1. Uvod
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, otpor korozije, i sposobnost bacanja.
Legure cinka naširoko se koriste u raznim proizvodnim procesima zbog svoje relativno niske točke taljenja, dobra fluidnost tijekom lijevanja, i isplativost.
2. Što je legura cinka?
Cink je plavkastobijeli metal. Legure cinka su metalni kompoziti u kojima je cink primarni sastojak, tipično legirani s elementima poput aluminija (Al), bakar (Pokrajina), magnezij (Mg), i elemente u tragovima poput nikla (U) ili titana (Od).
Ove kombinacije stvaraju legure prilagođene mehaničke čvrstoće, otpor korozije, odljenost, i površinski završetak, što ih čini bitnim u strukturalnim i dekorativnim primjenama.
Primarni legirajući elementi i njihova uloga
| Element | Tipičan % u Alloyu | Svrha |
| Aluminij (Al) | 3–27% | Povećava snagu, poboljšava fluidnost, povećava otpornost na koroziju |
| Bakar (Pokrajina) | 0.5–3% | Povećava tvrdoću, nositi otpor, i vlačna čvrstoća |
| Magnezij (Mg) | <0.06% | Usavršavanje žitarica, poboljšava otpornost na koroziju |
| Nikla (U) | Trag | Povećava čvrstoću na povišenim temperaturama, smanjuje poroznost |
| Titanijum (Od) | Trag | Povećava otpornost na puzanje, koristi se u legurama visokih performansi |
3. Uobičajene obitelji legura cinka
Cinkova legura klasificira se na temelju svog sastava, mehaničko ponašanje, i način obrade.
Tri najuglednije obitelji su ZAMAK legure, ZA legure, i specijalne legure cinka takav Galvan i Zacvilio si.
Svaka grupa je projektirana za posebne zahtjeve izvedbe i proizvodnje.
ZAMAK Legure (Cinkov + Aluminij + Magnezij + bakar (Bakar))
| Legura | Sastav (cca.) | Ključna svojstva | Uobičajene primjene |
| TERETA 3 | Zn-4% Al-0.03%Mg | Izvrsna odljevanost, dimenzionalna stabilnost | Tlačno lijevani dijelovi, potrošačka elektronika, hardver |
| TERETA 5 | Zn-4%Al-1%Cu | Veća čvrstoća i tvrdoća od ZAMAKA 3 | Automobilski dijelovi, strukturne komponente |
| TERETA 2 | Zn-4%Al-3%Cu | Najveća čvrstoća i otpornost na habanje | Industrijski zupčanici, ležajevi |
| TERETA 7 | Zn-4% Al-0.005%Pokrajina (Visoka čistoća) | Superiorna površinska završna obrada, manje nečistoće | Ukrasni odljevci, kozmetičke komponente |
Tehnički uvid:
ZAMAK legure su livenje pod pritiskom u vrućoj komori materijala i naširoko se koriste zbog svojih Izvrsna fluidnost, niska tališta (~385°C), i dobru točnost dimenzija.
TERETA 3 je najčešće korištena i često se smatra "mjerljivom" legurom cinka.
ZA Legure (Cink-aluminijske legure)
| Legura | Sastav (cca.) | Ključna svojstva | Uobičajene primjene |
| ZA-8 | Zn-8%Al-1%Cu | Dobra snaga, pogodan za lijevanje u vrućoj komori | Kućišta konektora, automobilska oprema |
| ZA-12 | Zn-12%Al-1%Cu | Izvrsna otpornost na trošenje i čvrstoća | Industrijske komponente, srednje opterećeni zupčanici |
| ZA-27 | Zn-27%Al-1%Cu | Najveća snaga u ZA skupini, lagana | Strukturni dijelovi, male komponente motora |
Tehnički uvid:
Ponuda ZA legura veća mehanička čvrstoća nego ZAMAK zbog povećanog sadržaja aluminija.
Koriste se prvenstveno u tlačni lijev u hladnoj komori i gravitacijsko lijevanje obrada. ZA-27, posebno, konkurira nekim aluminijskim legurama u vlačnoj čvrstoći (~400 MPa).
