鑄造鋅基耐磨合金ZA27在機械中的應用

0、前言

延長與經過重新改裝的機器與機械使用壽命，是提高產品質量總任務的一個重要環節，首要的問題是降低磨擦構件的磨損與提高它的耐用性。

對應用較廣，又節省能源，工藝簡單，成本低廉的鋅合金進行瞭研究和生產.成功地研制瞭鋅基耐磨合金：ZA27.ZA303。經長期與生產實踐結合.優於ZQSn10-1.ZQSn6-6-3等銅基合金在重力鑄造中的應用。到目前為止，已得到國內九個省近400傢用戶的歡迎，現還在繼續擴大推廣。該合金不僅由於它機械性能（如耐磨、硬度、熔煉配制等）優於銅基合金，而且多種工藝性能（如鑄造、加工、粘結等）也優於銅基合金。該合金鑄造的鑄件成品率高達98%以上，生產成本大幅度下降。因此可以預計，這種合金必將以二十一世紀時髦的機械工程材料服務於人類。

一、鋅基耐磨合金特點及磨損的基本形式

磨擦與磨損是材料力學中不能忽視的一個重要方麵。五十年代以來，國外對磨擦磨損和潤滑的研究及實踐是非常重視的，因為這方麵已經給他們帶來瞭巨大的經濟效益。如1974年日本從減少磨擦磨損中節約開支27.3億美元，美國達120～160億美元，西德達100億馬克。可見研究作為應用的耐磨材料來延長磨擦磨損的壽命具有何等重要意義。

自1980年以來，我們將鋅基耐磨合金廣泛的應用於CW6136、CW6140、CW6163，車床和B665牛頭刨床及鑽床中的 軸套、軸瓦、蝸輪、齒輪花鍵套.螺母 等零件上，替代原錫青銅ZQSn6-6-3、ZQSn10-1和ZQAl9-4等銅合金牌號使用。由於以上機床工作載荷輕，磨擦磨損時受力均勻（一般很難發生異常現象），使用效果良好，受到用戶歡迎。

有人認為磨擦過程不是一些等效接觸行為堆砌，而是由一種狀態向另一種狀態有規則過度的總和。因此我們必須從磨擦副的載荷談起。輕載軸瓦磨擦磨損時由於受力效輕，能形成均勻磨擦，磨損效小。而 重載荷軸瓦 承受的負荷繁重，所承受的壓強度一般都在50公斤·力/平方厘米以上，並還常受沖擊、高溫、粉塵、潤滑條件較差的惡劣條件下工作，軸瓦表麵常出現擦傷、變形犁溝，嚴重時到硬相碎裂而引起燒壞。我們常碰到過這種情況。現以某鋼廠的一臺Ø150兩輥式冷軋機為例。

該廠Ø150n/n兩輥式冷軋鋼機，按圖紙要求采用ZQSn10-1磷青銅制作軸瓦，潤滑條件為邊界潤滑。原該機正常工作時，開機不到兩小時軸與瓦配合部份明顯升溫，工作不到三小時發燒嚴重，必須停機換瓦或刮瓦，再重新工作。即使這樣開開停停，一付軸瓦最長時間隻能用五個班左右，嚴重影響正常工作和生產效率。這顯然與工作條件和軸瓦的材質有關。一般來講，軸瓦在磨擦磨損工作時，軟相基件被軸的表麵凸峰擦傷和刮傷，而硬相暴露起作支撐的作用，如圖一所示：由於砂模散熱效慢（凝固速度低於金屬模鑄造的30倍），銅合金凝固後形成粗晶狀結構，使其生成大塊硬相的聚集，再加上鑄造缺陷如：氣孔、夾渣縮孔、縮松等，都會直接影響瓦的磨損。在重載的情況下，大塊硬相受重壓磨擦後能導致影響與基體裂紋，壓碎及脫落。由於磨擦麵增加瞭磨粒（硬相脫落），就似雪崩一樣不可阻擋，磨擦熱急劇上升，直到將軸瓦燒傷。經市冶金局建議，采用我廠鋅基耐磨合金試試看，我們與該廠配合下，用鋅基耐磨合金加工的軸瓦裝機試車，連續運轉五個班，無異常現象發生，工作平穩正常，後來該機軸瓦全部改用鋅基耐磨合金。

人們在分析磨擦偶件的工作時，註意力隻集中在機械接觸的作用力和材料對它的抗力上。而磨損力又取決於磨擦副材料成分，可是卻忽視瞭亞組織的作用，更很少考慮到組織在磨擦過程的變化。直到近年來才註意到用金相方法分析鋅基合金在磨擦過程中發生的組織變化。因此ZA27中加入微量的高熔點金屬，使其在合金開始結晶時起核心作用，即在最短的時間內析出初生晶格，使合金形成組織，由於晶粒的細化，能生成新的細小的硬化相，均勻分佈在基體中，（磨擦麵既無硬相壓碎且無脫落現象，呈似均勻磨損），使合金性能得到提高，其硬度和耐磨性的提高更為明顯。微量高熔點金屬增添在鋅合金中還可以多方麵的改善其它性能，一般來講效果明顯。

