Zamac

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Lingot de zamak

ZAMAK (ou Zamac , anciennement déposé sous le nom de MAZAK [1] ) est une famille d' alliages avec un métal de base de zinc et des éléments d'alliage d' aluminium , de magnésium et de cuivre .

Les alliages Zamak font partie de la famille des alliages zinc aluminium ; ils se distinguent des autres alliages ZA par leur composition constante à 4% d'aluminium. [2]

Le nom zamak est un acronyme des noms allemands des métaux dont sont composés les alliages : Zink (zinc), Aluminium , Magnésium et Kupfer (cuivre). [2] La New Jersey Zinc Company a développé des alliages de zamak en 1929.

L'alliage de zamak le plus courant est le zamak 3. En outre, le zamak 2, le zamak 5 et le zamak 7 sont également utilisés dans le commerce. [2] Ces alliages sont le plus souvent moulés sous pression . [2] Les alliages de Zamak (en particulier #3 et #5) sont fréquemment utilisés dans l' industrie du moulage par centrifugation .

Un gros problème avec les premiers matériaux de moulage sous pression en zinc était la peste du zinc , en raison des impuretés dans les alliages. [3] Zamak a évité cela en utilisant du zinc métallique pur à 99,99%, produit par l'utilisation par New Jersey Zinc d'un reflux dans le cadre du processus de fusion .

Le zamak peut être galvanisé, peint par voie humide et bien recouvert de conversion au chromate . [4]

Mazak

Au début des années 1930 , Morris Ashby en Grande-Bretagne avait autorisé l'alliage de zamak du New Jersey. Le zinc de reflux à 99,99% de pureté n'était pas disponible en Grande-Bretagne et ils ont donc acquis le droit de fabriquer l'alliage en utilisant un zinc raffiné électrolytiquement disponible localement de 99,95% de pureté. On lui a donné le nom de Mazak , en partie pour le distinguer du zamak et en partie des initiales de Morris Ashby. En 1933, National Smelting a accordé une licence au brevet du reflux avec l'intention de l'utiliser pour produire 99,99 % de zinc dans son usine d' Avonmouth . [5]

Normes

Les normes de composition chimique des alliages de zinc sont définies par pays par la norme listée ci-dessous :

Normes d'alliage de zinc par pays [6]
Pays Lingot de zinc Coulée de zinc
L'Europe  EN1774 EN12844
NOUS ASTM B240 ASTM B86
Japon JIS H2201 JIS H5301
Australie AS 1881 - SAA H63 AS 1881 - SAA H64
Chine GB 8738-88 -
Canada CSA HZ3 CSA HZ11
International ISO 301 -

Zamak porte de nombreux noms différents en fonction de la norme et/ou du pays :

Différents noms pour les alliages de zamak
Nom traditionnel Nom abrégé de la composition Formulaire Commun ASTM Appellation européenne abrégée JIS Chine Royaume-Uni BS 1004 [7] France NFA 55-010 [7] Allemagne DIN 1743-2 [7] UNS Autre
Zamak 2 [8] [9]
ou
Kirksite [10]
ZnAl4Cu3 [11] Lingot Alliage 2 [8] [9] CA 43A [8] [9] ZL0430 [11] - ZX04 [12] - Z-A4U3 [11] Z430 [11] Z35540 [9] ZL2, ZA-2, ZN-002 [13]
Moulage ZP0430 - Z35541 [8] ZP2, ZA-2, ZN-002 [13]
Zamac 3 [8] [9] ZnAl4 [11] Lingot Alliage 3 [8] [9] AG 40A [8] [9] ZL0400 [11] Lingot de type 2 [14] ZX01 [12] Alliage A [11] Z-A4 [11] Z400 [11] Z35521 [9] ZL3, ZA-3, ZN-003 [13]
Moulage ZP0400 ZDC2 [15] - Z33520 [8] ZP3, ZA-3, ZN-003 [13]
Zamac 4 [16] Lingot Utilisé en Asie uniquement ZA-4, ZN-004 [13]
Zamac 5 [8] [9] ZnAl4Cu1 [11] Lingot Alliage 5 [8] [9] CA 41A [8] [9] ZL0410 [11] Lingot de type 1 [14] ZX03 [12] Alliage B [11] Z-A4UI [11] Z410 [11] Z35530 [9] ZL5, ZA-5, ZN-005 [13]
Moulage ZP0410 ZDC1 [15] - Z35531 [8] ZP5, ZA-5, ZN-005 [13]
Zamac 7 [8] [9] ZnAl4Ni [12] Lingot Alliage 7 [8] [9] AG 40B [8] [9] - - ZX02 [12] - - - Z33522 [9] ZA-7, ZN-007 [13]
Moulage - Z33523 [8]
la couleur de la cellule est la couleur du matériau désignée par la norme ASTM B908. [2]

