زاماک چیست؟

زاماک نوعی آلیاژ بر پایه عنصر روی است که معمولا در قطعات تحت فشار استفاده می شود. حدوداً ۹۵% ترکیب این آلیاژ از روی، ۴% از آلومینیوم و ۱% از مس تشکیل شده است. گرچه در آنالیز شیمیایی این آلیاژ، مقدار کمی از آهن، کادمیم، قلع، نیکل، کروم و منگنز را هم می توان مشاهده کرد.

آلیاژهای زاماک عضوی از خانواده آلیاژی روی – آلومینیوم به شمار می روند. این آلیاژ برای اولین بار در سال ۱۹۲۹ توسط کمپانی « زینک نیوجرسی » به عرصه علم متالورژی معرفی شد. روی خاصیت ضدزنگ‌زدگی خوبی دارد ولی به تنهایی قدرت مکانیکی کافی ندارد و به همین دلیل در آلیاژ زاماک به عنصر آلومینیوم هم نیاز داریم.

زاماک(ZAMAK یا ZAMAC) که قبلا با عنوان MAZAK شناخته می‌شد،  در ZAMAK، حرف Z نشانه روی(zinc)، حرف A نشانه آلومینیوم(aluminium)، MA نشانه منیزیم(magnesium) و K نشانه مس(از کلمه آلمانی Kpfer) هستند.

زاماک گریدهای مختلفی دارد که از این میان زاماک ۲ ، زاماک ۳ ، زاماک ۵ و زاماک ۷ بیشترین استفاده صنعتی را دارند. زاماک نام مخفف عناصر اصلی این آلیاژ در زبان آلمانی است.

خصوصیات آلیاژ زاماک

عنصر روی رنگی سفید با درخشش آبی یا نقره ای دارد. همین رنگ، ظاهر و برخی خواص روی تا حدودی در آلیاژ زاماک نیز دیده می شود. این آلیاژ با توجه به نقطه ذوب پايين و سياليت مناسبی که دارد، یک آلیاژ مناسب برای ریخته گری است. دمای ذوب زاماک حدود ۴۵۰ درجه سانتیگراد است و تولید آن در کوره های قوس الکتریکی و شعله ای، امکان پذیر است.

خواص مكانيكی آلیاژ زاماک بسیار مناسب است و سختی این آلیاژ از بعضی از آلیاژهای ( ویژگی ها و کاربرد برنج ) نیز بالاتر است. همچنین چقرمگی این آلیاژ واقعا چشمگیر است. به طوری که نمونه های تحت تست کشش، استحکام بالایی از بالایی از خود نشان می دهند. زاماک می تواند تا دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد در برابر اکسیداسیون مقاومت کند.

روش تولید آلیاژ زاماک

برای تولید آلیاژ زاماک، ابتدا مذاب آلومینیوم را تهیه کرده و سپس تکه های مس ( مشخصات فلز مس ) خالص را درون مذاب می اندازند. لازم است درجه حرارت تا حدی بالا رود که تمام مس درون آلومینیوم حل شود. پس از اینکه آمیژان AL-cu آماده شد، آن را شمش ریزی می کنند. این آمیژان ترد و شکننده است. خواص آلومینیوم در ترکیب با روی باعث می شود که این آلیاژ از آلیاژهای پرکاربرد آلومینیوم و روی شده و کاربردهای زیادی داشته باشد.

پس از این که شمش ها کاملا منجمد شدند، در بوته دیگری روی را ذوب می کنند. سپس شمش آمیژان Al-cu را که منجمد شده بود، درون بوته مذاب روی می اندازند. لازم است شمش به پایین رفته و کاملا در داخل مذاب حل شود. پس از اینکه مذاب آلیاژ آماده شد، آن را ریخته گری می کنند.

با توجه به این که آلیاژ زاماک دامنه انجماد بسیار کوتاهی دارد، تمایل زیادی به انجماد پوسته ای دارد. این موضوع باعث می شود که ریخته گری فشاری و دایکست برای تولید این آلیاژ طرفدار بیشتری داشته باشند. تغذیه گذاری و تعیین جهت انجماد برای تولید زاماک معمولا به سهولت تعیین می شود.

وزن مخصوص این آلیاژ بالا است. بنابراین لازم است در سیستم های فشاری وزنه گذاری فراموش نشود. آلیاژ زاماک با توجه به نقطه ذوب پایین، سیالیت مناسب و انقباض از نوع متمرکز، یک آلیاژ مناسب برای ریخته گری است.