二、銅、鋅合金鑄造缺陷的比較

1．銅合金：作為機械零件中的磨擦副材料，ZQSn10-1、ZQSn6-6-3、ZQAl9-4等銅合金。不論是輕載荷或重載荷的軸瓦等零件，幾乎全由鑄造成形後加工的，而銅合金鑄造缺陷常見的氣孔、針孔、渣孔、縮孔、縮松等之類的問題，這些缺陷能直接影響到所制零件的磨損，眾所周知，凡有鑄造缺陷的軸瓦，磨損現象都較嚴重，重載條件使用的軸瓦磨損現象更為劇烈。

2．鋅基合金：該合金具有低氧化性的特點，同時融化溫度低（380℃～410℃）采用金屬模澆鑄，冷卻速度快，合金致密度高，基本上無鑄造缺陷，保證瞭軸瓦表麵的硬度和光潔度，減少瞭在磨擦和磨損運動中的切向應力，受均勻磨損，提高瞭它的耐用性，從而延長瞭使用壽命。多年的使用經驗來看，該合金特別適合用於各類機械設備中的大小 蝸輪 ，它與銅合金制作的 蝸輪 比較，一般使用壽命延長2至3倍以上。

三、鋅基耐磨合金的鑒定情況

我們用瞭十多年時間對鋅基耐磨合金研制做瞭大量的工作，其中包括（研究鋅中加入其它元素的作用）：研究各種元素在合金中形成的金相及組織結構特征，研究各種成分合金及不同相對機械性能的影響。選出符合要求的合金成分，制成機械零件裝機試用，並測試其使用情況和各種測試工作，包括對鋅基耐磨合金材料試樣進行抗拉、抗壓、硬度、磨擦系數、磨損量、金相結構組織、電鏡、X射線分析、熱分析等，經過各種機械方麵上的裝機實驗和機械物理性能檢查等，效果優良。並於一九八三年十月十五日至十七日，由安徽省機械工業廳組織鑒定後，將該合金列入省推廣的新材料。

鑒定意見如下：

(1)技術文件齊全，數據可靠。
(2)該合金成分選擇正確，試制的零件經過五年多使用證實，該合金具有良好的機械性能。鋅基耐磨合金的抗拉強度為σb29～34公斤/毫米²，抗壓屈服強度大於42公斤/毫米²。而ZQSn6-6-3國傢標準為20公斤/毫米²。較好摩擦性能（該合金與ZQSn6-6-3在相同的工作條件下實驗，ZQSn6-6-3的最大磨損量為0.0122，而鋅基耐磨合金的最大磨損量僅為0.0012），和自潤滑性能，被切削性能好和使用壽命長，是一種優良的耐磨材料。
(3)鋅基耐磨合金熔煉溫度低，鑄造工藝簡單，能源消耗少（降低焦碳消耗60%左右）合金元素燒損少（燒損量僅8%左右），成品率高達98%以上，環境污染輕和勞動強度小。
(4)該合金僅用2～4%銅、25～28%鋁，其餘為鋅和其它微量元素等，因此鑄件成本低廉，費用隻相當於ZQSn6-6-3錫青銅的40%左右，具有顯著的經濟效益。
(5)希望對該合金作進一步研究並擴大試驗品以及制訂生產標準。
(6)從該合金研究成份的選擇，零件的試用及取得效果來看，鋅基耐磨合金的研究成果具有國內先進水平，建議有關部門將該合金作為新牌號納入國傢標準並迅速推廣使用。 (現已有國標GB/T1175一1997)

四、鑄造鋅基耐磨合金的工藝性能及其對其它合金的優勢

1. 流動性
鋅基耐磨合金具有極好的流動性，這是其它有色合金鑄造所遠不能及的，諸如起重吊車傳感機構一類精密零件，即便使用鋼和鑄鐵的永久型鑄造（指金屬模），也能澆鑄出完美的鑄件來。采用鋅基耐磨合金可以鑄出最小壁厚為2毫米、最小孔徑為2毫米的鑄件。而鋁合金則僅能鑄出最小壁厚為4毫米、最小孔徑6.35毫米的鑄件。

2. 低氧化性
該合金具有低氧化率的特性，因此和其它合金相比，熔煉過程中不需要加入熔劑和脫氧劑。而且在重熔時無需加入熔劑。隻有在重熔被大量污染的原料（回爐料，如含油切削時油污嚴重等），才酌情添加適量熔劑。這不僅避免瞭環境污染，同時還改善瞭工人的勞動條件。

