1. Uvođenje
Legura cinka je metalni materijal koji se prvenstveno sastoji od cinka, uz dodatak drugih elemenata za poboljšanje specifičnih svojstava.
Ovi legirajući elementi mogu značajno modificirati karakteristike kao što je čvrstoća, tvrdoća, Otpornost na koroziju, i sposobnost bacanja.
Legure cinka se široko koriste u različitim proizvodnim procesima zbog svoje relativno niske tačke topljenja, dobra fluidnost tokom livenja, i isplativost.
2. Šta je legura cinka??
Cink je plavičasto-bijeli metal. Legure cinka su metalni kompoziti u kojima je cink primarni sastojak, obično legirana elementima kao što je aluminijum (Al), bakar (Cu), magnezijum (Mg), i elemente u tragovima kao što je nikl (U) ili titanijum (Od).
Ove kombinacije stvaraju legure sa prilagođenom mehaničkom čvrstoćom, Otpornost na koroziju, castibilnost, i završnu obradu površine, što ih čini neophodnim u strukturalnim i dekorativnim aplikacijama.
Primarni legirajući elementi i njihove uloge
| Element | Tipičan % Alloy | Svrha |
| Aluminijum (Al) | 3–27% | Povećava snagu, poboljšava fluidnost, povećava otpornost na koroziju |
| Bakar (Cu) | 0.5–3% | Povećava tvrdoću, otpornost na habanje, i zatezna snaga |
| Magnezijum (Mg) | <0.06% | Rafiniranje zrna, poboljšava otpornost na koroziju |
| Nikl (U) | Trag | Poboljšava snagu na povišenim temperaturama, smanjuje poroznost |
| Titanijum (Od) | Trag | Povećava otpornost na puzanje, koristi se u legurama visokih performansi |
3. Uobičajene porodice legure cinka
Legura cinka se klasifikuje na osnovu svog sastava, Mehaničko ponašanje, i način obrade.
Tri najistaknutije porodice su ZAMAK legure, ZA legure, i specijalne legure cinka poput Galvan i Zacvilio si.
Svaka grupa je dizajnirana za specifične performanse i zahtjeve proizvodnje.
ZAMAK legure (Cink + Aluminijum + Magnezijum + bakar (Bakar))
| Legura | Sastav (Pribl.) | Ključne svojstva | Uobičajene aplikacije |
| TERETI 3 | Zn-4%Al-0.03%Mg | Odlična sposobnost livenja, dimenziona stabilnost | Dijelovi liveni pod pritiskom, Potrošačka elektronika, hardver |
| TERETI 5 | Zn-4%Al-1%Cu | Veća čvrstoća i tvrdoća od ZAMAKA 3 | Automobilski dijelovi, Strukturne komponente |
| TERETI 2 | Zn-4%Al-3%Cu | Najveća čvrstoća i otpornost na habanje | Industrijski zupčanici, Kućišta ležaja |
| TERETI 7 | Zn-4%Al-0.005%Cu (Visoka čistoća) | Vrhunska površinska obrada, niže nečistoće | Dekorativni odljevci, kozmetičke komponente |
Technical Insight:
ZAMAK legure su livenje u vrućoj komori materijala i naširoko se koriste zbog svojih odlična fluidnost, niske tačke topljenja (~385°C), i dobra tačnost dimenzija.
TERETI 3 je najčešće korištena i često se smatra "benchmark" legurom cinka.
ZA legure (Cink-aluminijum legure)
| Legura | Sastav (Pribl.) | Ključne svojstva | Uobičajene aplikacije |
| ZA-8 | Zn-8%Al-1%Cu | Dobra snaga, pogodno za livenje u vrućoj komori | Kućišta konektora, automobilska oprema |
| Za-12 | Zn-12%Al-1%Cu | Odlična otpornost na habanje i čvrstoća | Industrijske komponente, zupčanici srednjeg opterećenja |
| ZA-27 | Zn-27%Al-1%Cu | Najveća snaga u ZA grupi, lagana | Strukturni dijelovi, male komponente motora |
Technical Insight:
Ponuda legura ZA veća mehanička čvrstoća nego ZAMAK zbog povećanog sadržaja aluminija.