خواص مکانیکی گریدهای مختلف ZAMAK

 

	زاماک ۲	زاماک ۳	زاماک ۵	زاماک ۷
استحکام کششی نهایی ( Mpa )	۳۹۷	۲۶۸	۳۳۱	۲۸۵
استحکام تسلیم ( Mpa )	۳۶۱	۲۰۸	۲۹۵	۲۸۵
درصد ازدیاد طول	٪۶	٪۶/۳	٪۳/۶	٪۱۴
استحکام برشی ( Mpa )	۳۱۷	۲۱۴	۲۶۲	۲۱۴
سختی ( برینل )	۱۳۰	۹۷	۹۱	۸۰
مدول الاستیسیته ( GPa )	۹۶	۹۶	۹۶	۹۶
چگالی ( Kg/dm3 )	۶/۸	۶/۷	۶/۷	۶/۷

عناصر آلیاژی زاماک ( بر اساس استاندارد ASTM B 240 )

 

	زاماک ۲	زاماک ۳	زاماک ۵	زاماک ۷
آلومینیوم	۴/۳ – ۳/۹	۴/۳ – ۳/۹	۴/۳ – ۳/۹	۴/۳ – ۳/۹
مس	۲/۹ – ۲/۶	۰/۱ – ۰	۱/۲۵ – ۰/۷۵	۰/۱ – ۰
منیزیم	۰/۰۵ – ۰/۰۲۵	۰/۰۵ – ۰/۰۲۵	۰/۰۶ – ۰/۰۳	۰/۰۲ – ۰/۰۱
سرب	۰/۰۰۴ – ۰	۰/۰۰۴ – ۰	۰/۰۰۴ – ۰	۰/۰۰۲ – ۰
کادمیم	۰/۰۰۳ – ۰	۰/۰۰۳ – ۰	۰/۰۰۳ – ۰	۰/۰۰۲ – ۰
قلع	۰/۰۰۲ – ۰	۰/۰۰۲ – ۰	۰/۰۰۲ – ۰	۰/۰۰۱ – ۰
آهن	۰/۰۷۵ – ۰	۰/۰۳۵ – ۰	۰/۰۷۵ – ۰	۰/۰۷۵ – ۰

تاثیر عناصر آلیاژی بر خواص آلیاژ

• روی ( Zinc )

روی عنصر اصلی آلیاژ زاماک است. هر چه میزان این عنصر در آلیاژ افزایش پیدا کند، استحکام آلیاژ بالاتر می رود. همچنین اضافه کردن این عنصر، مقاومت به خوردگی آلیاژ را نیز افزایش می دهد.

چرا روی؟

• قیمت کم قالب مصرفی روی
• قیمت کم روی در بازارهای بین المللی ( مشاهده قیمت فلز روی در بازار فلزات ایران )
• پایین بودن درجه حرارت ذوب و در نتیجه ریخته گری کم هزینه و آسان
• تولید قطعات با دقت ابعادی بالا
• ریخته گری دیواره های بسیار نازک تا ضخامت ۵/۰ میلیمتر
• سرعت بالای ریخته گری روی ( به دلیل قابلیت ریخته گری تحت فشار گرم )
• سهولت آبکاری و پوشش دهی با روی
• عمر بالای قالب های روی ( عمر قالب های مصرفی روی ۱۰ برابر بیشتر از عمر قالب های آلومینیومی است )
• کاهش خلل و فرج قطعات نهایی
• ریزدانه تر شدن ساختار نهایی

• آلومینیوم ( Aluminium )

پس از روی ، آلومینیوم در زاماک اصلی ترین نقش را بازی می کند. این عنصر سبب افزایش استحکام کششی، مقاومت به خزش و استحکام ضربه آلیاژ می شود. به علاوه، افزودن این عنصر سختی آلیاژ را نیز بیشتر می کند. گرچه دقت داشته باشید که افزایش این عنصر به میزان بیش از ۵%، شکنندگی آلیاژ را به شدت بالا خواهد برد.

آلومینیوم سیالیت آلیاژ را افزایش می دهد. به طوری که اگر مقدار این عنصر کمتر از ۵/۳ درصد باشد، سیالیت مذاب آلیاژ کاهش یافته و باید آن را در درجه حرارت های بالاتری ریخته گری کرد. در هر صورت میزان آلومینیوم زاماک باید به دقت کنترل شود. چرا که اگر مقدار آن بیشتر از ۵/۳ تا ۳/۴ درصد شود، تاثیر منفی بر خواص مکانیکی آلیاژ خواهد گذاشت.