Specijalne legure cinka
| Legura | Jedinstvena značajka | Slučaj upotrebe |
| Galvan (Zn-5% Al + Rijetke Zemlje) | Vrhunska otpornost na koroziju (2x pocinčani čelik) | Zaštitni premazi za čelične žice i limove |
| Zacvilio si (Zn-4% Al + Pokrajina) | Izvrsna obradivost, dimenzionalna stabilnost | Alati, kalupi za gumeni kalup, kalupi za oblikovanje malog volumena |
| Legure cinka i bakra (npr.. Legura 925) | Poboljšana tvrdoća i obradivost | Mehanički hardver, mehanizmi za zaključavanje |
4. Fizička svojstva legure cinka
Legure cinka cijenjene su zbog svoje jedinstvene ravnoteže niskog tališta, dimenzionalna stabilnost, te dobru toplinsku i električnu vodljivost.
Ove karakteristike ih čine posebno pogodnim za visokovolumenski tlačni lijev i precizne komponente u više industrija.
Ključna fizička svojstva
| Imovina | Tipičan raspon | Jedinica | Bilješke |
| Gustoća | 6.6 - 6.9 | g/cm³ | Viši od aluminija (~2,7 g/cm³); pogodan za prigušivanje |
| Talište (Čvrsto–tekuće) | 370 - 430 | ° C | Razlikuje se prema sastavu (ZAMAK se topi ~385°C; ZA-27 se topi ~500°C) |
| Toplinska vodljivost | 100 - 120 | W/m · k | Niži od bakra, ali primjeren za umjeren prijenos topline |
| Električna vodljivost | 25 - 30 | % IACS | Niži od bakra, ali dovoljan za mnoge niskonaponske primjene |
| Koeficijent toplinske ekspanzije | 26 - 30 × 10⁻⁶ | /K | Potrebno je uzeti u obzir kod sklopova od više materijala |
| Specifični toplinski kapacitet | 390 - 420 | J/kg · k | Umjerena toplinska inercija |
| Magnetska svojstva | Ne-magnetski | - | Prikladno za primjene gdje se moraju izbjeći magnetske smetnje |
5. Mehanička svojstva legure cinka
Legure cinka poznate su po svojoj izvrsnoj livljivosti i umjerenoj mehaničkoj čvrstoći, posebno kada se koristi u tlačnom lijevanju.
| Imovina | TERETA 3 | TERETA 5 | ZA-8 | ZA-27 | Jedinica |
| Krajnja zatezna čvrstoća | 280 MPA | 330 MPA | 370 MPA | 410 MPA | MPA |
| Snaga popuštanja | 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 čvrstoća (Charpy) | 2.5–3,0 | 2.0–2.5 | 1.5–2.0 | 1.0–1.5 | J (bez zareza) |
6. Otpor korozije & Ponašanje površine cinkovih legura
Otpornost na koroziju vitalno je svojstvo legura cinka, posebno za komponente koje se koriste na otvorenom, morski, ili kemijski agresivne okoline.
Prirodna pasivizacija cinka: Kako to funkcionira
Pri izlaganju zraku i vlazi, cink reagira s kisikom i ugljikovim dioksidom stvarajući tanku,
stabilan sloj cinkovog karbonata (ZnCO3), koji služi kao zaštitna barijera protiv daljnje korozije. Ovo ponašanje pasivizacije je:
- Samoizlječenje na manje ogrebotine i ogrebotine
- Učinkovito u atmosferskim i blago kiselim/baznim sredinama
- Manje štiti kod bogatih kloridima (Npr., obalni) ili kiselim industrijskim okruženjima
Je li cink hrđa?
Tehnički, hrđa je izraz koji se obično koristi za opisivanje proizvoda korozije željeza i čelika, koji je uglavnom željezni oksid.
Cinkov, s druge strane, stvara sloj cinkovog oksida i cinkovog hidroksida kada korodira. Iako ovo nije isto što i hrđa, to je još uvijek oblik korozije.
Međutim, proizvodi korozije cinka općenito bolje prianjaju i štite u usporedbi s hrđom, što pomaže u usporavanju daljnje korozije metala.