Koriste se prvenstveno u livenje u hladnoj komori i gravitaciono livenje procesi. ZA-27, posebno, parira nekim legurama aluminijuma u vlačnoj čvrstoći (~400 MPa).
Specijalne legure cinka
| Legura | Jedinstvena karakteristika | Slučaj upotrebe |
| Galvan (Zn-5%Al + Rare Earths) | Vrhunska otpornost na koroziju (2x pocinčani čelik) | Zaštitni premazi za čelične žice i limove |
| Zacvilio si (Zn-4%Al + Cu) | Odlična obrada, dimenziona stabilnost | Alat, gumeni kalup umire, matrice za formiranje male zapremine |
| Legure cink-bakar (e.g. Legura 925) | Poboljšana tvrdoća i obradivost | Mehanički hardver, mehanizmi za zaključavanje |
4. Fizička svojstva legure cinka
Legure cinka su cijenjene zbog svoje jedinstvene ravnoteže niske tačke topljenja, dimenziona stabilnost, i dobra toplotna i električna provodljivost.
Ove karakteristike ih čine posebno pogodnim za livenje pod pritiskom velikog obima i precizne komponente u više industrija.
Ključna fizička svojstva
| Nekretnina | Tipičan raspon | Jedinica | Bilješke |
| Gustina | 6.6 - 6.9 | g / cm³ | Viši od aluminijuma (~2,7 g/cm³); pogodan za aplikacije prigušenja |
| Talište (Čvrsto-tečno) | 370 - 430 | ° C | Razlikuje se po sastavu (ZAMAK se topi ~385°C; ZA-27 se topi ~500°C) |
| Toplotna provodljivost | 100 - 120 | W / m · K | Niže od bakra, ali adekvatan za umjeren prijenos topline |
| Električna provodljivost | 25 - 30 | % IACS | Niže od bakra, ali dovoljno za mnoge niskonaponske aplikacije |
| Koeficijent toplotne ekspanzije | 26 - 30 × 10⁻⁶ | /K | Potrebno je uzeti u obzir u sklopovima od više materijala |
| Specifični toplinski kapacitet | 390 - 420 | J/kg·K | Umjerena termička inercija |
| Magnetna svojstva | Ne-magnetni | - | Pogodno za aplikacije u kojima se moraju izbjeći magnetske smetnje |
5. Mehanička svojstva legure cinka
Legure cinka poznate su po svojoj odličnoj sposobnosti livenja i umerenoj mehaničkoj čvrstoći, posebno kada se koristi za livenje pod pritiskom.
| Nekretnina | TERETI 3 | TERETI 5 | ZA-8 | ZA-27 | Jedinica |
| Vrhunska zatezna čvrstoća | 280 MPa | 330 MPa | 370 MPa | 410 MPa | MPa |
| Snaga prinosa | 210 MPa | 250 MPa | 290 MPa | 370 MPa | MPa |
| Izduženje na pauzi | 10–13% | 7–9% | 3-6% | 1–3% | % |
| Tvrdoća (Brinell) | 82 | 90 | 100 | 120 | HB |
| Modul elastičnosti | 83 GPA | 83 GPA | 85 GPA | 96 GPA | GPA |
| Udarna snaga (Charpy) | 2.5–3.0 | 2.0–2.5 | 1.5-2.0 | 1.0-1.5 | J (unnotched) |
6. Otpornost na koroziju & Ponašanje površine legura cinka
Otpornost na koroziju je vitalna osobina legura cinka, posebno za komponente koje se koriste na otvorenom, marinac, ili hemijski agresivno okruženje.
Prirodna pasivizacija cinka: Kako radi
Kada je izložen zraku i vlazi, cink reagira s kisikom i ugljičnim dioksidom da nastane tanka,
stabilan sloj cink karbonata (ZnCO₃), koji služi kao zaštitna barijera od dalje korozije. Ovo pasivizirajuće ponašanje je:
- Samoizlječenje do manjih ogrebotina i ogrebotina
- Djelotvoran u atmosferskim i blago kiselim/baznim sredinama
- Manje zaštitni u bogatim hloridima (E.g., priobalni) ili kiselim industrijskim okruženjima
Je li cink hrđa?