• مس ( Copper )

افزایش استحکام کششی، خزشی، سختی و مقاومت به خوردگی، از نتایج اضافه کردن عنصر مس به زاماک هستند. به طور کلی آلیاژهای مس استحکام به ضربه پایین تری دارند. از این رو سعی می شود مقدار مس در آلیاژهای تحت فشار روی ( به غیر از زاماک ۲ ) تا ۲۵/۱ درصد محدود شود. توجه داشته باشید که افزایش مس در این آلیاژ نیز باعث تشکیل فاز ترد Al₂Cu می شود و علاوه بر کاهش انعطاف پذیری، دقت ابعادی آلیاژ ریخته شده را نیز کاهش خواهد داد.

• منیزیم ( Magnesium )

عنصر منیزیم سختی آلیاژ را افزایش می دهد. اما باعث کاهش استحکام به ضربه، درصد ازدیاد طول و سیالیت مذاب آلیاژ می شود. در مواردی دیده شده است که این عنصر برای اکسیژن زدایی نیز به کار گرفته می شود. منیزیم مقاومت به خوردگی آلیاژ را افزایش می ‌دهد. اما با مقدار کمی نیکل نیز می توان به این هدف رسید. البته عنصر نیکل در آلیاژ ترکیب Ni₂Al₃ تشکیل می دهد که با افزایش مقدار سرباره مذاب، سختی و شکنندگی قطعه نهایی را افزایش خواهد داد.

• آهن ( Iron )

به طور کلی آهن به عنوان یک ناخالصی‌ در آلیاژهای ریخته گری تحت فشار شناخته می شود. چرا که حد حلالیت عنصر آهن در آلیاژ روی – آلومینیوم پایین است. وجود مقادیر زیادتر از حد مجاز آهن، باعث افزایش سرباره در بالای مذاب می شود (برای مثال ترکیب FeAl₃ در قسمت بالای مذاب جمع می‌شود). همچنین عنصر آهن شکنندگی در آلیاژهای ریختگی را افزایش می دهد و مشکلاتی در ماشینکاری قطعه نهایی ایجاد می کند.

• کادمیم و قلع ( Cadmium & Tin )

این عناصر به عنوان عواملی موذی در ترکیب آلیاژ شناخته می شوند. چرا که تاثیرات مخرب خود را در همان ابتدای کار نشان نمی دهند. معمولا عوارض ترکیبات این عناصر پس از گذشت زمان و با ایجاد مشکلاتی مانند ترک و پارگی در قطعه به خصوص در هوای مرطوب نمایان می شوند.

• نیکل، کرم و منگنز ( Nickel – Chromium – Manganese )

این عناصر در مذاب ترکیبات Mn₂Al₅ ، CrAl₄ ، Ni₂Al₃ را تشکیل می دهند که ترکیبات اصلی سرباره مذاب هستند. این عناصر در ترکیب با آلومینیوم سبب افزایش سرباره می ‌شوند. طبق پژوهش های انجام شده، این ترکیبات بین فلزی، در اکثر موارد باعث کاهش حد حلالیت می‌ شوند.

آیا زاماک همان سرب خشک است؟

در بازار ایران زاماک را با نام سرب خشک نيز می شناسند اما اين لفظ غلط است. سرب خشک آلیاژی از سرب و آنتيموان است که هیچ ربطی به زاماک ندارد. جالب اینجاست که به دلیل برخی از خواص سرب و آهن، خطرناک ترین عناصر در ترکیب زاماک هستند. چرا که نقطه ذوب سرب پايين تر از زاماک است و اصلا در روی حل نمی شود. در صورت انحلال ناقص نیز به سمت مرز دانه ها می رود و با تجمع در آن مناطق، باعث شکست گرم قطعه می شود.

از زاماک در چه مواردی استفاده می شود؟

همان طور که ذکر شد، آلیاژ زاماک اغلب در قطعاتی استفاده می شود که تحت فشار قرار می گیرند. قطعاتی مانند اجزای درب و پنجره و یا دستگیره اتومبیل ها. برای درک بهتر کاربرد این آلیاژ، قطعه « اسپانیولیت » را در نظر بگیرید :

اسپانیولیت ها نوعی ابزار یراق هستند که معمولا در پنجره های دو جداره، با چندین زبانه کوچک در امتداد طولی پروفیل، لنگه درب یا پنجره را به چارچوب قفل می کنند. به این ترتیب با درگیر شدن به زاماک، لنگه درب یا پنجره محکم تر به چهارچوب آن می چسبد.

