國標規定的ZA27-2化學成分及物理特性

合金牌號 合金代號 合金元素 主要雜質含量(不大于)

ZZnAl27Cu2Mg ZA27-2 Al Cu Mg Zn Fe Pb Cd Sn 其他

25.0-28.0 2.0-2.5 0.01-0.020 其余 0.075 0.006 0.006 0.003

Mn0.01

Cr0.01

Ni0.01

合金牌號 合金代號 鑄造方法及狀態 抗拉強度

MPa 延伸率 % 布氏硬度

HBS

ZZnAl27Cu2Mg ZA27-2 SF

ST3

JF 400

310

420 3

8

1 110

90

110

注:T3工藝為320℃·3h爐冷。

高鋁鋅基合金制品的化學成分及物理特性

合金牌號 合金代號 合金元素 主要雜質含量

(不大于)

Al Cu Mg Zn Fe Pb Cd Sn 其他

ZZnAl27Cu1Mg ZA27-1B 25.0-28.0 1.0-2.0 0.01-0.02 其余 0.055 0.006 0.006 0.003 Mn0.01

Cr0.01

Ni0.01

ZZnAl27Cu2Mg ZA27-2B1

ZA27-2B2

25.0-30.0 2.0-3.0 0.01-0.02 其余 0.075 0.006 0.006 0.003 Mn0.01

Cr0.01

Ni0.01

合金牌號 合金代號 鑄造方法及狀態 抗拉強度

MPa 延伸率 % 布氏硬度

HBS

ZZnAl27Cu1Mg ZA27-1B SF 380 10 100

JT2 350 14 90

JF 400 6 110

ZZnAl27Cu2Mg ZA27-2B1 SF 400 10 100

JT1 360 14 90

JF 420 6 110

ZA27-2B2 SF 420 10 105

JT1 380 12 90

JF 440 6 120

注: T1工藝指穩定化熱處理工藝，T2工藝指時效熱處理工藝。

節約成本 優勢明顯

鋅基合金不僅具有優越的機械性能，更具有極高的性價比。以鋅代銅，不僅能有效保證提高您的產品性能，同時可使您同種規格的產品節省成本40%左右:

以Φ5×74m回轉窯托輪軸瓦為例，每套12件，可節約166700元.

高鋁鋅基合金在回轉窯上的應用

使用條件

適用于低速≤7.1m/s、重載≤300Kg/cm2、常溫≤150℃條件下，要求[pv] ≤30。

生產能力

可為10000t/d以下回轉窯提供全系列托輪軸瓦、軸套產品，具有年產3000臺套的生產能力。

高鋁鋅基合金在回轉窯上的應用

軸瓦的刮研與潤滑建議

1.刮研建議:

a.應保證軸瓦與球面瓦接觸良好，軸瓦背與球面瓦在配合刮研時，接觸點為25×25mm2上不少于3點，并用涂色法進行檢查。

b.應保證軸瓦與軸頸接觸均勻、連續。刮研接觸角以30~40度為宜，接觸點為1~2點/cm2。

1

0

PUBLIC POWER

08/09

c.軸瓦與軸頸的側隙應刮削平順，檢測規范可參見設計部門提供的安裝方案。實際中應根據瓦口間隙的大小和儲油槽的深淺、平順刮削至接觸帶，起始處不小于1mm，末端應在0.15~0.20之間。

d.軸瓦刮研端面為10×10mm2上不少于1點。

2.潤滑建議

a.通常情況下，夏季宜采用VG680動力粘度的潤滑油，冬季宜采用VG460動力粘度的潤滑油。同時，使用中也要考慮環境和地域的差異并高度關注潤滑油膜的厚度是否滿足潤滑要求。

b.雖然高鋁鋅基合金軸瓦與青銅軸瓦相比對潤滑油的要求更低，但是因為當今設備的發展趨勢正向著負荷大、效率高、壽命長的方向發展，因此我們一定要更新潤滑觀念，為了保證設備更加安全運行，建議采用高品質的含有極壓及耐磨添加劑的潤滑油。

c.高度關注磨合初期的潤滑情況，加強監控與清潔。

《中華人民共和國國家標準---鑄造鋅合金》 GB/T 1175-1997 (1997-03-04發布 1997-09-01實施)

