Цинковый сплав ZAl11-5 (ZZnAl11Cu5Mg)

Вот этот сплав — ZAl11-5, или как его чаще в спецификациях пишут, ZZnAl11Cu5Mg — постоянно всплывает в разговорах про литье под давлением ответственных деталей. И сразу же начинается: кто-то говорит, что это почти аналог ZAMAK-5, только с нашим, условно, подходом, кто-то — что лучше не лезть, потому что с усадкой и пористостью проблемы. На самом деле, оба немного правы и оба немного нет. Если брать его для корпусов арматуры или тех же корпусов подшипников, где нужна и прочность, и износостойкость, и стабильность размеров — материал рабочий. Но его нельзя просто взять и залить, как обычный цинковый сплав. Тут вся история в подготовке шихты и в точном контроле температуры выдержки. Самый частый косяк, который видел — когда начинают экономить на подготовке поверхности кремния в шихте, а потом удивляются, что структура неоднородная и где-то просадки по твердости на 10-15 единиц Бринелля.

Опыт с оборудованием и типичные грабли

Работали мы как-то над партией крышек для гидравлических распределителей. Заказчик настаивал именно на ZAl11-5 из-за требований к сопротивлению усталости. Оборудование — современные холоднокамерные машины, вроде бы всё должно идти гладко. Но первые отливки пошли с трещинами по сечению возу литников. Стали разбираться. Оказалось, проблема даже не в самом сплаве, а в том, что при стандартных для ZAMAK-5 настройках давления и скорости впрыска для этого сплава формируется не та структура. Алюминий с кремнием ведет себя капризнее, нужно было снижать скорость впрыска на втором этапе, давая лучше заполнить тонкие стенки без внутренних напряжений.

Тут вспоминается один практический момент, о котором редко пишут в учебниках. Важна не просто температура расплава в печи, а именно выдержка при ней. Для ZZnAl11Cu5Mg если не выдержать положенные 20-25 минут при 440-450 °C перед заливкой в ковш машины, то медь и магний распределяются неравномерно. Визуально на изломе потом видно светлые и темные участки — это оно и есть. При механической обработке такая неоднородность вылезает: резцы работают рывками, поверхность получается не идеальной.

Кстати, о механической обработке. Этот сплав хорошо обрабатывается, но есть нюанс с охлаждением. Если использовать слишком агрессивные эмульсии на водной основе, есть риск коррозионного растрескивания, особенно если деталь потом будет работать в условиях переменных нагрузок. Мы перешли на более мягкие масляные СОЖ, и количество брака по трещинам после токарки и фрезеровки упало почти до нуля. Мелочь, а влияет.

Сотрудничество с производителями и реальные кейсы

В контексте работы с конкретным оборудованием хочется отметить опыт взаимодействия с компанией ООО Шаньси Кэжуй Машиностроительное Оборудование. На их площадке, судя по описанию на https://www.sx-kerui.ru, где заявлено наличие 56 единиц центробежного и металлообрабатывающего оборудования, можно было бы отрабатывать технологии для среднесерийного производства. Их профиль как раз предполагает возможности для отливки и последующей обработки именно таких сплавов, как ZAl11-5, где важна стабильность цикла.

Конкретно для них, если рассматривать их парк, центробежное литье могло бы быть интересным для отливки втулок или колец из этого сплава. Но здесь нужно четко понимать: центробежка хороша для симметричных деталей, а ZZnAl11Cu5Mg в таких условиях склонен к ликвации легкоплавких компонентов к внешнему радиусу. То есть, если не подобрать правильно скорость вращения и температуру формы, можно получить неравномерную износостойкость по сечению детали. Это тот случай, когда технологическая карта пишется буквально методом проб и ошибок.

Из их металлообрабатывающего оборудования, думаю, наибольший интерес представляют точные токарные и фрезерные станки с ЧПУ для финишной обработки полученных отливок. Как я уже говорил, сплав обрабатываемый, но требует аккуратности. Важно, чтобы оборудование позволяло выдерживать жесткие допуски, потому что детали из этого сплава часто идут в сборку без дополнительной пригонки.

Про мифы и реальные физико-механические свойства

Часто можно встретить утверждение, что ZAl11-5 — это просто дешевая замена бронзе. Это опасное упрощение. Да, его можно использовать для некоторых втулок и подшипников скольжения, но только в определенных условиях. Его предел прочности при растяжении и твердость — на хорошем уровне, но ударная вязкость у него ниже, чем у некоторых оловянных бронз. Поэтому в ударных нагрузках его применение без тщательного расчета — прямой путь к поломке.

Еще один момент — коррозионная стойкость. В обычной атмосфере он ведет себя хорошо, лучше, чем многие алюминиевые сплавы. Но в постоянном контакте с соленой водой или сильными щелочами начинаются проблемы. Видел пример, когда из него делали крепеж для декоративных элементов в морском порту. Через полгода появились очаги межкристаллитной коррозии. Пришлось переходить на материал с другим защитным покрытием.

Что действительно ценно в этом сплаве, так это его низкий коэффициент трения и хорошая прирабатываемость в паре со сталью. Это делает его отличным кандидатом для тех же направляющих втулок в механизмах средней нагруженности. Но опять же, с обязательной смазкой. На сухую он быстро изнашивается.

Практические советы по термообработке и контролю качества

Термообработка для ZZnAl11Cu5Mg — тема отдельная. Он не упрочняется термически, как сталь, но отжиг для снятия литейных напряжений делать иногда необходимо, особенно для сложнофасонных отливок. Температура отжига — около 250-280 °C, выдержка 1-2 часа на воздухе. Важно не перегреть, потому что выше 300 °C начинается интенсивный рост зерна и падение механических свойств. Контролировать это в цеховых условиях проще всего по изменению цвета побежалости на пробной детали.

Контроль качества — это обычно проверка твердости по Бринеллю и УЗД на наличие внутренних раковин. Для ответственных деталей хорошо бы делать и рентген. Но самый простой и действенный метод, который часто выручал — это контроль массы. Если отливка из одной партии шихты и с одинаковыми настройками машины вдруг стала легче на 3-5% — почти гарантированно внутри есть крупная пора или раковина. Весы никогда не врут.

И последнее — про утилизацию стружки и брака. Этот сплав отлично переплавляется, но нужно тщательно очищать стружку от масел и эмульсий, иначе при переплавке получится большое количество шлака и газов в расплаве. Мы организовывали отдельную печь для переплава собственных отходов, что в итоге дало существенную экономию на шихтовых материалах.

Итоги и область рационального применения

Так к чему же в итоге приходишь, поработав с ZAl11-5? Это не универсальный материал, но очень ценный в своей нише. Его рационально применять для серийного производства несущих деталей сложной формы, где важна комбинация прочности, литейных свойств и стабильности размеров. Идеально — для корпусов, крышек, арматуры, некоторых видов подшипниковых узлов в машиностроении.

Ключ к успеху — не в слепом следовании ГОСТу, а в понимании физики процесса литья именно этого сплава. Нужно контролировать каждую ступень: от подготовки шихты и температуры выдержки до настроек литьевой машины и режимов последующей механической обработки. Там, где этот контроль есть, детали служат долго и безотказно.

Поэтому, если видишь в техзадании ZZnAl11Cu5Mg, не стоит его бояться или, наоборот, относиться к нему как к чему-то простому. Это материал для вдумчивого инженера и опытного технолога. И возможности, например, таких производств, как у ООО Шаньси Кэжуй, с их парком оборудования, как раз позволяют этот потенциал раскрыть, если подойти к делу без шаблонов, а с пониманием всех этих мелких, но критичных деталей.