Le code abrégé de désignation européenne se décompose comme suit (en utilisant ZL0430 comme exemple) : [11]

  • Z est le matériau (Z=Zinc)
  • P est l'utilisation (P=coulée sous pression (moulage), L=Lingot)
  • 04 est le pourcentage d'aluminium (04 = 4 % d'aluminium)
  • 3 est le pourcentage de cuivre (3 = 3 % de cuivre)

Zamak 2

Le zamak 2 a la même composition que le zamak 3 avec l'ajout de 3% de cuivre afin d'augmenter la résistance de 20%, ce qui augmente également le prix. Zamak 2 a la plus grande résistance de tous les alliages de zamak. Au fil du temps, il conserve mieux sa résistance et sa dureté que les autres alliages ; cependant, il devient plus cassant, rétrécit et est moins élastique. [17]

Zamak 2 est également connu sous le nom de Kirksite lorsqu'il est coulé par gravité pour être utilisé comme matrice . [2] [18] Il a été conçu à l'origine pour les matrices de tôlerie à faible volume. [19] [20] Il a ensuite gagné en popularité pour la fabrication de matrices de moulage par injection à court terme . [19] Il est également moins couramment utilisé pour les outils anti-étincelles et les mandrins pour le repoussage des métaux.

Composition Zamak 2 par norme
Éléments d'alliage Impuretés
Standard Limite Al Cu mg Pb CD Sn Fe Ni Si Dans Tl
ASTM B240 [21] (Lingot) min 3.9 2.6 0,025 - - - - - - - -
maximum 4.3 2.9 0,05 0,004 0,003 0,002 0,075 - - - -
ASTM B86 [22] (moulé) min 3.5 2.6 0,025 - - - - - - - -
maximum 4.3 2.9 0,05 0,005 0,004 0,003 0,1 - - - -
EN1774 [23] (Lingot) min 3.8 2.7 0,035 - - - - - - - -
maximum 4.2 3.3 0,06 0,003 0,003 0,001 0,02 0,001 0,02 - -
EN12844 [24] (Coulé) min 3.7 2.7 0,025 - - - - - - - -
maximum 4.3 3.3 0,06 0,005 0,005 0,002 0,05 0,02 0,03 - -
GB8738-88 [12] min 3.9 2.6 0,03 - - - - - - - -
maximum 4.3 3.1 0,06 0,004 0,003 0,0015 0,035 - - - -
Zamak 2 propriétés [17]
Propriété Valeur métrique Valeur impériale
Propriétés mécaniques
Résistance à la traction ultime 397 MPa (331 MPa vieilli) 58 000 psi
Limite d'élasticité (compensation de 0,2 %) 361 MPa 52 000 psi
La résistance aux chocs 38 J (7 J d'âge) 28 pi-lbf (5 pi-lbf vieilli)
Allongement à F max 3% (2% âgés)
Allongement à la rupture 6%
Résistance au cisaillement 317 MPa 46 000 psi
Limite d'élasticité en compression 641 MPa 93 000 psi
Résistance à la fatigue (flexion inverse 5x10 8 cycles) 59 MPa 8 600 psi
Dureté 130 Brinell (98 ans Brinell)
Module d'élasticité 96 GPa 14 000 000 psi
Propriétés physiques
Plage de solidification (plage de fusion) 379—390 °C 714—734 °F
Densité 6,8 kg/dm 3 0,25 lb/po 3
Coefficient de dilatation thermique 27,8 μm/m-°C 15,4 μin/in-°F
Conductivité thermique 105W/mK 729 BTU-in/hr-ft 2 -°F
Résistivité électrique 6,85 μΩ-cm à 20 °C 2,70 μΩ à 68 °F
Chaleur latente (chaleur de fusion) 110 J/g 4,7x10 −5 BTU/lb
La capacité thermique spécifique 419 J/kg-°C 0,100 BTU/lb-°F
Coefficient de friction 0,08

