技术资料——模具行业从业者必备知识手册
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合金研討會鋅
鋅合金應用及壓鑄技術
(技術指导)
內容- 鋅合金的種類
- 鋅鑄件常見缺陷
- 流道及澆注設計
22
優質合金是什麼意思?
• 化學成分符合該合金型號的標準
範圍
• 合金元素份量穩定
• 每批合金料成分一樣
33
美國(ASTM)標準鋅合金牌號
牌號 2號 3號 5號 7號 ZA-8 ZA-12 ZA-27
鋁 (Al) 3.9-4.3 3.9-4.3 3.9-4.3 3.9-4.3 8.2-8.8 10.8- 25.5-
11.5 28.0
鎂 (Mg) 0.025- 0.025- 0.03- 0.010- 0.020- 0.020- 0.012-
0.050 0.050 0.06 0.020 0.030 0.030 0.020
銅 (Cu) 2.6-2.9 <0.10 0.75- <0.10 0.8-1.3 0.5-1.2 2.0-2.5
1.25
鎳 (Ni) -- -- -- 0.005- -- -- --
0.020
壓鑄 熱室壓鑄機適用 熱室機 冷室機
方式
倒模鑄造
44
抗拉強度
延展性
鋅合金 其他金屬 塑膠
55
鋅合金元素的要求及作用 - 鋁 (Al)
3.9 — 4.3%
• 降低合金的溶點
• 純鋅=420oC, 3號鋅合金=381-387oC
• 減少鋅對鐵質材料的侵蝕，使鋅合金
適用於熱室壓鑄
• 增強機械性能
• 改變合金溶液流動性
66
衝
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
77
擊
應
力
鋁對於鋅合金性能的影響
衝擊應力隨著鋁
50
在鋅合金中的含
40 量增加而轉變，
鋁含量至3.5%時
30
到最大值，而鋁
20
的含量在5%時降
10
至最低點
鋁 (%)
30
鋅 鋁的含量在5%
26
合 時，流動性較
22
金 大，
18
流
14 在3%時，流動性
動
10 較低
性
Zn - Al
- 0.01 - 0.02 Mg
鋁 (%)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
鋅合金元素的要求及作用
- 鎂 (Mg)
0.02 — 0.06%
• 抑壓晶間腐蝕
• 細化金屬組織﹐增加硬度
• 減低延展性
• 鎂含量>0.08%會使合金變脆﹐流動性下降
88
鋅合金元素的要求及作用 - 銅 (Cu)
• 3號鋅合金: 不超過0.1%
• 5號鋅合金: 0.75 — 1.25%
• 能細化晶粒﹐增加合金的抗拉強度及硬度
• 超出1.25%，鑄件的尺寸會不穩定
99
銅對於鋅合金性能的影響
400
300
抗拉強度 (mPa)
硬度 (BHN)
200
100
0
純鋅 3號鋅合金 5號鋅合金
金屬 抗拉強度 硬度
(MPa) (BHN)
純鋅 97 41
3號鋅合金 283 82
5號鋅合金 328 91
1100
銅對鋅合金流動性的影響
1111
對鋅合金有害的元素 - 鐵 (Fe)
不超過 0.10%
• 鐵是造成合金渣的主要元素
• 鐵在合金溶液中的可溶性只有0.03%
• 過多的鐵會與鋁和鋅結合成化合物(FeAl
3
和 Fe Al )，使鋅合金中鋁的含量降低。
2 5
• 形成一種堅硬顆粒，令鑄件表面拋光困
難。
1122
對鋅合金有害的元素 - 鉛 (Pb)、錫 (Sn)、鎘 (Cd)
導致晶間腐蝕的主要元素:
• 鉛: 不超過 0.004%
• 錫: 不超過 0.002%
• 鎘: 不超過 0.003%
1133
晶間腐蝕
晶間裂紋
• 晶間腐蝕發生在合金
晶體邊界之間
• 使鑄件發漲、龜裂、
鬆散
晶粒
晶粒邊界
• 在高溫或高濕度的環 低含鉛量
( )
高含鉛量
( )
境當中特別容易發生
• 晶間腐蝕的潛伏期可
長達一年
1144
案例一: 鋅合金鎖膽
1155
案例二 : 由晶間腐蝕引致電鍍起泡
1166
內容 - 鋅合金的種類
- 鋅鑄件常見缺陷
- 流道及澆注設計
1177
鑄件缺陷分析: 水紋 / 冷隔紋
產生原因 特徵 解決方法
先進入模腔的金屬液 •鑄件表面不光滑 •適當地提高模溫
先凝固﹐後進入的金
•有明顯不規則的﹐下 •減少運水或脫模劑