Površinska obrada: pozlaćivanje, praškasti premaz, pretvorba kromata
Za povećanje otpornosti na koroziju i estetske privlačnosti legura cinka, koriste se razne tehnike završne obrade površina:
Pozlaćivanje:
Galvanizacija s metalima kao što je nikal, krom, ili legura cink-nikal je uobičajena metoda završne obrade površine.
Prevlaka pruža dodatni sloj zaštite od korozije i također može poboljšati izgled proizvoda.
Na primjer, poniklavanje može dijelovima od legure cinka dati sjaj, izdržljiva površina otporna na ogrebotine i koroziju.
Praškasti premaz:
Premazivanje prahom uključuje nanošenje suhog praha na površinu dijela od legure cinka i zatim otvrdnjavanje pod toplinom.
Ovo čini tvrdu, zaštitni film koji nudi dobru otpornost na koroziju i širok raspon boja.
Proizvodi od legure cinka obloženi prahom često se koriste za vanjsku primjenu, kao što su namještaj i arhitektonska oprema.
Pretvorba kromata:
Kromatni pretvorbeni premaz uključuje tretiranje površine legure cinka otopinom kromata kako bi se formirala tanka, zaštitni sloj.
Ovaj sloj pruža dobru otpornost na koroziju i također može poboljšati prianjanje sljedećih premaza, poput boje ili praškastog premaza.
Međutim, zbog zabrinutosti za okoliš vezane uz heksavalentni krom (komponenta tradicionalnih otopina kromata), postoji rastući trend prema korištenju trovalentnog kroma ili alternativa bez kroma.
7. Proizvodnja & Postupci izrade
Kasting (vruća komora, hladna komora)
Lijevanje pod pritiskom u vrućoj komori:
U vrućoj komori kasting, također poznat kao lijev pod pritiskom guščjeg vrata, lonac za taljenje je sastavni dio stroja za lijevanje.
Rastaljena cinkova legura klipom se potiskuje u šupljinu matrice kroz sustav ubrizgavanja u obliku gušćeg vrata.
Ovaj postupak je prikladan za male do srednje dijelove s relativno jednostavnim geometrijama. Nudi visoke stope proizvodnje i dobru točnost dimenzija.
Međutim, ograničen je veličinom posude za taljenje i vrstom legure koja se može koristiti, jer neke legure mogu reagirati s metalom posude za taljenje.
Tlačni lijev u hladnoj komori:
Tlačni lijev u hladnoj komori koristi se za veće dijelove i legure koje su sklonije oksidaciji ili imaju viša tališta.
U ovom procesu, rastaljena legura cinka se lije u odvojenu komoru za ubrizgavanje, a zatim klip tjera leguru u šupljinu matrice.
Lijevanje pod pritiskom u hladnoj komori pruža bolju kontrolu nad procesom ubrizgavanja i može podnijeti veće količine rastaljenog metala, što ga čini prikladnim za komponente složenih oblika i većih dimenzija.
Lijevanje po investiciji i lijevanje u pijesak
Lijevanje pijeska:
Lijevanje pijeska je tradicionalna metoda za lijevanje legura cinka. Uzorak željenog dijela koristi se za stvaranje šupljine kalupa u mješavini pijeska.
Pješčani kalup se zatim puni rastaljenom cinkovom legurom, koji se skrutne da bi formirao dio.
Lijevanje u pijesak nudi veliku fleksibilnost u pogledu dizajna dijelova, budući da može primiti složene oblike i velike veličine.
Međutim, općenito ima manju točnost dimenzija i završnu obradu površine u usporedbi s lijevima pod pritiskom.
Dijelovi od lijevane cinkove legure obično se koriste u proizvodnji velikih industrijskih komponenti, dijelovi po narudžbi, i neki arhitektonski elementi.
Casting:
Casting, također poznat kao izgubljeni voštani lijev, koristi se za proizvodnju visokopreciznih dijelova od legure cinka složene geometrije.
U ovom procesu, izrađuje se voštani model dijela, koji se zatim oblaže keramičkom ljuskom.