3. 低熔點
該合金亦屬於低熔點合金（也可稱為節能合金），其熔點僅380～420℃，澆鑄溫度控制在470℃以下。低熔點的特性給生產過程中帶來很多益處。首先表現在能源選擇和低消耗方麵，由於合金熔點低，使得有可能選擇多種燃料作為能源，如焦碳、煙煤、重油、煤氣，其次，由於合金熔點低，合金成份在熔煉過程中燒損極少，坩堝及熔具等不易燒損，鑄造設備和型砂消耗非常低。所有這些都能節約原材料，因而鑄件成本隨之降低。再由於熔點低，澆鑄溫度低，砂型中產生的氣體少，對型砂的水份、強度、透氣性要求亦無需過嚴。

4. 易切削加工
該合金具有優良的機械加工性能，及成屑性能。可使零件加工過程迅速，縮短瞭加工時間。這個特性鋁、銅合金都無法比擬。該合金加工後表麵光潔明亮，並可進行研磨、拋光、鍍鉻、鍍銅.油漆等超精加工和覆蓋處理。表麵經陽極鈍化處理後，有優良的耐腐蝕能力而用於需要耐腐蝕的零件。該合金初次使用車床切削時會碰到有粘刀的現象，建議車速為500轉/分鐘左右、切角度數為5至7度，這一現象即可消除。精車時塗上一點煤油，光潔度可高達六級以上，成光亮的銀白色，非常美觀。

由於該合金具有上述良好的工藝性，所以這種合金可采用多種鑄造方式。如砂型鑄造、金屬型鑄造（鋼質、銅質、鑄鐵及薄鋼板成型）和石墨型鑄造、石膏模鑄造等等，並能成功地獲得理想的加工成無氣孔的優質鑄件，這是其它有色合金迄今所少有的現象。正是該合金的獨特之處，同時也是它成功的代替鑄造錫青銅等合金的主要原因之一。

五、鑄造鋅基耐磨合金的機械性能、物理性能和耐磨性能

1. 機械、物理性能如下：

(1) 熔點 ℃ 380～420℃
(2) 比重 6.13～6.21
(3) 抗拉強度σb3號合金29～34公斤/毫米²
6號合金33～46公斤/毫米²
(4) 延伸率 0.7～1.5%
(5) 殘壓強度（壓縮率26%） 大於66公斤力/毫米²
(6) 抗壓屈服強度 大於43公斤力/毫米²
(7) 佈氏硬度（HB） 95～130
(8) 沖擊韌性 有切口大於0.4公斤米/厘米²
(9) 無潤滑磨擦系數（與45號鋼材對磨） 0.323～0.330
(10)線膨脹系數 32～150℃ 27×10¤
(11)合金在無潤滑時試驗磨損0.0004

2.耐磨性能

耐磨性能可用耐磨試驗對比表說明

ZA27與ZQSn6-6-3耐磨試驗對比表

ZA27合金替代銅、鋁合金制造耐磨件使用效果極為良好。首先由於它的強度比鑄造青銅高，因而承載能力大大超過青銅，加之該合金與潤滑的副作力非常強（是青銅的4倍）。在長時間的載荷工作條件中，實際上進行油磨，因此合金與對偶材料的磨損量非常小。如某機表機床廠使用該合金替代銅合金制作圓磨床中 軸套 ，轉速為2900轉/分鐘，日平均工作時間10小時。經長達五年的工作運轉，磨損量僅在0.01m/m左右，為該長解決瞭一大技術難關。又如江蘇南通某機床廠用該合金替代銅合金制作平面導軌磨床上的 變速蝸輪 ，裝機兩年左右。由於變速箱體內未加油乾磨擦時間過長，引起發熱冒煙，箱件溫度近達100℃，停車檢修，蝸輪、蝸桿部位尚未發現變形和磨損現象，加油後仍能照常使用。而過去使用銅合金蝸輪時，曾因同樣情況將蝸輪燒壞。到現在為止，該蝸輪已經使用瞭近七年時間，而過去采用ZQSn6-6-3制作的蝸輪最長使用周期僅一年左右。

六、合金的運用領域和經濟效益

鋅基耐磨合金與銅基、鋁基合金相比，具有三大優點。即：優異的工藝性能；優良的機械性能（尤其是耐磨性能）；低廉的成本。這就決定瞭鑄造鋅基耐磨合金的應用領域越來越廣泛。從鑒定後至目前為止，全國已有九省近400餘傢廠礦企業單位采用瞭我們提供的成品合金.半成品.鑄錠。

青銅、黃銅的大部分應用領域是可以探索用鋅基合金去替代，這不僅是因為性能上鋅合金可以與它比美，更主要的是產品成本上鋅合金占有絕對的優勢。例如江蘇某建築機械集團公司采用該合金制作回轉窯承托裝置機瓦代替ZQSn10-1銅合金使用，從成本和使用壽命周期來看，價格降低近七倍。又如浙江某大型電工企業的統計，采用該合金代替ZQSn6-6-3銅合金制作零件投產六年來，節約資金二百一十四萬多元，並提高零件生產率6～8倍。

