Сплавы ЦАМ - состав, свойства и область применения

Как материал сплав ЦАМ был разработан почти 100 лет назад. Точное имя человека (или группы лиц), сделавшего это, неизвестно. Но мы знаем, что он был сотрудником американской компании the New Jersey Zinc Corporation. С каждым годом ЦАМ открывает для себя новые способы применения в производстве, вытесняя с рынка своих давних конкурентов: алюминий и латунь. 

Состав сплава ЦАМ

Это разновидность цинкового сплава, основными легирующими элементами которого является алюминий и медь. Сама аббревиатура ЦАМ расшифровывается как цинк-алюминий-медь. Цифры, указанные после названия сплава, обозначают процентное содержание металлов. Так обозначение ЦАМ 4-1 говорит, что сплав включает в себя пр  имерно 4% алюминия, 1% меди и 95% цинка. Также ЦАМ всегда содержат в своем составе небольшое количество (до 0,1%) магния.

Цинк представляет собой пластичный металл серебристого цвета и белого оттенка. Достаточно хрупок. Отличается пониженной температурой плавления, высокой жидкотекучестью и низкой стоимостью. Является основой для ЦАМ.

Алюминий сокращает растворимость железа в сплаве, что благоприятно воздействует на механические и литейные характеристики ЦАМа. Помимо этого, алюминий уменьшает влияние зональной ликвации. Способствует измельчению зерна.

Медь вводят в сплав с целью увеличения его прочностных характеристик. Один процент меди повышает значение твердости ЦАМ примерно на 7%. Обратной стороной данного легирования является ухудшение коррозионностойких и пластичных свойств сплава.

Магний – компонент, отвечающий за сдерживание ЦАМом зарождения очагов коррозии, включая самую худшую ее разновидность – мелкозернистую. Также он замедляет процессы старения в сплаве. Чрезмерное легирование ЦАМа магнием (свыше 0,1%) приводит к ухудшению пластичности, прочности и появлению признаков красноломкости.

Помимо основных элементов сплав включает в себя компоненты, отрицательно влияющие на его свойства – вредные примеси. Причиной этому служит несовершенство технологии выплавки и чистота применяемой шихты. Наиболее часто встречаемые примеси – это:

• Олово (до 0,001%).
• Свинец (до 0,007%).
• Кадмий (до 0,003%).
• Железо (до 0,1%).

Попадание данных металлов с ЦАМ приводят к снижению механических характеристик, жидкотекучести и повышает склонность к образованию трещин.

Металлургия предлагает свыше 25 разновидностей ЦАМа, но наибольшее распространение среди них получили такие марки как:

• ЦАМ 4-1 ГОСТ 19424-97.
• ЦАМ 4-3 ГОСТ 19424-97.
• ЦАМ 9-1,5 ГОСТ 21438-95.
• ЦАМ 10-5 ГОСТ 24438-95.

Физические свойства

Плотность ЦАМ равна 6700 кг\м3. Температура плавления колеблется в пределах 380-387 градусов в зависимости от марки сплава. Кипеть ЦАМ начинает при температуре в 710 С

Цинковый сплав хорошо проводит тепло. Коэффициент теплопроводности составляет 110 ВТ\м*К. Имеет незначительный коэффициент линейного расширения. При повышении температуры на 20 градусов длина бруска из ЦАМа увеличивается на 27,7 мкм.

Механические свойства

Прочность ЦАМ по своему значению сравнима с прочностными характеристиками стали 20. Временное сопротивление разрыву равно 245 МПа. Деформироваться начинает при нагрузке в 120 МПа. Твердость сплавов по шкале Бринелля составляет 95-100 единиц.

Пластичные свойства сильно зависят от количественного содержания легирующих элементов в составе. Исходя из их содержания относительное удлинение на растяжение может колебаться от 0,4 до 1,0%.

Химические свойства

Сплавы ЦАМ отличаются хорошей сопротивляемостью к образованию коррозии. Хотя обязательным условием при этом должно быть предварительное нанесение на их поверхность гальванических покрытий. Активно взаимодействует с большинством кислот и щелочей.

ЦАМы не вступают в химические реакции с такими химическими элементами как азот, углерод, водород, бор и кремний. Инертен к аммиачной среде при температуре до 480 градусов.

Технологические свойства

В зависимости от технологического назначения ЦАМ делятся на следующие категории:

• Литейные сплавы. Сюда в первую очередь относят ЦАМ 4-1 и 4-3. Данные марки отличаются повышенными литейными свойствами. Значение их жидкотекучести и усадки позволяет получать тонкостенные (до 0,5 мм) отливки сложной формы. Основной способ изготовления таких заготовок – это литье под давлением.
• Антифрикционные сплавы (ЦАМ 9-1,5 и 10-5) выделяются пониженным коэффициентом терния, чье значение достигает порядка 0,007 единиц.
• Деформируемые сплавы ЦАМ обладают повышенной пластичностью и пониженной красноломкостью, что позволяет их обрабатывать давлением. Помимо этого, они также хорошо поддаются обработке резанием.

ЦАМы относятся к третьей группе свариваемости. Получить качественный сварной шов для данного сплава весьма проблематично Одним из таких вероятных способов является использование аргонодуговой сварки с медной или алюминиевой присадкой при постоянном токе.

Также одним из достоинств цинковых сплавов является возможность доводки поверхности. ЦАМы хорошо подаются полированию и не отличаются склонностью к образованию зазубрин и заусенцев.

Область применения

Все вышеперечисленные характеристики позволили ЦАМ получить широкое распространение в разного рода производстве. Среди них выделяются следующие:

• Наибольшее применение ЦАМы получили в сфере автомобилестроения. Из них производят тонкостенные корпуса карбюраторов и насосов, решетки радиаторов и элементы гидравлического тормоза.
• Подшипниковая промышленность использует сплав как материал для изготовления подшипников скольжения и монометаллических вкладышей.
• В текстильном производстве, по причине способности сплавов хорошо передавать сложные оттенки, изготовляют застежки на молнии, кнопки и пуговицы.
• В пищевой промышленности сплав можно встретить в качестве материала деталей холодильников, посудомоечных машин и прочей бытовой техники.
• Из ЦАМ производят спусковой механизм стрелкового оружия.
• Дверная фурнитура: ручки, петли, элементы замков и прочее.
• Рыболовные снасти: катушки, элементы удочек и т.д.
• Все чаще можно встретить ЦАМ в часовых механизмах.
• Всевозможная сувенирная продукция и игрушки.

Способ получения ЦАМ

Цинко-алюмино-медные сплавы выплавляются в специальных низкотемпературных печах. На производство поставляются в виде чушек. Их химический состав, размеры и вес регулируется государственным стандартом ГОСТ 19424-97.

Для уменьшения содержания вредных примесей и соответственно улучшения механических характеристик сплав предварительно подвергают рафинированию – очищению. Наиболее простой способ – это отстаивать расплав в течение нескольких суток. За данное время нежелательные включения всплывут вверх по причине разности плотностей элементов. После этого следует удаление их с зеркала металла.