زاماک در رگلاژ درب و پنجره دو جداره نیز نقش مهمی دارد. قطعات ساخته شده باید به درستی تنظیم شوند تا رگلاژ درب و پنجره دوجداره با مشکل مواجه نشود. به علاوه، زاماک موجود در درب و پنجره دوجداره را می توان تعمیر و تعویض کرد و محدودیتی در این باره وجود ندارد.

علاوه بر این نوع کاربردها، به دلیل ظاهر زیبایی که این آلیاژ دارد، از آن در ساخت قطعات تزئینی مانند اسباب بازی ها و برخی زیورآلات و بدلیجات نیز استفاده می شود. همچنین این آلیاژ در صنایع مکانیکی و الکتریکی و اتوموبیل سازی به عنوان پوشش های مقاوم به خوردگی ( گالوانیزه ) مورد استفاده قرار می گیرد.

دلایل استفاده از آبکاری زاماک

• زیبا کاری

یکی از کاربردهای اساسی آبکاری در زیبا سازی سطح فلزات می باشد. به علت نرم بودن فلزات گران بهایی مانند طلا از آن نمی توان در بخش های مقاومتی سازه ها استفاده کرد برای لوکس سازی و زیبا کاری از آبکاری طلا بر این قسمت ها استفاده می کنند. همچنین در ساخت و تزیین ساعت به وفور از این فرایند برای زیبا سازی استفاده می شود.

از نمونه زیباسازی توسط آبکاری، به آبکاری در طراحی بدنه خودروها می توان اشاره کرد. اگرچه استفاده از کروم در بدنه ماشین به علت استفاده از خواص ضد سایشی این ماده می باشد ولی امروزه پوشش کروم از جاذبه دیداری بین طرفداران خودرو برخوردار است و از این رو درخواست مشتریان برای این پوشش بر روی خودرو خود به جهت زیبایی می باشد. از جمله اقداماتی دیگر که در صنعت خودرو برای طراحی ماشین های لوکس و سفارشی می شود، آبکاری بدنه ماشین با طلا است.

• جلوگیری از خوردگی شیمیایی

یکی از مهم ترین دلایل استفاده از آبکاری جلوگیری از خوردگی شیمیایی مواد است. از این رو به دو صورت این کار انجام می شود. یکی به این صورت که فلز مادر توسط فلزی که مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد پوشش داده می شود و در روش دیگر فلز مادر با فلزی که خاصیت خوردگی بیشتری نسبت به فلز مادر دارد پوشش داده می شود.

در روش اول استفاده از فلزاتی با خاصیت خوردگی پایین به عنوان روکش است مثل روکش کردن عاشق آهنی با نقره.

در روش دوم که رایج ترین مثال آن آهن سفید ( آهن گالوانیزه ) می باشد، فولاد با لایه ای از روی که خاصیت خوردگی بیشتری نسبت به فولاد دارد پوشش داده می شود تا در مواجهه با محیط خوردگی فلز روی به جای فولاد خورده شود.

• برای افزایش مقاومت سطحی

فلزاتی که از مقاومت سطحی کمی برخوردارند چه از جهت ضربه و چه از باب مقاومت سایشی با روکشی از فلز مقاوم محافظت می شوند که از مثال کروم در حفاظت سایشی در روکش بدنه ماشین می توان نام برد. در مثالی دیگر از آندایز سخت به روی سازه های سبک آلومینیومی در ساخت صنایع هواپیمایی و موشکی می توان نام برد تا مقاومت سطح این ماده را افزایش دهد.

• افزایش مقاومت حرارتی

در آبکاری فقط از مواد فلزی استفاده نمی شود. امروزه کار کردن در محیط هایی که درجه حرارت بالایی دارند باعث شده که استفاده از فلزات برای ساخت ابزار آلات عملا غیر ممکن شود. از این رو مقاومت بالای سرامیک در برابر گرما باعث شده که این دیده به ذهن گام بگذارد که از پوشش سرامیک بر روی ابزار آلات و قطعات فلزی استفاده کنیم. از این رو آبکاری سرامیک بر روی فلزات بسیاز حائز اهمیت شده است.

• افزایش رسانایی الکتریکی

امروزه جهان تکنولوژی و سرعت پردازش اطلاعات افزایش یافته که در طراحی قطعات الکتریکی نمی توان حتی از مس که رسانایی بالایی دارد، استفاده کرد. در واقع برای بهبود پردازش سیستم و کاهش حرارت های مقاومتی در پردازنده ها باید از موادی با رسانایی بالاتر و مقاومت کمتری استفاده کرد از این رو در این صنعت امروزه از آبکاری طلا، نقره و پلاتین بر روی قطعات فولادی برای افزایش رسانایی الکتریکی استفاده می کنند.