KS

L'alliage KS a été développé pour les pièces décoratives en coulée par centrifugation. Il a la même composition que le zamak 2, mais avec plus de magnésium pour produire des grains plus fins et réduire l' effet peau d'orange . [25]

Composition du CS [25]
Éléments d'alliage Impuretés
Standard Limite Al Cu mg Pb CD Sn Fe Ni Si Dans Tl
Nyrstar min 3.8 2.5 0,4 - - - - - - - -
maximum 4.2 3.5 0,6 0,003 0,003 0,001 0,020 - - - -
Propriétés KS [25]
Propriété Valeur métrique Valeur impériale
Propriétés mécaniques
Résistance à la traction ultime < 200 MPa < 29 000 psi
Limite d'élasticité (compensation de 0,2 %) < 200 MPa < 29 000 psi
Élongation < 2%
Dureté 150 Brinell maximum
Propriétés physiques
Plage de solidification (plage de fusion) 380—390 °C 716—734 °F
Densité 6,6 g/cm 3 0,25 lb/po 3
Coefficient de dilatation thermique 28,0 μm/m-°C 15,4 μin/in-°F
Conductivité thermique 105W/mK 729 BTU-in/hr-ft 2 -°F
Conductivité électrique 25% SIGC
La capacité thermique spécifique 419 J/kg-°C 0,100 BTU/lb-°F
Coefficient de friction 0,08

Zamak 3

Zamak 3 est la norme de facto pour la série zamak d'alliages de zinc; tous les autres alliages de zinc sont comparés à celui-ci. Zamak 3 a la composition de base pour les alliages de zamak (96% zinc, 4% aluminium). Il a une excellente coulabilité et une stabilité dimensionnelle à long terme. Plus de 70% de tous les moulages sous pression en zinc nord-américains sont fabriqués à partir de zamak 3. [2]