形狀復雜、極薄、極細小的零件，用銅、鋁合金及其它合金都難以鑄造成功，此時采用鋅基耐磨合金能獲得滿意的鑄件。雖然其它低熔點合金亦能鑄造出完整的形狀，但不具備所要求的機械性能，無法作為零件來使用。

該合金作為模具合金使用，在某些方麵具有鉍錫合金所沒有的優點。眾所周知，鉍基合金的充填能力非常之好，鑄造出的模具完整無缺，但其熔點和硬度太低，則是難以彌補的缺陷，價格昂貴也是一大不足。而鋅基合金卻正好克服瞭它的這些不足。因為鋅合金也具有很好的流動性，充填能力也十分理想，這就是現在不少模具工廠轉向大量采用鋅基合金的原因之所在。

七、合金的線膨脹系數和自動補償

1.該合金在性能測試中，它的熱膨脹系數為：27×10¤，大於ZQSn6-6-3錫青銅（16×10¤），是錫青銅的1.5倍。因此零件在加工過程中，應該註意圖紙上所要求的加工精度，取上項正偏差尺寸的1.5倍為佳。例如Ø80±0.02時，應考慮為Ø80+0.03，預留一定的間隙作為膨脹間隙。由於間隙的增大對精度有一定影響時，開始利用該合金的護油作用，形成瞭含油間隙，同樣保持瞭精度，從而形成油磨，使耐磨度更加提高。該合金在壓力磨擦時隨著負荷加重，磨擦發熱時，卻產生線膨脹系數增大，間隙逐步減少時又保持正常的精度。同時應該註意的是，在制作高、低轉速軸套和軸瓦時，除上限差應增大1.5倍外，還需要在軸瓦軸套的內徑端麵倒圓角；更要留一定的膨脹系數空間位置（以免在磨擦時體積膨脹而導致與軸瓦卡死和將端蓋磨壞等），使連續工作時耐磨度及機械的運轉一直處在正常狀態。

2.該合金具有獨特自動補償性能，它一但與軸和其它對偶產生強力磨擦，磨損嚴重時，在受磨損的部位處能自動補上來。我們在安徽省內某機床廠的產品，液壓刨床零件配油盤裝機試驗時，發現瞭這種現象。由於自動補償的特性，使配油盤的使用壽命提高瞭二至四倍。自動補償的來源主要還是由於線膨脹系數的增大而構成，因此膨脹系數與自動補償息息相關。隻要我們能充分利用合金的特點，就使它能發揮更多的優勢，為我們服務。  

八、鋅基耐磨合金使用時應註意的事項

1.使用低熔點鋅基耐磨合金，工作溫度不應高於120℃（低於120℃時效穩定）。長期工作溫度在70～120℃時應註意考慮冷卻措施，否則機械性能會有所下降、出現變形。
2.如采用該合金制作軸瓦、軸套、螺母等零件，配合件的主軸、軸、螺桿等表麵光潔度應高於該合金。特別是螺桿絲口邊沿不能有銳利的刀口漬，否則會很快地將合金表麵硬相一塊塊切下來或刮下來，成為硬相渣，增加磨擦阻力而燒壞螺母。
3.鋅基合金制作的磨擦副，必須有良好的潤滑條件（潤滑油應無渣物，要清潔）。
4.鋅基耐磨合金熱膨脹系數（27×10¤）大於銅合金，成批加工時，先粗車後卸下來，待零件冷卻後再精車。否則精車後的工件尺寸不穩定，從而引起成批報廢。

九、結論

1.鑄造鋅基耐磨合金，具有高強度，高耐磨的性能。鑄造工藝簡單，適用於各種鑄造工藝方法，滿足生產和使用的要求，是一種優良的、有前途的機械工程材料。在制作結構件、受力件、耐磨件和低熔點合金模具等方麵有巨大的潛力。
2.該合金由於鑄造性能優良，可消除銅合金在鑄造時造成的各類缺陷，能順利鑄制出銅合金無法解決各類復雜零件。
3.該合金澆鑄溫度低，金屬模鑄造壽命可達幾萬次以上，免去瞭型砂消耗，生產周期短，同時設備簡單，操作方便、安全，改善瞭勞動條件，上馬容易，見效快。
4.該合金機械性能優良，能擴大使用范圍。我們除去用於代替ZQSn10-1、ZQSn6-6-3、 ZQAl9-4合金外，還用於替代鋼件、高強度鋁合金等已取得效好成績。
5.由生產實踐表明，用該合金替代銅合金後，獲得明顯的經濟效益，提高生產4～8倍，質量穩定，降低成本50～70%。
6.環境污染輕，不需要增加防污染的專業設備。    鑄造鋅基耐磨合金ZA27在機械中的應用