本標準首次全面修訂。國際標準化組織(ISO)尚未制訂鑄造鋅合金標準(僅有一個鋅合金標準ISO301-1981,其中僅列出合金錠的化學成分沒有列出力學性能)。為促進國際貿易，技術和經濟交流，同時又能滿足國內市場須要，在本版本中引進了德國標準DIN1743中兩個合金牌號(適用于制造沖壓模具和美術裝飾品)，美國標準ASTM B791中三個合金牌號(適用于制造減磨、減震和結構件)。上述五個合金牌號在引用時僅采用了它們的化學成分和力學性能指標，具體見本標準附錄B。

本版本在下列章節中有所改變:

---第3章中給出鋅合金定義、新的牌號和代號;

---第4.1條中在ZA9-2合金中將鋁含量上限由11.0%改為10.0%,在ZA 11-5合金中將鋁含量下限由9.0%改為10.0%,取消ZZnAl4和ZZnAl4-0.5兩個壓軸合金牌號;

---第4.4條中增加試樣澆冒口系統

---第4.7條中新增條文;

---第5章中新增條文5.1-5.6

本標準GB 16746-1997《鋅合金鑄件》配套使用。

本標準的附錄A是標準的附錄;

本標準的附錄B是提示的附錄。

本標準由中華人民共和國機械工業部提出。

本標準由全國鑄造標準化技術委員會歸口。

本標準起草單位:沈陽鑄造研究所、河南中發合金制品有限公司(現許昌眾力合金制品有限公司)、阿城市有色金屬鑄造廠、沈陽高壓開關廠、包頭五二研究所。

本標準主要起草人:張照文、申震濤、李東基、張斌、靳依林

與巴氏合金相比

除了擁有顯著的性價比優勢外，還具有更高的強韌性、更低的比重和更寬的應用范圍等特點。

與青銅相比

1.強度、硬度和許用壓力與鋁青銅相當，廣泛超過錫、鉛等青銅，許用速度相近。完全能夠滿足軸瓦等獨立減摩耐磨零件使用條件的需求。

2.對潤滑油的親和力較強，自潤滑性更好，加上其冶金特性(熔點低，不易與鋼軸發生冶金結合)，因此使用中抗粘著性強，減摩耐磨特性更加突出。

3.摩擦系數低，磨損小，因而使用壽命更長。同等使用條件下，一般在銅瓦的1倍以上，從而降低了配件的采購成本。

4.熱導率大(ZZnAl27Cu2Mg λ=125; ZCuAl10Fe3 λ=59)，散熱快，磨面溫升慢且低，對配對摩擦有更好的保護作用。

5.材料密度低(ZZnAl27Cu2Mg ρ=5g/cm3)，產品質量輕(同型號、同規格質量輕1/3)，安裝、維護更加容易、方便。

6.具有較高阻尼特性，減振抗噪。

其在1997年被列入國家推薦標準《鑄造鋅基合金》后(標準代號:GB/T1175-1997)，以ZnAl27Cu2Mg即ZA27-2為代表并衍生的高鋁鋅基合金，作為新型軸承合金已廣泛取代部分巴氏合金和青銅，用來制造各類軸瓦、軸套、滑板、滑塊、蝸輪及傳動螺母等減摩耐磨件。

以鋅為基加入其他元素組成的合金。常加的合金元素有鋁、銅、鎂、鎘、鉛、鈦等。鋅基合金熔點低，流動性好，易熔焊，釬焊和塑性加工，在大氣中耐腐蝕，殘廢料便于回收和重熔;但蠕變強度低，易發生自然時效引起尺寸變化。熔融法制備，壓鑄或壓力加工成材。按制造工藝可分為鑄造鋅基合金和變形鋅基合金。

一、鋅基合金的特點

1. 比重大。

2. 鑄造性能好，可以壓鑄形狀復雜、薄壁的精密件，鑄件表面光滑。

3. 可進行表面處理:電鍍、噴涂、噴漆。

4. 熔化與壓鑄時不吸鐵，不腐蝕壓型，不粘模。

5. 有很好的常溫機械性能和耐磨性。

6. 熔點低，在385℃熔化，容易壓鑄成型。

使用過程中須注意的問題:

1. 抗蝕性差。當合金成分中雜質元素鉛、鎘、錫超過標準時，導致鑄件老化而發生變形，表現為體積脹大，機械性能特別是塑性顯著下降，時間長了甚至破裂。

鉛、錫、鎘在鋅基合金中溶解度很小，因而集中于晶粒邊界而成為陰極，富鋁的固溶體成為陽極，在水蒸氣(電解質)存在的條件下，促成晶間電化學腐蝕。壓鑄件因晶間腐蝕而老化。

2. 時效作用

鋅基合金的組織主要由含Al和Cu的富鋅固溶體和含Zn的富Al固溶體所組成，它們的溶解度隨溫度的下降而降低。但由于壓鑄件的凝固速度極快，因此到室溫時，固溶體的溶解度是大大地飽和了。經過一定時間之后，這種過飽和現象會逐漸解除，而使鑄件地形狀和尺寸略起變化。

3. 鋅基合金壓鑄件不宜在高溫和低溫(0℃以下)的工作環境下使用。鋅基合金在常溫下有較好的機械性能。但在高溫下抗拉強度和低溫下沖擊性能都顯著下降。

圖1 時效時間對鋅基合金屈服強度和沖擊韌性的影響

圖2 溫度對抗拉強度的影響

二、鋅基合金種類

Zamak 3: 良好的流動性和機械性能。

應用于對機械強度要求不高的鑄件，如玩具、燈具、裝飾品、部分電器件。

Zamak 5: 良好的流動性和好的機械性能。

應用于對機械強度有一定要求的鑄件，如汽車配件、機電配件、機械零件、電器元件。

Zamak 2: 用于對機械性能有特殊要求、對硬度要求高、尺寸精度要求一般的機械零件。

ZA8: 良好的流動性和尺寸穩定性，但流動性較差。

應用于壓鑄尺寸小、精度和機械強度要求很高的工件，如電器件。

Superloy: 流動性最佳，應用于壓鑄薄壁、大尺寸、精度高、形狀復雜的工件，如電器元件及其盒體。

不同的鋅基合金有不同的物理和機械特性，這樣為壓鑄件設計提供了選擇的空間。

三、鋅基合金的選擇

選擇哪一種鋅基合金，主要從三個方面來考慮

1. 壓鑄件本身的用途，需要滿足的使用性能要求。包括:

(1) 力學性能，抗拉強度，是材料斷裂時的最大抗力;

伸長率，是材料脆性和塑性的衡量指標;

硬度，是材料表面對硬物壓入或摩擦所引起的塑性變形的抗力。

(2)工作環境狀態:工作溫度、濕度、工件接觸的介質和氣密性要求。

(3) 精度要求:能夠達到的精度及尺寸穩定性。

2. 工藝性能好:(1)鑄造工藝;

(2)機械加工工藝性;

