» » Цинк и его сплавы
14.05.2015

Цинк

Широкое применение в технике цинк получил в начале прошлого века, когда из цинка начали изготовлять отливки и применять его в качестве предохранительного покрытия от коррозии.
Цинк кристаллизуется в гексагональной системе и обладает различной способностью к деформациям, что зависит от ориентации отдельных кристаллов по отношению к деформирующим силам. В результате этого у деформированных полуфабрикатов (листы, ленты) наблюдается резкая разница в свойствах вдоль и поперек проката. У цинка очень резко выражено свойство анизотропности: например электролитический цинк с 99,97% цинка имеет более высокий предел прочности поперек проката (σb=23 кг/мм2), чем вдоль проката (σb=15 кг/мм2). Эта особенность цинка еще сильнее сказывается при изменениях температуры.
Цинк хорошо поддается обработке давлением и отличается хорошей коррозионной стойкостью, он имеет и относительно удовлетворительные механические свойства, но низкий предел ползучести.
Так как скорость коррозии цинка при контакте с более электроположительными металлами резко повышается, его применяют в качестве протектора для всех более благородных металлов (кроме свинца). Однако в зависимости от состава электролита и перераспределения потенциалов это правило может нарушаться: например в морской воде цинк служит протектором для алюминия, хотя по ряду напряжений алюминий менее благородный металл, чем цинк.
Большой недостаток цинка и цинковых сплавов — склонность к изменению своих размеров и свойств со временем. Кроме этого, цинковые сплавы обладают очень низкой коррозионной стойкостью.
Марки и химический состав выпускаемого технического цинка приведены в табл. 35.
Цинк и его сплавы

Примеси в металле изменяют механические и физико-химические свойства цинка.
Олово в твердом цинке растворяется в ничтожном количестве, и уже при содержании сотых долей процента (менее 0,05% Sn) оно выделяется в виде легкоплавкой эвтектики (температура плавления 198°). Эта эвтектика располагается по границам зерен и делает прокатку цинка невозможной, так как при нагреве слитка она плавится и нарушает его цельность.
При повышенном содержании олова, свинца, кадмия и магния коррозионная стойкость цинка снижается.
Свинец с цинком даже при высоких температурах образуют два жидких слоя и с трудом сплавляются. Свинец, как и олово, является вредной примесью в цинке даже в незначительных количествах. Примеси свинца, а особенно свинца и олова вместе, образуют легкоплавкую эвтектику Zn+Pb+Sn, плавящуюся при температуре около 150°, что не дает возможности подвергать цинк горячей обработке давлением при температуре выше 150°.
На механические свойства свинец почти не влияет, но он способствует коррозии цинка и повышает его растворимость в кислотах. Это используют при изготовлении клише, и поэтому содержание свинца в цинковых листах, предназначенных для полиграфической промышленности, повышают до 1 %.
Железо даже в тысячных долях процента является вредной примесью, так как задерживает рекристаллизацию цинка и способствует получению жестких наклепанных листов. Электролитический цинк, содержащий 0,003% железа, медленно рекристаллизуется при комнатной температуре, если же содержание железа составляет 0,01%, то даже при 50—75° рекристаллизация идет только частично. При содержании железа 0,02% и выше в цинке появляется хрупкое соединение FeZn7, а при содержании железа в цинке свыше 0,2% прокатка цинка уже становится затруднительной.
Цинк и его сплавы
Цинк и его сплавы

Сурьма и мышьяк — вредные примеси, так как они отрицательно влияют на технологические свойства цинка.
Алюминий, магний и медь благоприятно влияют на свойства цинка. Сплавы цинка с добавками указанных элементов широко применяются в промышленности.
Свинец, олово, сурьма и кадмий слабо влияют на твердость цинка; железо, медь и магний сильно изменяют его твердость. Влияние этих элементов на изменение твердости цинка приведено на рис. 38.
Механические свойства цинка, как и большинства других металлов, зависят от степени деформации, что показано на рис. 39. На этом рисунке, кроме того, приведены значения механических свойств цинка по истечении одного месяца после деформации, которые значительно отличаются от механических свойств, измеренных непосредственно после деформации, о чем уже говорилось выше.
Изменение механических свойств цинка при высоких температурах приведено на рис. 40.
Цинк и его сплавы

Цинковые сплавы

Деформируемые цинковые сплавы с добавкой алюминия, меди и магния обладают хорошими механическими свойствами, но очень быстро корродируют. Они применяются в качестве типографских сплавов для отливки шрифтов.
Цинковые сплавы для литья, особенно под давлением, обладают хорошими технологическими свойствами вследствие своей легкоплавкости и жидкотекучести. Примерный состав и механические свойства цинковых сплавов приведены в табл. 36.
Как уже указывалось выше, основным недостатком цинковых сплавов является их сильная коррозия, а также способность изменять размеры CO временем в результате распада твердого раствора меди и алюминия в цинке.
При изготовлении цинковых сплавов необходимо содержание свинца доводить до минимума, так как он резко усиливает коррозию и объемные изменения. Магний же в незначительных количествах усиливает коррозионную стойкость цинковых сплавов.
Цинк и его сплавы