Tehnički, rđa je termin koji se obično koristi za opisivanje proizvoda korozije željeza i čelika, koji je uglavnom oksid gvožđa.
Cink, S druge strane, formira sloj cink oksida i cink hidroksida kada korodira. Iako ovo nije isto što i hrđa, to je i dalje oblik korozije.
Međutim, proizvodi korozije cinka su generalno bolje prianjajući i zaštitniji u odnosu na rđu, što pomaže u usporavanju dalje korozije metala.
Završna obrada: oblaganje, premazivanje prahom, konverzija hroma
Za povećanje otpornosti na koroziju i estetsku privlačnost legura cinka, koriste se različite tehnike završne obrade površina:
Oblaganje:
Galvanizacija metalima kao što je nikl, hrom, ili legure cink-nikl je uobičajena metoda završne obrade površine.
Oplata pruža dodatni sloj zaštite od korozije i može poboljšati izgled proizvoda.
Na primjer, nikliranje može dati dijelovima od legure cinka sjaj, izdržljiva površina otporna na ogrebotine i koroziju.
Praškasto premazivanje:
Premazivanje prahom uključuje nanošenje suhog praha na površinu dijela od legure cinka, a zatim očvršćavanje pod toplinom.
Ovo formira tvrdu, zaštitni film koji nudi dobru otpornost na koroziju i široku paletu boja.
Proizvodi od legure cinka obloženi prahom se često koriste u vanjskim aplikacijama, kao što su namještaj i arhitektonski hardver.
Pretvorba hroma:
Prevlaka za konverziju hromata uključuje tretiranje površine legure cinka otopinom hroma kako bi se formirala tanka, zaštitni sloj.
Ovaj sloj pruža dobru otpornost na koroziju i može poboljšati prianjanje sljedećih premaza, kao što je boja ili praškasti premaz.
Međutim, zbog ekoloških problema vezanih za heksavalentni hrom (komponenta tradicionalnih otopina hroma), postoji rastući trend korištenja trovalentnog hroma ili alternativa bez hroma.
7. Proizvodnja & Procesi proizvodnje
Die Casting (hot-komora, hladnoća)
Livenje u vrućoj komori:
U toploj komori Die Casting, također poznat kao livenje pod pritiskom, lonac za topljenje je sastavni deo mašine za livenje.
Rastopljena legura cinka se potiskuje u šupljinu kalupa pomoću klipa kroz sistem ubrizgavanja u obliku guščjeg vrata.
Ovaj proces je pogodan za male i srednje dijelove s relativno jednostavnom geometrijom. Nudi visoke stope proizvodnje i dobru točnost dimenzija.
Međutim, ograničena je veličinom lonca za topljenje i vrstom legure koja se može koristiti, jer neke legure mogu reagovati sa metalom lonca za topljenje.
livenje u hladnoj komori:
Lijevanje u hladnoj komori koristi se za veće dijelove i legure koje su sklonije oksidaciji ili imaju veće tačke topljenja.
U ovom procesu, rastopljena legura cinka se sipa u posebnu komoru za ubrizgavanje, a zatim klip potiskuje leguru u šupljinu kalupa.
Lijevanje pod pritiskom u hladnoj komori omogućava bolju kontrolu nad procesom ubrizgavanja i može podnijeti veće količine rastopljenog metala, što ga čini pogodnim za komponente složenog oblika i veće veličine.
Investiciono livenje i livenje u pesak
Livenje pijeska:
Livenje pijeska je tradicionalna metoda za livenje legura cinka. Uzorak željenog dijela koristi se za stvaranje šupljine kalupa u mješavini pijeska.
Peščani kalup se zatim puni rastopljenom legurom cinka, koji se učvršćuje i formira dio.
Lijevanje u pijesak nudi veliku fleksibilnost u pogledu dizajna dijelova, jer može primiti složene oblike i velike veličine.
Međutim, generalno ima nižu tačnost dimenzija i završnu obradu površine u poređenju sa livenjem pod pritiskom.
Dijelovi od legure cinka liveni u pijesak se obično koriste u proizvodnji velikih industrijskih komponenti, dijelovi po mjeri, i neke arhitektonske elemente.
Investicijska livenja:
Investicijska livenja, Poznat i kao izgubljeni vosak, koristi se za proizvodnju visoko preciznih delova od legure cinka složene geometrije.