(3)表面處理工藝性。

3. 3. 經濟性好:原材料的成本與對生產裝備的要求(包括熔煉設備、壓鑄機、模具等)，以及生產成本。

四、鋅基合金成分控制

1. 標準合金成分

Zamak 2

Zamak 3

Zamak 5

ZA8

Superloy

AcuZinc 5

鋁

3.8 ~ 4.3

3.8 ~ 4.3

3.8 ~ 4.3

8.2 ~ 8.8

6.6 ~ 7.2

2.8 ~ 3.3

銅

2.7 ~ 3.3

<0.030

0.7 ~ 1.1

0.9 ~ 1.3

3.2 ~ 3.8

5.0 ~ 6.0

鎂

0.035 ~ 0.06

0.035 ~ 0.06

0.035 ~ 0.06

0.02 ~ 0.035

<0.005

0.025 ~ 0.05

鐵

<0.020

<0.020

<0.020

<0.035

<0.020

<0.075

鉛

<0.003

<0.003

<0.003

<0.005

<0.003

<0.005

鎘

<0.003

<0.003

<0.003

<0.005

<0.003

<0.004

錫

<0.001

<0.001

<0.001

<0.001

<0.001

<0.003

鋅

余量

余量

余量

余量

余量

余量

2. 合金中個元素的作用

合金成分中，有效合金元素:鋁、銅、鎂;有害雜質元素:鉛、鎘、錫、鐵。

(1)鋁

作用:① 改善合金的鑄造性能，增加合金的流動性，細化晶粒，引起固溶強化，提高機械性能。

② 降低鋅對鐵的反應能力，減少對鐵質材料，如鵝頸、模具、坩堝的侵蝕。

鋁含量控制在3.8 ~ 4.3%。主要考慮到所要求的強度及流動性，流動性好是獲得一個完整、尺寸精確、表面光滑的鑄件必需的條件。

鋁對流動性和機械性能的影響見圖3。流動性在鋁含量5 %時達到最大值;在3 %時降到最小值。鋁對沖擊強度的影響見圖3中虛線。沖擊強度在含鋁量3.5 %達到最大值;6 %時降到最小值。含鋁量超過4.3 %，合金變脆。含鋁量低于規定范圍，導致薄壁件充型困難，有鑄后冷卻破裂的可能。鋁在鋅基合金中不利的影響是產生Fe2Al3浮渣，造成其含量下降。

圖3 鋁對合金流動性和機械性能的影響

(2) 銅

作用:1. 增加合金的硬度和強度;

2. 改善合金的抗磨損性能;

3. 減少晶間腐蝕。

不利:1. 含銅量超過1.25%時，使壓鑄件尺寸和機械強度因時效而發生變化;

2. 降低合金的可延伸性。

作用:① 增加 銅含量對合金強度的影響見圖4。

圖4 銅對合金強度的影響

(3)鎂

作用:① 減少晶間腐蝕

② 細化合金組織，從而增加合金的強度

③ 改善合金的抗磨損性能

不利:① 含鎂量 > 0.08%時，產生熱脆、韌性下降、流動性下降。

② 易在合金熔融狀態下氧化損耗。

鎂對合金流動性的影響見圖5。

圖5 鎂對合金流動性的影響

(4)雜質元素:鉛、鎘、錫

使鋅基合金的晶間腐蝕變成十分敏感，在溫、濕環境中加速了本身的晶間腐蝕，降低機械性能，并引起鑄件尺寸變化。

當鋅基合金中雜質元素鉛、鎘含量過高，工件剛壓鑄成型時，表面質量一切正常，但在室溫下存放一段時間后(八周至幾個月)，表面出現鼓泡。

圖6 鉛、鎘含量過高造成晶間腐蝕的顯微照片

(5)雜質元素:鐵

① 鐵與鋁發生反應形成Al5Fe2金屬間化合物，造成鋁元素的損耗并形成浮渣。

② 在壓鑄件中形成硬質點，影響后加工和拋光。

③ 增加合金的脆性。

鐵元素在鋅液中的溶解度是隨溫度增加而增加，每一次爐內鋅液溫度變化都將導致鐵元素過飽和(當溫度下降時)，或不飽和(當溫度上升時)。當鐵元素過飽和時，處于過飽和的鐵將與合金中鋁發生反應，結果是造成浮渣量增加。當鐵元素不飽和時，合金對鋅鍋和鵝頸材料的腐蝕將會增強，以回到飽和狀態。兩種溫度變化的一個共同結果是最終造成對鋁元素的消耗，形成更多的浮渣。

圖7 鐵在鋅基合金中的溶解度隨溫度的變化

五、生產中注意的問題

1. 控制合金成分從采購合金錠開始，合金錠必須是以特高純度鋅為基礎，加上特高純度鋁、鎂、銅配制成的合金錠，供應廠有嚴格的成分標準。優質的鋅基合金料是生產優質鑄件的保證。

2. 采購回來合金錠要保證有清潔、干燥的堆放區，以避免長時間暴露在潮濕中而出現白銹，或被工廠臟物污染而增加渣的產生，也增加金屬損耗。清潔的工廠環境對合金成分的有效控制是很有作用的。