0、前言

延長與經過重新改裝的機器與機械使用壽命，是提高產品質量總任務的一個重要環節，首要的問題是降低磨擦構件的磨損與提高它的耐用性。

對應用較廣，又節省能源，工藝簡單，成本低廉的鋅合金進行瞭研究和生產.成功地研制瞭鋅基耐磨合金：ZA27.ZA303。經長期與生產實踐結合.優於ZQSn10-1.ZQSn6-6-3等銅基合金在重力鑄造中的應用。到目前為止，已得到國內九個省近400傢用戶的歡迎，現還在繼續擴大推廣。該合金不僅由於它機械性能（如耐磨、硬度、熔煉配制等）優於銅基合金，而且多種工藝性能（如鑄造、加工、粘結等）也優於銅基合金。該合金鑄造的鑄件成品率高達98%以上，生產成本大幅度下降。因此可以預計，這種合金必將以二十一世紀時髦的機械工程材料服務於人類。

一、鋅基耐磨合金特點及磨損的基本形式

磨擦與磨損是材料力學中不能忽視的一個重要方麵。五十年代以來，國外對磨擦磨損和潤滑的研究及實踐是非常重視的，因為這方麵已經給他們帶來瞭巨大的經濟效益。如1974年日本從減少磨擦磨損中節約開支27.3億美元，美國達120～160億美元，西德達100億馬克。可見研究作為應用的耐磨材料來延長磨擦磨損的壽命具有何等重要意義。

自1980年以來，我們將鋅基耐磨合金廣泛的應用於CW6136、CW6140、CW6163，車床和B665牛頭刨床及鑽床中的 軸套、軸瓦、蝸輪、齒輪花鍵套.螺母 等零件上，替代原錫青銅ZQSn6-6-3、ZQSn10-1和ZQAl9-4等銅合金牌號使用。由於以上機床工作載荷輕，磨擦磨損時受力均勻（一般很難發生異常現象），使用效果良好，受到用戶歡迎。

有人認為磨擦過程不是一些等效接觸行為堆砌，而是由一種狀態向另一種狀態有規則過度的總和。因此我們必須從磨擦副的載荷談起。輕載軸瓦磨擦磨損時由於受力效輕，能形成均勻磨擦，磨損效小。而 重載荷軸瓦 承受的負荷繁重，所承受的壓強度一般都在50公斤·力/平方厘米以上，並還常受沖擊、高溫、粉塵、潤滑條件較差的惡劣條件下工作，軸瓦表麵常出現擦傷、變形犁溝，嚴重時到硬相碎裂而引起燒壞。我們常碰到過這種情況。現以某鋼廠的一臺Ø150兩輥式冷軋機為例。

該廠Ø150n/n兩輥式冷軋鋼機，按圖紙要求采用ZQSn10-1磷青銅制作軸瓦，潤滑條件為邊界潤滑。原該機正常工作時，開機不到兩小時軸與瓦配合部份明顯升溫，工作不到三小時發燒嚴重，必須停機換瓦或刮瓦，再重新工作。即使這樣開開停停，一付軸瓦最長時間隻能用五個班左右，嚴重影響正常工作和生產效率。這顯然與工作條件和軸瓦的材質有關。一般來講，軸瓦在磨擦磨損工作時，軟相基件被軸的表麵凸峰擦傷和刮傷，而硬相暴露起作支撐的作用，如圖一所示：由於砂模散熱效慢（凝固速度低於金屬模鑄造的30倍），銅合金凝固後形成粗晶狀結構，使其生成大塊硬相的聚集，再加上鑄造缺陷如：氣孔、夾渣縮孔、縮松等，都會直接影響瓦的磨損。在重載的情況下，大塊硬相受重壓磨擦後能導致影響與基體裂紋，壓碎及脫落。由於磨擦麵增加瞭磨粒（硬相脫落），就似雪崩一樣不可阻擋，磨擦熱急劇上升，直到將軸瓦燒傷。經市冶金局建議，采用我廠鋅基耐磨合金試試看，我們與該廠配合下，用鋅基耐磨合金加工的軸瓦裝機試車，連續運轉五個班，無異常現象發生，工作平穩正常，後來該機軸瓦全部改用鋅基耐磨合金。

人們在分析磨擦偶件的工作時，註意力隻集中在機械接觸的作用力和材料對它的抗力上。而磨損力又取決於磨擦副材料成分，可是卻忽視瞭亞組織的作用，更很少考慮到組織在磨擦過程的變化。直到近年來才註意到用金相方法分析鋅基合金在磨擦過程中發生的組織變化。因此ZA27中加入微量的高熔點金屬，使其在合金開始結晶時起核心作用，即在最短的時間內析出初生晶格，使合金形成組織，由於晶粒的細化，能生成新的細小的硬化相，均勻分佈在基體中，（磨擦麵既無硬相壓碎且無脫落現象，呈似均勻磨損），使合金性能得到提高，其硬度和耐磨性的提高更為明顯。微量高熔點金屬增添在鋅合金中還可以多方麵的改善其它性能，一般來講效果明顯。