屬液凝固在其周圍﹐
陷的線性紋路
•適當加溢流位
使鑄件表面有流動的
痕跡
1188
鑄件缺陷分析: 氣孔 / 砂孔
產生原因 特徵 解決方法
•分流錐﹐流道設計不 •在鑄件表面或內部產 •流道設計要符合錐形澆
良導致困氣 生氣孔 注系統
•入水應從大切面積到細
•脫模劑使用太多 •氣孔是圓形
切面積
•排氣不良 •直徑大小從微米到毫
•減少使用脫模劑的份量
米
1199
鑄件缺陷分析:收縮孔
產生原因 特徵 解決方法
•液體金屬凝固時體積 •容易與氣泡孔混淆 •確保鑄件各部平均散
縮小 熱
•縮孔多為菱角狀﹐樹
•金屬自身凝固時﹐最 枝狀 •採用正確的澆注系統
終的收縮就形成收縮
•儘可能做到進料從厚
孔
到薄
2200
鑄件缺陷分析:晶間腐蝕
晶間裂紋
晶粒
低含鉛量
晶粒邊界
( )
(高含鉛量)
產生原因 特徵 解決方法
•雜質元素像鉛、錫和 •晶間腐蝕發生在合金 •使用成分達標的合金
鎘聚集在晶粒的交界 晶體邊界之間
•保証操作正確以防止
處
•鑄件發漲、龜裂、鬆 廢料將雜質元素帶入
•合金晶界和晶界附近 散
(該處雜質元素含量較
低)成分的差異會使晶
界附近成為晶界的陽
極 2211
鑄件缺陷分析: 黏模
產生原因 特徵 解決方法
•模溫過高 •金屬黏附在模腔表面 •改善脫模劑的用量或
噴射條件
•模具沖蝕後﹐表面不 •容易發生在需要模溫
良 較高的鑄件﹐如電鍍 •使用較好熱處理模具
件 鋼
•壓力太大
•入水速度太快
•偱環時間太短
2222
鑄件缺陷分析:夾雜
產生原因 特徵 解決方法
•由鐵和鋁反應生成的 •形成一種堅硬顆粒， •減少產生金屬間化合
金屬間化合物形成一 令鑄件表面拋光及機 物顆粒的鐵含量
個個小核 械加工困難
•避免保溫爐溫度過高
•這些化合物是硬而且
脆
•主要以Fe Al 和
2 5
Fe Al 兩種形式存在
2 3
2233
內容 - 鋅合金的種類
- 鋅鑄件常見缺陷
- 流道及澆注設計
2244
模具入水設計
• 入水設計是生產高質鑄件的關鍵
• 差劣的入水設計會引致
填充模腔問題 - 次品產生
水口料過重 - 能源損耗及成本損耗
2255
錐型流道設計
• 于1970年開始根據科學
原理發展
• 廣泛應用於世界各地的
鋅、鋁、鎂壓鑄業
主要特點:
• 可選擇最佳的填充模式
• 達到最高的入水速度及
最短的填充時間，(但要
Metal Head High Velocity
留意壓鑄機射料能力) Shatters Zone Metal Head Intact
• 從入水位及流道的設計
控制填充模式
Metal Head
Separates
• 橫切面面積由噴咀至流
From Wall
道將逐漸減低
• 排氣好
Metal Flow Around Bend
Metal Flow Around Bend of
Where Inlet Area is Larger
Constant Area 2266
Than Exit Area
錐形流道設計方法
2277
流道計算方法
2288
入水角度
Ag
A / A
in g
2299
澆口計算方法 (1)
如鑄件重量 = 1000g
重量 (g)
鑄件體積 =
液體#3合金密度 (g/mm3)
液體#3合金密度 = 0.00612 g/mm3
1000 g
鑄件體積 = = 163400 mm3
0.00612 g/mm3
3300
澆口計算方法 (2)
鑄件體積 = 163400 mm3
填充時間 = 0.01─ 0.04s 一般 0.02s
內澆口速度 = 40 ─ 50 m/s 一般 45000 mm/s
鑄件體積
內澆口面積 (mm2) =
填充時間 X 內澆口速度
163400 180 mm2
內澆口面積 (mm2) = =
0.02 X 45000
360 mm
0.5 mm
180 mm2
180mm
1.0 mm
3311
排氣位
內澆口面積 = 180 mm2
排氣位面積
= 內澆口面積 10 至 20%
= 18至 36 mm2
排氣位厚度= 0.05 mm
排氣位總長度 = 18 / 0.05 = 360 mm
3322
排氣位
120mm 120mm
120mm
0.05mm
排气 排气 排气 浇口
金属流
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