3. 新料與水口等回爐料配比，回爐料不要超過50%，一般新料:舊料 = 70:30。連續的重熔合金中鋁和鎂逐漸減少。

4. 水口料重熔時，一定要嚴格控制重熔溫度不要超過430℃，以避免鋁和鎂的損耗。

5. 有條件的壓鑄廠最好采用集中熔爐熔化鋅基合金，使合金錠與回爐料均勻配比，熔劑可更有效使用，使合金成分及溫度保持均勻穩定。電鍍廢品、細屑應單獨熔爐。

一、鋅基合金的發展

1930年"二戰"前夕，德國為了解決銅資源緊缺和高成本的問題，開始尋找錫青銅、鉛黃銅及巴氏合金的替代品，啟動了新一代滑動軸承合金的研究。

1935年，德國經過近五年的研究，發現鑄造鋅基合金和鑄造鋁基合金的力學性能和減摩性能均可以超過銅基合金和巴氏合金。

1938年德國成功地使用鑄造鋅基合金替代錫青銅、鋁青銅和使用鑄造鋁基合金替代了巴氏合金等用來制造軸瓦(套)產品，而且裝備到軍事坦克和汽車中并取得良好的效果。

1939-1943年"二戰"期間，德國鑄造鋅基合金和鑄造鋁基合金的年使用總量由7800噸猛增到49000噸，這一變化引起了國際鉛鋅組織的高度關注和重視。

1959年，國際鉛鋅組織成員單位聯合啟動了一項科研計劃，命名為"LONG-S PLAN"，其宗旨是研發一種比銅基合金和巴氏合金的性能更高、使用壽命更長的新一代減摩合金，在該計劃中將此研發中的減摩合金稱之為long-s metal。

1961-1963年間，國際鉛鋅組織成員單位率先研制出鋁基long-s metal減摩合金，牌號分別為AS7、AS12、AS20等。鋁基合金AS7、AS12首先被應用在汽車上替代了傳統的銅基合金軸瓦，使汽車的高速性能得到了很大提高，促進了汽車工業快速發展;在此之后鋁基合金AS20又在大、中型電動機、汽輪機、水輪機、工業泵、鼓風機、壓縮機等高速、中低載荷的工況下得到了應用，替代了傳統的巴氏合金，促進了裝備制造業的快速發展。

上世紀70年代初期，加拿大Norand Mines Limied研究中心與美國Zastern公司合作，研制出鋅基long-s metal減摩合金ZA8、ZA12、ZA27等，并將ZA27減摩合金應用在軋鋼機、壓力機、齒輪箱、磨煤機、空調、精密機床等低速、重載的工作場合，全面替代了傳統的銅基合金減摩材料。

新一代long-s metal減摩合金的問世受到國際上廣大用戶的極大關注，許多工業發達國家都在long-s metal研發上投入更多的人力、物力，僅美國就有數十家公司開發long-s metal鋁基、鋅基等系列減摩合金。

由于long-s metal具有優良的減摩性、較好的經濟性，在制造業領域迅速得到推廣并全面替代銅基合金、巴氏合金等傳統減摩合金，具有很強的市場競爭力。

后來人們稱long-s metal軸承合金為新型減摩合金。

美國Zastern公司技術顧問Mr.Bess在其介紹"LONG-S PLAN"文章中指出:研制經濟型long-s metal鋅基合金的目的，不僅僅是要在傳統軸承合金能夠勝任的場合替代它們，更重要的是通過long-s技術，使long-s metal應用于銅基合金和巴氏合金在強度、耐磨性不能滿足要求的場合。

據Mr.Bess當時的預測:"long-s metal鋅基合金在近期會有一個很大的發展，其生產規模和銷售市場將迅速擴大，二十一世紀將是long-s metal 鋅基合金的全盛時期。"

二、國內鋅基合金的發展

緣于新型long-s metal鋅基合金與傳統的巴氏合金皆可用于制造滑動軸承，而且制造成本遠遠低于巴氏合金，故long-s metal被國內音譯為"龍氏合金"，業內稱long-s metal為新型減摩合金，更多人習慣稱之為新型軸承合金。