二、銅、鋅合金鑄造缺陷的比較

1．銅合金：作為機械零件中的磨擦副材料，ZQSn10-1、ZQSn6-6-3、ZQAl9-4等銅合金。不論是輕載荷或重載荷的軸瓦等零件，幾乎全由鑄造成形後加工的，而銅合金鑄造缺陷常見的氣孔、針孔、渣孔、縮孔、縮松等之類的問題，這些缺陷能直接影響到所制零件的磨損，眾所周知，凡有鑄造缺陷的軸瓦，磨損現象都較嚴重，重載條件使用的軸瓦磨損現象更為劇烈。

2．鋅基合金：該合金具有低氧化性的特點，同時融化溫度低（380℃～410℃）采用金屬模澆鑄，冷卻速度快，合金致密度高，基本上無鑄造缺陷，保證瞭軸瓦表麵的硬度和光潔度，減少瞭在磨擦和磨損運動中的切向應力，受均勻磨損，提高瞭它的耐用性，從而延長瞭使用壽命。多年的使用經驗來看，該合金特別適合用於各類機械設備中的大小 蝸輪 ，它與銅合金制作的 蝸輪 比較，一般使用壽命延長2至3倍以上。

三、鋅基耐磨合金的鑒定情況

我們用瞭十多年時間對鋅基耐磨合金研制做瞭大量的工作，其中包括（研究鋅中加入其它元素的作用）：研究各種元素在合金中形成的金相及組織結構特征，研究各種成分合金及不同相對機械性能的影響。選出符合要求的合金成分，制成機械零件裝機試用，並測試其使用情況和各種測試工作，包括對鋅基耐磨合金材料試樣進行抗拉、抗壓、硬度、磨擦系數、磨損量、金相結構組織、電鏡、X射線分析、熱分析等，經過各種機械方麵上的裝機實驗和機械物理性能檢查等，效果優良。並於一九八三年十月十五日至十七日，由安徽省機械工業廳組織鑒定後，將該合金列入省推廣的新材料。

鑒定意見如下：

(1)技術文件齊全，數據可靠。
(2)該合金成分選擇正確，試制的零件經過五年多使用證實，該合金具有良好的機械性能。鋅基耐磨合金的抗拉強度為σb29～34公斤/毫米²，抗壓屈服強度大於42公斤/毫米²。而ZQSn6-6-3國傢標準為20公斤/毫米²。較好摩擦性能（該合金與ZQSn6-6-3在相同的工作條件下實驗，ZQSn6-6-3的最大磨損量為0.0122，而鋅基耐磨合金的最大磨損量僅為0.0012），和自潤滑性能，被切削性能好和使用壽命長，是一種優良的耐磨材料。
(3)鋅基耐磨合金熔煉溫度低，鑄造工藝簡單，能源消耗少（降低焦碳消耗60%左右）合金元素燒損少（燒損量僅8%左右），成品率高達98%以上，環境污染輕和勞動強度小。
(4)該合金僅用2～4%銅、25～28%鋁，其餘為鋅和其它微量元素等，因此鑄件成本低廉，費用隻相當於ZQSn6-6-3錫青銅的40%左右，具有顯著的經濟效益。
(5)希望對該合金作進一步研究並擴大試驗品以及制訂生產標準。
(6)從該合金研究成份的選擇，零件的試用及取得效果來看，鋅基耐磨合金的研究成果具有國內先進水平，建議有關部門將該合金作為新牌號納入國傢標準並迅速推廣使用。 (現已有國標GB/T1175一1997)

四、鑄造鋅基耐磨合金的工藝性能及其對其它合金的優勢

1. 流動性
鋅基耐磨合金具有極好的流動性，這是其它有色合金鑄造所遠不能及的，諸如起重吊車傳感機構一類精密零件，即便使用鋼和鑄鐵的永久型鑄造（指金屬模），也能澆鑄出完美的鑄件來。采用鋅基耐磨合金可以鑄出最小壁厚為2毫米、最小孔徑為2毫米的鑄件。而鋁合金則僅能鑄出最小壁厚為4毫米、最小孔徑6.35毫米的鑄件。

2. 低氧化性
該合金具有低氧化率的特性，因此和其它合金相比，熔煉過程中不需要加入熔劑和脫氧劑。而且在重熔時無需加入熔劑。隻有在重熔被大量污染的原料（回爐料，如含油切削時油污嚴重等），才酌情添加適量熔劑。這不僅避免瞭環境污染，同時還改善瞭工人的勞動條件。