U ovom procesu, izrađuje se voštani model dijela, koji je zatim obložen keramičkom školjkom.
Vosak se istopi, ostavljajući šupljinu u koju se ulijeva rastopljena legura cinka.
Investiciono livenje omogućava proizvodnju delova sa veoma finim detaljima i visokokvalitetnom završnom obradom površine, ali to je skuplji i dugotrajniji proces u poređenju sa livenjem pod pritiskom i livenjem u pesak.
Gravitaciono livenje
Gravitaciono livenje, ili trajno livenje kalupa, uključuje izlivanje rastopljene legure cinka u kalupnu šupljinu pod silom gravitacije.
Kalup je obično napravljen od metala, kao što je liveno gvožđe ili čelik, i može se više puta koristiti.
Ovaj proces je prikladan za proizvodnju većih dijelova ili dijelova jednostavnije geometrije.
Gravitacijski liveni dijelovi od legure cinka često imaju glatkiju završnu obradu i mogu biti isplativiji za proizvodnju manjeg obima.
Koristi se u aplikacijama gdje visoko precizno lijevanje nije primarni zahtjev, kao što su neki ukrasni predmeti i određene vrste industrijskih komponenti.
Ekstruzija, kovanje, i štancanje
Ekstruzija:
Koristi se za proizvodnju kontinuiranih profila fiksnog poprečnog presjeka od legura cinka.
Gredica legure probija se kroz matricu, što materijalu daje željeni oblik. Ovaj proces je pogodan za izradu proizvoda kao što su štapovi, cijevi, i razni strukturni profili.
Međutim, ekstruzija legura cinka je manje uobičajena u odnosu na druge metale zbog njihove relativno niske čvrstoće i mogućnosti površinskih defekata tokom procesa.
Kovanje:
Kovanje uključuje oblikovanje legure cinka primjenom tlačnih sila, obično koristeći čekiće ili prese.
Ovaj proces može poboljšati mehanička svojstva legure pročišćavanjem strukture zrna i eliminacijom unutrašnjih defekata.
Međutim, kovanje legura cinka predstavlja izazov zbog njihove niske tačke topljenja i relativno loših svojstava toplotne obrade.
Štancanje:
Štancanje je proces koji se koristi za oblikovanje ravnih limova legure cinka u različite oblike primjenom pritiska pomoću matrice.
Obično se koristi u proizvodnji limenih komponenti, kao što su dijelovi karoserije automobila i kućni hardver.
Štancanje legura cinka zahtijeva pažljivo razmatranje mogućnosti oblikovanja legure i dizajna kalupa kako bi se izbjeglo pucanje i drugi nedostaci.
8. Primjena legure cinka
Legura cinka je poznata po odličnoj sposobnosti livenja, dobar odnos snage i težine, Otpornost na koroziju, i sposobnost formiranja složenih oblika sa uskim tolerancijama.
Automobilska industrija
Legure cinka se uvelike koriste i u strukturnim i u dekorativnim automobilskim komponentama zbog svoje izdržljivost, dimenziona stabilnost, i isplativost.
Uobičajene aplikacije:
- Kvake za vrata i poluge za prozore
- Kućišta karburatora
- Okviri amblema i ukrasni dijelovi
- Komponente sigurnosnog pojasa
- Priključci sistema goriva
Consumer Electronics & Hardver
Legure cinka se široko primjenjuju u kućištima elektroničkih uređaja i unutarnjim komponentama zbog svoje EMI zaštita sposobnosti i Električna provodljivost.
Ključne aplikacije:
- Kućišta za pametne telefone
- Šarke i okviri za laptop
- Daljinski upravljači i set-top boxovi
- Kućišta kamere i drona
- Kabelski konektori i terminali
Arhitektonski & Građevinski hardver
Zbog njihove otpornosti na koroziju i atraktivne završne obrade, legure cinka se obično koriste u arhitektonskim aplikacijama.
Tipični proizvodi:
- Ručke i brave na vratima
- Prozorski okovi i šarke
- Ankeri za zidne zavjese
- Dekorativni paneli
- Vodovodne spojnice
Industrijske i mehaničke komponente
Cink’s dimenziona stabilnost, obratnost, i otpornost na habanje čine ga pogodnim za razne mehaničke sklopove.