1982年，國家鑄造技術的歸口單位沈陽鑄造研究所，引進了美國ASTM B791-1979標準中long-s metal ZA27鋅基合金，經過近二年的消化吸收，開發出了國產鋅基ZA27新型軸承合金，國家標準代號為ZA27-2，標志了我國新型減摩合金的發展拉開了序幕。

1985年，由時任遼寧省副省長陳淑芝女士的倡導和沈陽鑄造研究所有關領導的大力支持下，成立了由沈陽鑄造研究所的技術精英組成的沈陽軸瓦材料研究所，專門從事引進國外先進的long-s metal技術，以推動國內"龍氏合金"技術的發展及推廣。

1991年，沈陽軸瓦材料研究所首先在鋅基ZA27-2合金的基礎上，研究開發了高鋁鋅基ZA303合金材料，解決了ZA27-2低溫脆性等缺點，并與當年通過了沈陽市科學技術委員會科學技術成果鑒定，自此"龍氏合金"技術在國內各大高等院校和科研單位進行大范圍的擴散和技術交流，推動了我國"龍氏合金"的快速發展。

三、鋅基合金進入了"微晶合金"時代

1990年7月，第一屆國際納米科學技術會議在美國巴爾的摩舉辦，標志著納米科學技術的正式誕生，該會議正式宣布納米材料科學為材料科學的一個新分支。

1999年，納米技術走向市場，基于納米技術的產品全球年總營業額高達到500億美元;一些國家紛紛制定相關戰略或者計劃，投入巨資搶占納米技術戰略高地。日本設立納米材料研究中心，把納米技術列入新5年科技基本計劃的研發重點;德國專門建立納米技術研究網;美國將納米計劃視為下一次工業革命的核心;中國也將納米科技列為中國的"973計劃"。

2001年，源自納米技術所衍生出來的一個技術分支---微納米應用技術。發達國家的微納米應用技術在基礎材料領域已經得到應用并取得了驚人的成果，尤其是應用微納米技術制造出的許多微晶合金材料，正在對人類產生深遠影響，已徹底改變了人們的思維方式。

2005年，中國微米納米技術學會正式成立，標志著我國的微納米應用技術起步，在滿足功能材料個性需要方面與發達國家站到了同一起跑線上。

中國微米納米技術學會會員單位的科研人員將微納米技術應用在特種減摩合金材料領域，先后開發出了為滿足某些單項性能有特殊需求的微晶合金材料，如航空發動機用輕體鎂基微晶合金、耐高溫的鎳基微晶合金、要求高度可靠性的銀基微晶合金等。特種微晶軸承材料不僅填補了減摩材料國內的空白，而且從材料的單項性能方面保持了與世界微晶合金技術的同步發展。

2009年，中科院沈陽金屬研究所、沈陽鑄造研究所、沈陽理工大學等微納米技術應用研究領域的專家們，開展產學研聯合攻關;研發出一整套微合金化處理及低溫急冷等聯合熔鑄工藝技術(俗稱三次熔煉工藝法)，實現了鋅基微晶合金的制備;已有四種鋅基微晶合金材料在國內已經實現了批量生產，其中包括具有超低減摩系數的微晶鋅基合金LZA3805，具有較大PV值特性的微晶鋅基合金LZA4008，具有超耐磨特性的微晶鋅基合金LZA4205，具有良好抗沖擊特性的微晶鋅基合金LZA4510等。

鋅基微晶合金可以滿足單項性能特殊要求的特性，是區別于傳統普通減摩合金的重要標志，為裝備制造業實現減摩材料的定制化生產，滿足了設備制造的個性化需求，為實現裝備制造的高效率、高精度、高可靠性、低成本等方面提供了有力的保障。

2010年，采用鋅基微晶合金制造的軸瓦、軸套、蝸輪、滑板、絲母等系列減摩產品，已經成功地在鍛壓設備制造行業、數控機床制造行業、減變速機制造行業、重型礦山設備制造行業、工程機械制造行業中得到了應用。

鋅基微晶合金產品以其高可靠性及穩定性成功替代傳統減摩合金和新型減摩合金產品，取得了良好的社會效益和巨大的經濟效益，標志我國鋅基合金的發展進入了"微晶合金"時代!