Vosak se rastali, ostavljajući šupljinu u koju se ulijeva rastaljena legura cinka.
Investicijski lijev omogućuje izradu dijelova s vrlo finim detaljima i visokokvalitetnom površinskom obradom, ali to je skuplji i dugotrajniji proces u usporedbi s lijevanjem pod pritiskom i pijeskom.
Gravitacija
Lijevanje gravitacijom, ili trajno lijevanje u kalupe, uključuje izlijevanje rastaljene legure cinka u šupljinu kalupa pod silom gravitacije.
Kalup je obično izrađen od metala, kao što su lijevano željezo ili čelik, i može se koristiti više puta.
Ovaj postupak je prikladan za proizvodnju većih dijelova ili dijelova s jednostavnijim geometrijama.
Gravitacijski lijevani dijelovi od legure cinka često imaju glatkiju završnu obradu i mogu biti isplativiji za manje serije proizvodnje.
Koristi se u primjenama gdje visoko precizno lijevanje nije primarni zahtjev, kao što su neki ukrasni predmeti i određene vrste industrijskih komponenti.
Istiskivanje, kovanje, i žigosanje
Istiskivanje:
Koristi se za izradu kontinuiranih profila fiksnog presjeka od legura cinka.
Zrnca legure se guraju kroz matricu, koji materijalu daje željeni oblik. Ovaj postupak je prikladan za izradu proizvoda kao što su šipke, cijevi, i raznih strukturnih profila.
Međutim, ekstruzija legura cinka manje je uobičajena u usporedbi s drugim metalima zbog njihove relativno niske čvrstoće i mogućnosti površinskih defekata tijekom procesa.
Kovanje:
Kovanje uključuje oblikovanje legure cinka primjenom tlačnih sila, obično pomoću čekića ili preše.
Ovaj proces može poboljšati mehanička svojstva legure pročišćavanjem strukture zrna i uklanjanjem unutarnjih nedostataka.
Međutim, kovanje legura cinka je izazovno zbog njihove niske točke taljenja i relativno loših svojstava obrade u vrućem stanju.
Žigosanje:
Štancanje je postupak koji se koristi za oblikovanje ravnih ploča od legure cinka u različite oblike primjenom pritiska pomoću matrice.
Obično se koristi u proizvodnji dijelova od lima, kao što su dijelovi karoserije automobila i kućanska oprema.
Štancanje legura cinka zahtijeva pažljivo razmatranje mogućnosti oblikovanja legure i dizajna matrica kako bi se izbjeglo pucanje i drugi nedostaci.
8. Primjena legure cinka
Legura cinka poznata je po izvrsnoj livljivosti, dobar odnos snage i težine, otpor korozije, i sposobnost oblikovanja složenih oblika s malim tolerancijama.
Automobilska industrija
Legure cinka uvelike se koriste u strukturnim i dekorativnim komponentama automobila zbog svoje izdržljivost, dimenzionalna stabilnost, i isplativost.
Uobičajene primjene:
- Ručke za vrata i prozore
- Kućišta karburatora
- Okviri amblema i ukrasni dijelovi
- Komponente sigurnosnog pojasa
- Priključci sustava goriva
Potrošačka elektronika & Hardver
Legure cinka naširoko se primjenjuju u kućištima elektroničkih uređaja i unutarnjim komponentama zbog svoje EMI zaštita sposobnosti i električna vodljivost.
Ključne aplikacije:
- Kućišta za pametne telefone
- Šarke i okviri za prijenosna računala
- Daljinski upravljači i set-top box uređaji
- Kućišta za kamere i drone
- Kabelski konektori i terminali
Arhitektonski & Građevinski hardver
Zbog svoje otpornosti na koroziju i atraktivne završne obrade, legure cinka obično se koriste u arhitektonskim primjenama.
Tipični proizvodi:
- Ručke i brave
- Prozorski okovi i šarke
- Sidra za zavjese
- Dekorativni paneli
- Vodovodne armature
Industrijske i mehaničke komponente
cink dimenzionalna stabilnost, obradivost, i nositi otpor čine ga prikladnim za razne mehaničke sklopove.