3. 低熔點
該合金亦屬於低熔點合金（也可稱為節能合金），其熔點僅380～420℃，澆鑄溫度控制在470℃以下。低熔點的特性給生產過程中帶來很多益處。首先表現在能源選擇和低消耗方麵，由於合金熔點低，使得有可能選擇多種燃料作為能源，如焦碳、煙煤、重油、煤氣，其次，由於合金熔點低，合金成份在熔煉過程中燒損極少，坩堝及熔具等不易燒損，鑄造設備和型砂消耗非常低。所有這些都能節約原材料，因而鑄件成本隨之降低。再由於熔點低，澆鑄溫度低，砂型中產生的氣體少，對型砂的水份、強度、透氣性要求亦無需過嚴。

4. 易切削加工
該合金具有優良的機械加工性能，及成屑性能。可使零件加工過程迅速，縮短瞭加工時間。這個特性鋁、銅合金都無法比擬。該合金加工後表麵光潔明亮，並可進行研磨、拋光、鍍鉻、鍍銅.油漆等超精加工和覆蓋處理。表麵經陽極鈍化處理後，有優良的耐腐蝕能力而用於需要耐腐蝕的零件。該合金初次使用車床切削時會碰到有粘刀的現象，建議車速為500轉/分鐘左右、切角度數為5至7度，這一現象即可消除。精車時塗上一點煤油，光潔度可高達六級以上，成光亮的銀白色，非常美觀。

由於該合金具有上述良好的工藝性，所以這種合金可采用多種鑄造方式。如砂型鑄造、金屬型鑄造（鋼質、銅質、鑄鐵及薄鋼板成型）和石墨型鑄造、石膏模鑄造等等，並能成功地獲得理想的加工成無氣孔的優質鑄件，這是其它有色合金迄今所少有的現象。正是該合金的獨特之處，同時也是它成功的代替鑄造錫青銅等合金的主要原因之一。

五、鑄造鋅基耐磨合金的機械性能、物理性能和耐磨性能

1. 機械、物理性能如下：

(1) 熔點 ℃ 380～420℃
(2) 比重 6.13～6.21
(3) 抗拉強度σb3號合金29～34公斤/毫米²
6號合金33～46公斤/毫米²
(4) 延伸率 0.7～1.5%
(5) 殘壓強度（壓縮率26%） 大於66公斤力/毫米²
(6) 抗壓屈服強度 大於43公斤力/毫米²
(7) 佈氏硬度（HB） 95～130
(8) 沖擊韌性 有切口大於0.4公斤米/厘米²
(9) 無潤滑磨擦系數（與45號鋼材對磨） 0.323～0.330
(10)線膨脹系數 32～150℃ 27×10¤
(11)合金在無潤滑時試驗磨損0.0004

2.耐磨性能

耐磨性能可用耐磨試驗對比表說明

ZA27與ZQSn6-6-3耐磨試驗對比表

ZA27合金替代銅、鋁合金制造耐磨件使用效果極為良好。首先由於它的強度比鑄造青銅高，因而承載能力大大超過青銅，加之該合金與潤滑的副作力非常強（是青銅的4倍）。在長時間的載荷工作條件中，實際上進行油磨，因此合金與對偶材料的磨損量非常小。如某機表機床廠使用該合金替代銅合金制作圓磨床中 軸套 ，轉速為2900轉/分鐘，日平均工作時間10小時。經長達五年的工作運轉，磨損量僅在0.01m/m左右，為該長解決瞭一大技術難關。又如江蘇南通某機床廠用該合金替代銅合金制作平面導軌磨床上的 變速蝸輪 ，裝機兩年左右。由於變速箱體內未加油乾磨擦時間過長，引起發熱冒煙，箱件溫度近達100℃，停車檢修，蝸輪、蝸桿部位尚未發現變形和磨損現象，加油後仍能照常使用。而過去使用銅合金蝸輪時，曾因同樣情況將蝸輪燒壞。到現在為止，該蝸輪已經使用瞭近七年時間，而過去采用ZQSn6-6-3制作的蝸輪最長使用周期僅一年左右。

六、合金的運用領域和經濟效益

鋅基耐磨合金與銅基、鋁基合金相比，具有三大優點。即：優異的工藝性能；優良的機械性能（尤其是耐磨性能）；低廉的成本。這就決定瞭鑄造鋅基耐磨合金的應用領域越來越廣泛。從鑒定後至目前為止，全國已有九省近400餘傢廠礦企業單位采用瞭我們提供的成品合金.半成品.鑄錠。

青銅、黃銅的大部分應用領域是可以探索用鋅基合金去替代，這不僅是因為性能上鋅合金可以與它比美，更主要的是產品成本上鋅合金占有絕對的優勢。例如江蘇某建築機械集團公司采用該合金制作回轉窯承托裝置機瓦代替ZQSn10-1銅合金使用，從成本和使用壽命周期來看，價格降低近七倍。又如浙江某大型電工企業的統計，采用該合金代替ZQSn6-6-3銅合金制作零件投產六年來，節約資金二百一十四萬多元，並提高零件生產率6～8倍。