Composition Zamak 3 par norme
Éléments d'alliage Impuretés
Standard Limite Al Cu mg Pb CD Sn Fe Ni Si Dans Tl
ASTM B240 [21] (Lingot) min 3.9 - 0,025 - - - - - - - -
maximum 4.3 0,1 0,05 0,004 0,003 0,002 0,035 - - - -
ASTM B86 [22] (moulé) min 3.5 - 0,025 - - - - - - - -
maximum 4.3 0,25 0,05 0,005 0,004 0,003 0,1 - - - -
EN1774 [23] (Lingot) min 3.8 - 0,035 - - - - - - - -
maximum 4.2 0,03 0,06 0,003 0,003 0,001 0,02 0,001 0,02 - -
EN12844 [24] (Coulé) min 3.7 - 0,025 - - - - - - - -
maximum 4.3 0,1 0,06 0,005 0,005 0,002 0,05 0,02 0,03 - -
JIS H2201 [14] (Lingot) min 3.9 - 0,03 - - - - - - - -
maximum 4.3 0,03 0,06 0,003 0,002 0,001 0,075 - - - -
JIS H5301 [15] (Coulé) min 3.5 - 0,02 - - - - - - - -
maximum 4.3 0,25 0,06 0,005 0,004 0,003 0,01 - - - -
AS1881 [26] min 3.9 - 0,04 - - - - - - - -
maximum 4.3 0,03 0,06 0,003 0,003 0,001 0,05 - 0,001 0,0005 0,001
GB8738-88 [12] min 3.9 - 0,03 - - - - - - - -
maximum 4.3 0,1 0,06 0,004 0,003 0,0015 0,035 - - - -
Impureté
Zamac 3 propriétés [4]
Propriété Valeur métrique Valeur impériale
Propriétés mécaniques
Résistance à la traction ultime 268 MPa 38 900 psi
Limite d'élasticité (compensation de 0,2 %) 208 MPa 30 200 psi
La résistance aux chocs 46 J (56 J âgés) 34 pi-lbf (41 pi-lbf vieilli)
Allongement à F max 3%
Allongement à la rupture 6,3 % (16 % âgés)
Résistance au cisaillement 214 MPa 31 000 psi
Limite d'élasticité en compression 414 MPa 60 000 psi
Résistance à la fatigue (flexion inverse 5x10 8 cycles) 48 MPa 7 000 psi
Dureté 97 Brinell
Module d'élasticité 96 GPa 14 000 000 psi
Propriétés physiques
Plage de solidification (plage de fusion) 381—387 °C 718—729 °F
Densité 6,7 g/cm 3 0,24 lb/po 3
Coefficient de dilatation thermique 27,4 μm/m-°C 15,2 μin/in-°F
Conductivité thermique 113 W/mK 784 BTU-in/hr-ft 2 -°F
Résistivité électrique 6,37 μΩ-cm à 20 °C 2,51 μΩ-in à 68 °F
Chaleur latente (chaleur de fusion) 110 J/g 4,7x10 −5 BTU/lb
La capacité thermique spécifique 419 J/kg-°C 0,100 BTU/lb-°F
Coefficient de friction 0,07

Zamac 4

Le Zamak 4 a été développé pour les marchés asiatiques afin de réduire les effets de la soudure à la matrice tout en maintenant la ductilité du zamak 3. Ceci a été réalisé en utilisant la moitié de la quantité de cuivre de la composition du zamak 5. [27]

Zamak 4 composition par norme
Éléments d'alliage Impuretés
Standard Limite Al Cu mg Pb CD Sn Fe Ni Si Dans Tl
Ningbo Jinyi Alloy Material Co. [13] min 3.9 0,3 0,03 - - - - - - - -
maximum 4.3 0,5 0,06 0,003 0,002 0,002 0,075 - - - -
Zamac 4 propriétés
Propriété Valeur métrique Valeur impériale
Propriétés mécaniques [28]
Résistance à la traction ultime 317 MPa 46 000 psi
Limite d'élasticité (compensation de 0,2 %) 221—269 MPa 32 000 à 39 000 psi
La résistance aux chocs 61 J (7 J d'âge) 45 pi-lbf (5 pi-lbf vieilli)
Élongation sept%
Résistance au cisaillement 214—262 MPa 31 000 à 38 000 psi
Limite d'élasticité en compression 414—600 MPa 60 000 à 87 000 psi
Résistance à la fatigue (flexion rotative 5x10 8 cycles) 48—57 MPa 7 000 à 8 300 psi
Dureté 91 Brinell
Propriétés physiques [29]
Plage de solidification (plage de fusion) 380—386 °C 716—727 °F
Densité 6,6 g/cm 3 0,24 lb/po 3
Coefficient de dilatation thermique 27,4 μm/m-°C 15,2 μin/in-°F
Conductivité thermique 108,9—113,0 W/mK à 100 °C 755,6—784,0 BTU-in/hr-ft 2 -°F @ 212 °F
Conductivité électrique 26-27 % SIGC
La capacité thermique spécifique 418,7 J/kg-°C 0,100 BTU/lb-°F

Zamac 5

Le zamak 5 a la même composition que le zamak 3 avec l'ajout de 1 % de cuivre afin d'augmenter la résistance (d'environ 10 % [17] ), la dureté et la résistance à la corrosion, mais réduit la ductilité. [30] Il a également moins de précision dimensionnelle. [30] Le Zamak 5 est plus couramment utilisé en Europe. [2]