Korišteno u:
- Zupčanici i poluge
- Ležajevi
- Koloturnice i nosači
- Pneumatski i hidraulički sustavi
Dekorativni & Modni dodaci
Legure cinka popularne su u industriji mode i luksuzne robe jer ih je lako lijevati i obrađivati zlatom, krom, ili premazi u starinskom stilu.
Uobičajene stavke:
- Kopče za remen
- Bižuterija
- Gumbi, patentni zatvarači, i škljocaje
- Privjesci i amblemi
igračke, Pokloni & Novost
Lijevanje cinka pod pritiskom omogućuje masovnu proizvodnju malih, detaljne komponente, što ga čini izvrsnim izborom za igračke i kolekcionarske predmete.
Primjeri:
- Modeli automobila i aviona
- Dijelovi društvenih igara
- Pehari i medalje
- Minijaturne figurice
Morski & Okoline sklone koroziji
Prirodna otpornost cinka na koroziju, osobito u blago slanim sredinama, čini ga korisnim za morski prijava.
Prijava:
- Brodski okovi i bitve
- Anode za galvansku zaštitu
- Priključci i kućišta za slanu vodu
9. Ključne prednosti legure cinka
Izvrsna odljevanost
- Idealno za složene oblike, fini detalji, i dijelovi tankih stijenki
- Točka taljenja (~385–425°C) omogućuje energetski učinkovito lijevanje i produžen vijek trajanja kalupa
Visoka točnost dimenzija
- Minimalno skupljanje osigurava niske tolerancije (±0,05 mm ili bolje)
- Prikladno za precizne komponente bez opsežne naknadne obrade
Snažna mehanička svojstva
- Vlačna čvrstoća do 280 MPA (Npr., terete 3)
- Dobra tvrdoća i krutost, često superiorniji od aluminijskih legura u malim odljevcima
Otpor korozije
- Prirodno stvara zaštitni sloj oksida
- Kompatibilan s dodatnim premazima poput kromiranja, praškasti premaz, ili pasivizacija za povećanu izdržljivost
Estetski & Završna fleksibilnost
- Glatka završna obrada prikladna za vrhunske ukrasne dijelove
- Podržava poliranje, četkanje, slika, galvanizacija (Npr., nikla, krom, zlato)
Isplativa proizvodnja
- Manja potrošnja energije od aluminija ili magnezija
- Dugi vijek trajanja kalupa smanjuje troškove alata
- Visoka mogućnost recikliranja pridonosi nižim troškovima životnog ciklusa
Brzi proizvodni ciklusi
- Osobito kod tlačnog lijevanja u vrućoj komori, ciklusi mogu biti samo 3-5 sekundi
- Omogućuje veliku glasnoću, automatizirana proizvodnja sa smanjenim radom
Izvrsna sposobnost spajanja
- Podržava mehaničko pričvršćivanje, lemljenje, i lijepljenje ljepilom
- Kompatibilan s umetcima i navojnim komponentama za funkcionalne sklopove
Vrhunska otpornost na trošenje
- Izdržljiv u aplikacijama s visokim trenjem poput brava, zupčanici, i pokretni sklopovi
- Dobra otpornost na zamor u uvjetima cikličkog opterećenja
Nisko trošenje alata
- Cinkove legure manje su abrazivne od aluminija tijekom lijevanja
- Kalupi često mogu premašiti 500 000–1 000 000 udaraca prije zamjene
10. Usporedba legure cinka s konkurentskim materijalima
| Imovina | Legura cinka | Aluminijska legura | Legura magnezija | Inženjerska plastika |
| Gustoća (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) |
| Zatečna čvrstoća (MPA) | 250–300 (Npr., terete 3) | 180–310 | 200–250 | 50–120 |
| Tvrdoća (Brinell) | 80–120 | 50–100 | 30–70 | 10–40 |
| Odljenost | Izvrstan | Dobro | Umjeren | Nije prikladno za lijevanje |
Obradivost |
Izvrstan | Dobro | Fer | Slabo do umjereno |
| Otpor korozije | Dobro (s oblogama: jako dobro) | Umjeren (treba eloksiranje/premazivanje) | Pošteno prema dobrom (sklon oksidaciji) | Izvrstan (inertni polimeri) |
| Površinski završetak | Izvrstan (glatka, moguće polirati) | Dobro | Fer | Umjeren (mat do sjajni) |
| Koštati (Materijal + Obrada) | Nizak | Srednji | Visok | Niska do srednja |
| Utjecaj na okoliš | Može se reciklirati, niskoenergetsko lijevanje | Veća potrošnja energije, Može se reciklirati, | Može se reciklirati, veći ekološki trošak | Djelomično se može reciklirati, na bazi nafte |
| Dimenzionalna preciznost | Izvrstan | Dobro | Dobro | Umjeren (sklona skupljanju/savijanju) |
Ključni usporedni zaključci
- Cink vs Aluminij
Cink nudi bolju točnost dimenzija, finija završna obrada površine, i kraće vrijeme ciklusa lijevanja.