形狀復雜、極薄、極細小的零件，用銅、鋁合金及其它合金都難以鑄造成功，此時采用鋅基耐磨合金能獲得滿意的鑄件。雖然其它低熔點合金亦能鑄造出完整的形狀，但不具備所要求的機械性能，無法作為零件來使用。

該合金作為模具合金使用，在某些方麵具有鉍錫合金所沒有的優點。眾所周知，鉍基合金的充填能力非常之好，鑄造出的模具完整無缺，但其熔點和硬度太低，則是難以彌補的缺陷，價格昂貴也是一大不足。而鋅基合金卻正好克服瞭它的這些不足。因為鋅合金也具有很好的流動性，充填能力也十分理想，這就是現在不少模具工廠轉向大量采用鋅基合金的原因之所在。

七、合金的線膨脹系數和自動補償

1.該合金在性能測試中，它的熱膨脹系數為：27×10¤，大於ZQSn6-6-3錫青銅（16×10¤），是錫青銅的1.5倍。因此零件在加工過程中，應該註意圖紙上所要求的加工精度，取上項正偏差尺寸的1.5倍為佳。例如Ø80±0.02時，應考慮為Ø80+0.03，預留一定的間隙作為膨脹間隙。由於間隙的增大對精度有一定影響時，開始利用該合金的護油作用，形成瞭含油間隙，同樣保持瞭精度，從而形成油磨，使耐磨度更加提高。該合金在壓力磨擦時隨著負荷加重，磨擦發熱時，卻產生線膨脹系數增大，間隙逐步減少時又保持正常的精度。同時應該註意的是，在制作高、低轉速軸套和軸瓦時，除上限差應增大1.5倍外，還需要在軸瓦軸套的內徑端麵倒圓角；更要留一定的膨脹系數空間位置（以免在磨擦時體積膨脹而導致與軸瓦卡死和將端蓋磨壞等），使連續工作時耐磨度及機械的運轉一直處在正常狀態。

2.該合金具有獨特自動補償性能，它一但與軸和其它對偶產生強力磨擦，磨損嚴重時，在受磨損的部位處能自動補上來。我們在安徽省內某機床廠的產品，液壓刨床零件配油盤裝機試驗時，發現瞭這種現象。由於自動補償的特性，使配油盤的使用壽命提高瞭二至四倍。自動補償的來源主要還是由於線膨脹系數的增大而構成，因此膨脹系數與自動補償息息相關。隻要我們能充分利用合金的特點，就使它能發揮更多的優勢，為我們服務。  

八、鋅基耐磨合金使用時應註意的事項

1.使用低熔點鋅基耐磨合金，工作溫度不應高於120℃（低於120℃時效穩定）。長期工作溫度在70～120℃時應註意考慮冷卻措施，否則機械性能會有所下降、出現變形。
2.如采用該合金制作軸瓦、軸套、螺母等零件，配合件的主軸、軸、螺桿等表麵光潔度應高於該合金。特別是螺桿絲口邊沿不能有銳利的刀口漬，否則會很快地將合金表麵硬相一塊塊切下來或刮下來，成為硬相渣，增加磨擦阻力而燒壞螺母。
3.鋅基合金制作的磨擦副，必須有良好的潤滑條件（潤滑油應無渣物，要清潔）。
4.鋅基耐磨合金熱膨脹系數（27×10¤）大於銅合金，成批加工時，先粗車後卸下來，待零件冷卻後再精車。否則精車後的工件尺寸不穩定，從而引起成批報廢。

九、結論

1.鑄造鋅基耐磨合金，具有高強度，高耐磨的性能。鑄造工藝簡單，適用於各種鑄造工藝方法，滿足生產和使用的要求，是一種優良的、有前途的機械工程材料。在制作結構件、受力件、耐磨件和低熔點合金模具等方麵有巨大的潛力。
2.該合金由於鑄造性能優良，可消除銅合金在鑄造時造成的各類缺陷，能順利鑄制出銅合金無法解決各類復雜零件。
3.該合金澆鑄溫度低，金屬模鑄造壽命可達幾萬次以上，免去瞭型砂消耗，生產周期短，同時設備簡單，操作方便、安全，改善瞭勞動條件，上馬容易，見效快。
4.該合金機械性能優良，能擴大使用范圍。我們除去用於代替ZQSn10-1、ZQSn6-6-3、 ZQAl9-4合金外，還用於替代鋼件、高強度鋁合金等已取得效好成績。
5.由生產實踐表明，用該合金替代銅合金後，獲得明顯的經濟效益，提高生產4～8倍，質量穩定，降低成本50～70%。
6.環境污染輕，不需要增加防污染的專業設備。

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