Composition Zamak 5 par norme
Éléments d'alliage Impuretés
Standard Limite Al Cu mg Pb CD Sn Fe Ni Si Dans Tl Zn
ASTM B240 [21] (Lingot) min 3.9 0,75 0,03 - - - - - - - -
maximum 4.3 1.25 0,06 0,004 0,003 0,002 0,075 - - - -
ASTM B86 [22] (moulé) min 3.5 0,75 0,03 - - - - - - - -
maximum 4.3 1.25 0,06 0,005 0,004 0,003 0,1 - - - -
EN1774 [23] (Lingot) min 3.8 0,7 0,035 - - - - - - - -
maximum 4.2 1.1 0,06 0,003 0,003 0,001 0,02 0,001 0,02 - -
EN12844 [24] (Coulé) min 3.7 0,7 0,025 - - - - - - - -
maximum 4.3 1.2 0,06 0,005 0,005 0,002 0,05 0,02 0,03 - -
JIS H2201 [14] (Lingot) min 3.9 0,75 0,03 - - - - - - - -
maximum 4.3 1.25 0,06 0,003 0,002 0,001 0,075 - - - -
JIS H5301 [15] (Coulé) min 3.5 0,75 0,02 - - - - - - - -
maximum 4.3 1.25 0,06 0,005 0,004 0,003 0,01 - - - -
AS1881 [26] min 3.9 0,75 0,04 - - - - - - - -
maximum 4.3 1.25 0,06 0,003 0,003 0,001 0,05 - 0,001 0,0005 0,001
GB8738-88 [12] min 3.9 0,7 0,03 - - - - - - - -
maximum 4.3 1.1 0,06 0,004 0,003 0,0015 0,035 - - - -
Zamak 5 propriétés [30]
Propriété Valeur métrique Valeur impériale
Propriétés mécaniques
Résistance à la traction ultime 331 MPa (270 MPa vieilli) 48 000 psi (39 000 psi vieilli)
Limite d'élasticité (compensation de 0,2 %) 295 MPa 43 000 psi
La résistance aux chocs 52 J (56 J âgés) 38 pi-lbf (41 pi-lbf vieilli)
Allongement à F max 2%
Allongement à la rupture 3,6 % (13 % âgés)
Résistance au cisaillement 262 MPa 38 000 psi
Limite d'élasticité en compression 600 MPa 87 000 psi
Résistance à la fatigue (flexion inverse 5x10 8 cycles) 57 MPa 8 300 psi
Dureté 91 Brinell
Module d'élasticité 96 GPa 14 000 000 psi
Propriétés physiques
Plage de solidification (plage de fusion) 380—386 °C 716—727 °F
Densité 6,7 kg/dm 3 0,24 lb/po 3
Coefficient de dilatation thermique 27,4 μm/m-°C 15,2 μin/in-°F
Conductivité thermique 109W/mK 756 BTU-in/hr-ft 2 -°F
Résistivité électrique 6,54 μΩ-cm à 20 °C 2,57 μΩ-in à 68 °F
Chaleur latente (chaleur de fusion) 110 J/g 4,7x10 −5 BTU/lb
La capacité thermique spécifique 419 J/kg-°C 0,100 BTU/lb-°F
Coefficient de friction 0,08

Zamak 7

Le zamak 7 contient moins de magnésium que le zamak 3 pour augmenter la fluidité et la ductilité, ce qui est particulièrement utile lors de la coulée de composants à paroi mince. Afin de réduire la corrosion intergranulaire, une petite quantité de nickel est ajoutée et les impuretés sont plus strictement contrôlées. [2]