Aluminij, dok je lakši, zahtijeva više energije za obradu i često je potrebna naknadna dorada (Npr., Anodirajući) za otpornost na koroziju. - Magnezij protiv cinka
Magnezij je najlakši metal, ali ima lošiju otpornost na koroziju, niža kvaliteta površine, i veći trošak obrade.
Cink je stabilniji, lakši za strojnu obradu, i pogodniji za male precizne dijelove. - Cink protiv inženjerske plastike
Plastika je lagana i otporna na koroziju, ali nema mehaničku čvrstoću i otpornost na trošenje.
Legure cinka premošćuju jaz između metala i plastike u pogledu čvrstoće, izgled, i trošak, posebno kod tlačno lijevanih komponenti.
11. Zaključak
Od njihovih skromnih početaka do trenutnih najsuvremenijih aplikacija, legure cinka kontinuirano su se razvijale kako bi zadovoljile promjenjive zahtjeve raznih industrija.
Njihova jedinstvena kombinacija svojstava, ekonomičnost, a svestranost ih čini materijalom izbora u bezbrojnim proizvodima.
Tekuća istraživanja i razvojni napori u područjima kao što je nanostrukturiranje, zelena proizvodnja, integracija funkcija, i računalni dizajn utiru put sljedećoj generaciji legura cinka.
Ova poboljšanja neće se samo pozabaviti postojećim ograničenjima legure cinka, već će otvoriti i nove mogućnosti u novim poljima.
Česta pitanja
Je li legura cinka jaka i izdržljiva?
Da. Legure cinka, posebno legure serije Zamak, nude dobru vlačnu čvrstoću (do 300 MPA) I nositi otpor.
Iako nije jak kao čelik, dovoljno su izdržljivi za mnoge konstrukcijske i mehaničke primjene.
Da li legura cinka hrđa ili korodira?
Legure cinka ne hrđaju poput željeza, ali mogu korodirati pod određenim uvjetima okoline.
Međutim, oni prirodno tvore zaštitni oksidni sloj i mogu se dodatno zaštititi premazima poput galvanizacije ili praškastog premaza.
Je li nakit od legure cinka siguran?
Da, većina legura cinka koje se koriste u nakitu su sigurne, posebno kada je bez nikla i pravilno presvučen.
Međutim, Osobe s osjetljivošću na metal trebale bi potvrditi sastav legure i površinsku obradu.
Može li se legura cinka reciklirati?
Apsolutno. Legure cinka mogu se u velikoj mjeri reciklirati i mogu se ponovno taliti bez značajnog pogoršanja kvalitete.
To ih čini ekološki odgovornim izborom za masovnu proizvodnju.
Je li legura cinka magnetska?
Ne. Cink i njegove legure nisu magnetske, što ih čini prikladnima za korištenje u blizini osjetljive elektroničke opreme.
Koji su nedostaci legure cinka?
Glavni nedostaci uključuju relativno visoku gustoću (teži od aluminija ili magnezija), niže talište (što ograničava primjenu na visokim temperaturama), i potencijalnu lomljivost pod određenim uvjetima.