توضیح ویژگی‌های زاماک

چگونه عناصر خواص زاماک را تعیین می‌کنند؟ ما در آلیاژمان ۳٫۵ درصد آلومینیوم داریم که سبب کاهش ۲٫۵ درصدی قدرت شده است. اگر میزان آلومینیوم را بیش از ۴٫۵ درصد کنیم، قدرت کششی کاهش و سخنی افزایش می‌یابد. ما به آلومینیوم برای افزایش قدرت نیاز داریم چرا که به روی کمک می‌کند تا در اشکال مختلف قدرت و سیالیت خود را حفظ کند. منیزیم هم برای حذف عناصر ناخواسته‌ای مثل قلع و سرب اضافه می‌شود. همچنین مس برای افزایش سختی به آلیاژ اضافه می‌شود.

به صورت کلی ما به آلیاژی نیاز داریم که به اندازه کافی قوی باشد تا شکل خود را حفظ کند و به اندازه کافی سیایلیت داشته باشد تا در ریخته‌گری تحت فشار مورد استفاده قرار بگیرد. زاماک را می‌توان با آب‌کاری فلزی از طریق رنگ کردن و تبدیل کروماتی(chromate conversion) پوشاند.

انواع آلیاژ‌های زاماک

متداول‌ترین آلیاژ، زاماک ۳ است. از طرف دیگر انواع ۲، ۵ و۷ به صورت تجاری مصرف می‌شوند و تحت ریخته‌گری تحت فشار قرار می‌گیرند.

زاماک ۲: ترکیب آن مشابه با زاماک ۳ است. به آن ۳ درصد مس بیشتری اضافه شده است تا قدرت آن را ۲۰ درصد بیشتر کند که این موضوع قیمت آن را هم افزایش داده است. این نوع زاماک بهترین قدرت کششی، سختی و مقاومت را در بین همه آلیاژ‌های زاماک دارد. در طول زمان بهتر از دیگر آلیاژها قدرت و سختی خود را حفظ می‌کند. هر چند شکننده‌تر، کوچک‌تر می‌شود و خاصیت ارتجاعی خود را از دست می‌دهد. زاماک ۲ به راحتی ریخته‌گری و پرداخت می‌شود.

زاماک ۳: این آلیاژ، آلیاژ استاندارد زاماک است و در نتیجه ترکیبات با میزان استاندارد ۴ درصد آلومینیوم و ۹۶ درصد روی را در درون خو دارد. این آلیاژ قودرت قالب‌گیری و ثبات شکلی بالایی دارد. این درجه از زاماک همچنین پوشش ظاهری خوبی برای رنگ شدن و پوشش داده شدن دارد. این آلیاژ پرکاربردترین آلیاژ روی در آمریکای شمالی است.

زاماک ۵: ترکیب مشابهی با زاماک ۳ دارد. اضافه کردن ۱ درصد بیشتر مس سبب شده است تا قدرت آن ۱۰ درصد افزایش یابد. همچنین مس به بهبود سختی، مقاومت در برابر زنگ‌زدگی آن نیز کمک کرده است ولی رسانایی آن را کاهش داده است. دقت کمتری هم نسبت به زاماک ۳ دارد.

زاماک ۷: میزان منیزیم کمتری نسبت به زاماک ۳ دارد که سبب افزایش رسانایی و سیالیت آن شده است. این ویژگی‌ها آن را مناسب قالب‌گیری‌ها با دیواره نازک کرده است. برای کاهش میزان خوردگی میزان کمی نیکل اضافه می‌شود تا ناخالصی‌ها بهتر کنترل شوند.

در هنگام خرید آلیاژ، به نکات زیر توجه داشته باشید

قیمت شمش زاماک و دیگر قطعات زاماک ، بر اساس نوسانات داخلی دلار متغیر است. به همین دلیل، لازم است قیمت این محصول را از طریق تماس با شماره تماس های موجود در وب سایت شرکت های مورد نظر به دست آورید.

همان طور که ذکر شد، آلیاژ زاماک با گریدهای مختلفی در بازار موجود است. لازم است خریداران این آلیاژ با توجه به مقادیر مورد نیاز خود، با مراجعه به جدول عناصر آلیاژی و جدول خواص مکانیکی نسبت به خرید گرید مورد نظرشان اقدام نمایند.

بازار فلزات ایران ارائه دهنده انواع شمش و مقاطع فلزی است. جهت سفارش زاماک با ما در تماس باشید.