Composition Zamak 7 par norme
Éléments d'alliage Impuretés
Standard Limite Al Cu mg Pb CD Sn Fe Ni Si Dans Tl
ASTM B240 [21] (Lingot) min 3.9 - 0,01 - - - - - - - -
maximum 4.3 0,1 0,02 0,002 0,002 0,001 0,075 - - - -
ASTM B86 [22] (moulé) min 3.5 - 0,005 - - - - 0,005 - - -
maximum 4.3 0,25 0,02 0,003 0,002 0,001 0,075 0,02 - - -
GB8738-88 [12] min 3.9 - 0,01 - - - - 0,005 - - -
maximum 4.3 0,1 0,02 0,002 0,002 0,001 0,075 0,02 - - -
Impureté Élément d'alliage
Zamac 7 propriétés [31]
Propriété Valeur métrique Valeur impériale
Propriétés mécaniques
Résistance à la traction ultime 285 MPa 41 300 psi
Limite d'élasticité (compensation de 0,2 %) 285 MPa 41 300 psi
La résistance aux chocs 58,0 J 42,8 pi-lbf
Allongement à la rupture 14%
Résistance au cisaillement 214 MPa 31 000 psi
Limite d'élasticité en compression 414 MPa 60 000 psi
Résistance à la fatigue (flexion inverse 5x10 8 cycles) 47,0 MPa 6 820 psi
Dureté 80 Brinell
Propriétés physiques
Plage de solidification (plage de fusion) 381—387 °C 718—729 °F
Coefficient de dilatation thermique 27,4 μm/m-°C 15,2 μin/in-°F
Conductivité thermique 113 W/mK 784 BTU-in/hr-ft 2 -°F
Résistivité électrique 6,4 μΩ-cm 2,5 μΩ-in
La capacité thermique spécifique 419 J/kg-°C 0,100 BTU/lb-°F
Température de coulée 395—425 °C 743—797 °F

Utilise

Les utilisations courantes des alliages de zamak comprennent les appareils électroménagers, les accessoires de salle de bain, les jouets moulés sous pression et l'industrie automobile. [32] [33] [34] Les alliages de Zamak sont également utilisés dans la fabrication de certaines armes à feu telles que SW380 , les armes de poing Hi-Point Firearms et les carabines. [35] [36]

Voir aussi

Références

  1. ^ Dernières informations sur le statut de Zamak , récupérées le 02/03/2008
  2. ^ un bcdefghi Alliages de moulage sous pression , récupéré le 02/03/2008 _
  3. ^ Wanhill, RJH; Hattenberg, T. (mai 2005), Fissuration induite par la corrosion des moulages sous pression en zinc-aluminium de trains miniatures (PDF) , National Aerospace Laboratory NLR, NLR-TP-2005-205, archivé de l'original (PDF) le 2011-07- 16.
  4. ^ un b ZL3/ZL0400/ZnAl4 (Zamak 3) , récupéré le 29/02/2008
  5. ^ Coqs, EJ; Walters, B. (1968), Une histoire de l'industrie de la fusion du zinc en Grande-Bretagne , Harrap, ISBN 0-245-59377-2.
  6. ^ Normes mondiales de moulage sous pression du zinc , Nyrstar , récupéré le 25/02/2008.
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  9. ^ un bcdefghijklmnop ASTM B240-98 ( PDF ) , 01/05/1998 , récupéré 10/02/2008 _ _ _ _ _ _ _ _ _
  10. ^ Semiatin, SL (2006). Manuel ASM, Volume 14B : Travail des métaux : Formage de tôles . ASM International. ISBN 978-0-87170-710-9.
  11. ^ un bcd e f g h i j k l m n o Désignation de l' alliage - tableau de références croisées (PDF) , archivé de l'original (PDF) le 08/07/2011 , récupéré le 31/10/2010
  12. ^ un bcdefghi GB8738 - Norme chinoise : lingots d' alliages de zinc pour la coulée (2006) , récupéré le 27/02/2008
  13. ^ un bcdefghi ZN - 004 , récupéré le 01/03/2008 _ _ _
  14. ^ un bcd JIS H2201 - Norme industrielle japonaise - Lingot d' alliage de zinc pour le moulage sous pression (1999) , récupéré le 26/02/2008
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