Korišteno u:
- Zupčanici i poluge
- Kućišta ležajeva
- Remenice i nosači
- Pneumatski i hidraulički sistemi
Dekorativni & Modni dodaci
Legure cinka su popularne u industriji mode i luksuzne robe jer se lako lijevaju i završavaju zlatom, hrom, ili premazi u starinskom stilu.
Uobičajene stavke:
- Kopče za pojas
- Kostimski nakit
- Dugmad, patentni zatvarači, i puca
- Privjesci i amblemi
Igračke, Pokloni & Novelty Items
livenje cinka pod pritiskom omogućava masovnu proizvodnju malih, detaljne komponente, što ga čini odličnim izborom za igračke i kolekcionarske predmete.
Primjeri:
- Modeli automobila i aviona
- Komadi za društvene igre
- Trofeji i medalje
- Minijaturne figurice
Marinac & Okruženje sklono koroziji
Prirodna otpornost cinka na koroziju, posebno u blago slanim sredinama, čini korisnim za marinac Aplikacije.
Aplikacije:
- Oprema za čamac i bitve
- Anode za galvansku zaštitu
- Priključci i kućišta za slanu vodu
9. Ključne prednosti legure cinka
Odlična kavana
- Idealno za složene oblike, fine detalje, i tankih zidova
- Niska tačka topljenja (~385–425°C) omogućava energetski učinkovito livenje i produženi vijek trajanja kalupa
Visoka dimenzionalna tačnost
- Minimalno skupljanje osigurava čvrste tolerancije (±0,05 mm ili bolje)
- Pogodno za precizne komponente bez opsežne naknadne obrade
Jaka mehanička svojstva
- Zatezna čvrstoća do 280 MPa (E.g., terete 3)
- Dobra tvrdoća i krutost, često superiorniji od aluminijskih legura u malim odljevcima
Otpornost na koroziju
- Prirodno stvara zaštitni sloj oksida
- Kompatibilan sa dodatnim premazima kao što je hromiranje, premazivanje prahom, ili pasiviranje za povećanu izdržljivost
Estetski & Završi Fleksibilnost
- Glatka površina pogodna za vrhunske dekorativne dijelove
- Podržava poliranje, četkanje, slikanje, elektroplata (E.g., nikl, hrom, zlato)
Isplativa proizvodnja
- Manja potrošnja energije od aluminijuma ili magnezijuma
- Dug vijek trajanja kalupa smanjuje troškove alata
- Visoka mogućnost recikliranja doprinosi nižim troškovima životnog ciklusa
Brzi proizvodni ciklusi
- Posebno kod livenja u vrućoj komori, ciklusi mogu biti kratki do 3-5 sekundi
- Omogućava veliku jačinu zvuka, automatizovana proizvodnja sa smanjenom radnom snagom
Excellent Joinability
- Podržava mehaničko pričvršćivanje, lemljenje, i lepljenje
- Kompatibilan sa umetcima i komponentama s navojem za funkcionalne sklopove
Superiorna otpornost na habanje
- Izdržljiv u aplikacijama visokog trenja kao što su brave, zupčanici, i pokretnih sklopova
- Dobre performanse zamora u uslovima cikličkog opterećenja
Nisko trošenje alata
- Legure cinka su manje abrazivne od aluminijuma tokom livenja
- Kalupi često mogu premašiti 500.000–1.000.000 snimaka prije zamjene
10. Poređenje legure cinka sa konkurentskim materijalima
| Nekretnina | Legura cinka | Aluminijumska legura | Magnezijum legura | Engineering Plastics |
| Gustina (g / cm³) | 6.6–6.9 | 2.6-2.8 | 1.7–1.9 | 0.9-1.8 |
| Talište (° C) | 385–425 | 600-660 | 620-650 | Varira (obično <300) |
| Zatezna čvrstoća (MPa) | 250–300 (E.g., terete 3) | 180–310 | 200-250 | 50–120 |
| Tvrdoća (Brinell) | 80–120 | 50–100 | 30-70 | 10-40 |
| Castibilnost | Odličan | Dobro | Umjeren | Nije pogodno za livenje |
Obratnost |
Odličan | Dobro | Sajam | Loše do umjereno |
| Otpornost na koroziju | Dobro (sa premazima: vrlo dobro) | Umjeren (potrebno eloksiranje/premazivanje) | Pošteno do dobro (skloni oksidaciji) | Odličan (inertnih polimera) |
| Površinski finiš | Odličan (glatko, poliranje) | Dobro | Sajam | Umjeren (mat do sjajnog) |
| Trošak (Materijal + Obrada) | Niska | Srednji | Visoko | Nisko do srednje |
| Uticaj na životnu sredinu | Može se reciklirati, niskoenergetsko livenje | Veća potrošnja energije, Može se reciklirati, | Može se reciklirati, veći ekološki troškovi | Djelomično reciklirati, na bazi nafte |
| Preciznost dimenzija | Odličan | Dobro | Dobro | Umjeren (sklon skupljanju/savijanju) |
Ključni uporedni podaci
- Cink vs Aluminijum
Cink nudi bolju tačnost dimenzija, finija završna obrada površine, i kraće vrijeme ciklusa livenja.
