Как правило, в качестве покрытий используют медь, никель и хром.
Благодарим ООО «НПО «Профессионал» за предоставленные материалы.
ООО «Металловед»
603053, г. Нижний Новгород
ул. Борская, 17