Aluminijum, dok je lakši, zahtijeva više energije za obradu i često je potrebna naknadna dorada (E.g., Anodiziranje) za otpornost na koroziju. - Magnezijum protiv cinka
Magnezijum je najlakši metal, ali ima lošiju otpornost na koroziju, niži kvalitet površine, i veći trošak obrade.
Cink je stabilniji, lakši za mašinsku obradu, i pogodniji za male precizne dijelove. - Cink protiv inženjerske plastike
Plastika je lagana i bez korozije, ali joj nedostaje mehanička čvrstoća i otpornost na habanje.
Legure cinka premošćuju jaz između metala i plastike u smislu čvrstoće, izgled, i trošak, posebno kod lijevanih komponenti.
11. Zaključak
Od njihovih skromnih početaka do trenutnih najsavremenijih aplikacija, legure cinka su kontinuirano evoluirale kako bi zadovoljile promjenjive zahtjeve različitih industrija.
Njihova jedinstvena kombinacija svojstava, ekonomičnost, a svestranost ih čini izbornim materijalom u bezbrojnim proizvodima.
Tekući istraživački i razvojni napori u oblastima kao što je nanostrukturiranje, zelena proizvodnja, integraciju funkcija, i kompjuterski dizajn utiru put za sljedeću generaciju legura cinka.
Ovaj napredak ne samo da će se pozabaviti postojećim ograničenjima legure cinka, već će otvoriti i nove mogućnosti u novim područjima.
FAQs
Je li legura cinka jaka i izdržljiva?
Da. Legure cinka, posebno legure serije Zamak, nude dobru vlačnu čvrstoću (do 300 MPa) i otpornost na habanje.
Iako nije jak kao čelik, dovoljno su izdržljivi za mnoge strukturalne i mehaničke primjene.
Da li legura cinka rđa ili korodira?
Legure cinka ne rđaju kao gvožđe, ali mogu korodirati pod određenim uvjetima okoline.
Međutim, oni prirodno tvore zaštitni sloj oksida i mogu se dodatno zaštititi premazima kao što su oplata ili praškasti premaz.
Da li je bezbedan nakit od legure cinka?
Da, većina legura cinka koje se koriste u nakitu su bezbedne, posebno kada je bez nikla i pravilno premazana.
Međutim, osobe sa osjetljivošću na metal trebaju potvrditi sastav legure i završnu obradu površine.
Može li se legura cinka reciklirati?
Apsolutno. Legure cinka se vrlo mogu reciklirati i mogu se ponovo rastopiti bez značajnog smanjenja kvaliteta.
To ih čini ekološki odgovornim izborom za masovnu proizvodnju.
Je li legura cinka magnetna?
Ne. Cink i njegove legure su nemagnetni, što ih čini pogodnim za upotrebu u blizini osjetljive elektronske opreme.
Koji su nedostaci legure cinka?
Glavni nedostaci uključuju relativno veliku gustoću (teže od aluminijuma ili magnezijuma), niža tačka topljenja (što ograničava primjenu na visokim temperaturama), i potencijalnu lomljivost pod određenim uslovima.
