压铸锌材料性能指南

压铸牌号几乎从不使用纯锌。商用合金的铝含量按重量计大致在 3.5% 到 27% 之间，铜、镁以及少量铁和铅被严格控制。铝提高强度和硬度。铜改善抗蠕变性和耐磨性，但会拖慢压铸节拍。镁控制晶粒长大并限制晶间腐蚀。铁防止熔体侵蚀模具钢，而铅、锡、镉被压得很低，因为它们会引起晶间腐蚀和随时间发生的尺寸长大。

这种配比平衡比基体金属更重要。含 4% 铝和 3% 铜的合金，与几乎不含铜的 4% 铝合金属性差别很大。前者在持续载荷下抗蠕变。后者更便宜、压铸更快、更易加工，但在温热且受载的应用中会缓慢变形。

Zamak 系列的典型铸态密度接近 6.6 g/cm³，高铝的 ZA-27 则接近 5.0 g/cm³。相比之下，铝为 2.7 g/cm³，钢为 7.8 g/cm³。相对铝的重量代价是实实在在的，这往往是项目放弃锌的首要原因。

• 1
  铝提高强度和硬度，含量升高时降低延展性。
• 2
  铜改善抗蠕变性和耐磨性；拖慢加工节拍。
• 3
  镁细化晶粒组织，限制晶间腐蚀。
• 4
  铅、锡、镉控制在极低水平。它们会引起腐蚀和尺寸长大。

这些有用性能的组合方式适合小型、薄壁、细节丰富的零件。锌的熔点约为 380–390 °C，远低于铝的约 660 °C。较低的熔点意味着对模具的热冲击更小、模具寿命更长、壁厚可以更薄。Zamak 3 中 0.5 mm 壁厚很常见，短区段可做到 0.25 mm。铝压铸通常低于约 1 mm 就会出问题。

Zamak 3 的铸态抗拉强度约为 283 MPa，Zamak 5 约为 328 MPa。ZA-27 超过 400 MPa。Zamak 3 的伸长率约为 10%，这使它有足够延展性承受压接和铆固而不开裂。与黄铜或钢相比，抗冲击性一般，因此承受直接冲击的零件需要加厚截面或换用其他材料。

Zamak 3 的导热系数接近 113 W/m·K，约为不锈钢的十倍。这就是锌壳体常兼作小型电子器件散热件的原因。电导率约为 27% IACS，足以用于屏蔽和接地，但不适合载流导体。

加工性能是实打实的优势。锌的切屑断得干净，切削速度高，铸态表面无需太多功夫即可加工到 Ra 0.8–1.6 μm。在我们的五轴加工中心上，只要工装夹具能支撑薄壁，锌件可保持 ±0.005 mm。金属较软，必须控制夹紧压力，否则刀具还没接触零件就已变形。

• 1
  熔点380–390 °C，比铝低约 270 °C。
• 2
  最小壁厚通常 0.5 mm，短区段可到 0.25 mm。
• 3
  铸态抗拉强度Zamak 3 为 283 MPa，Zamak 5 为 328 MPa。
• 4
  导热系数Zamak 3 约为 113 W/m·K。

Zamak 3 成为默认选择是有原因的。它易于压铸、镀覆良好，在系列中延展性与表面质量的组合最佳。如果零件是装饰性壳体、连接器外壳、拉链头或不承受持续载荷的支架，Zamak 3 通常是最便宜的正确答案。

Zamak 5 用少量延展性换取强度和抗蠕变性。加入 1% 铜使其成为汽车五金件、锁具零件和长期承载零件的标准选择。Zamak 7 是低镁版本，用于零件必须镀覆的场合，或薄壁需要在模具中具有额外流动性的场合。

载荷上升时才引入 ZA 合金。在许多轴承和轴套应用中，ZA-8 可直接替代 Zamak 5，因为其更高的铝含量在高温下具有更好的耐磨性。ZA-27 强度最高、蠕变行为最好，但密度在系列中最低、熔点最高、压铸窗口更窄。它对模具更苛刻，需要更仔细的浇口设计。

实用规则：从 Zamak 3 开始。只有载荷工况要求时才改用 Zamak 5 或 ZA-8。当同时需要强度和抗蠕变性且能接受模具成本时，选 ZA-27。如果零件同时具备大、薄、重载三个特点，锌可能不是正确的材料系列，应考虑铝或钢。

• 1
  Zamak 3壳体、支架、镀覆零件的默认选择。
• 2
  Zamak 5汽车五金件、锁具零件、持续载荷。
• 3
  ZA-8在温热环境下运行的轴承和轴套。
• 4
  ZA-27强度和抗蠕变性最高，工艺窗口更紧。

蠕变是在远低于熔点的温度下、恒定载荷作用下的缓慢变形。锌在约 60 °C 以上时蠕变变得可测量，超过 100 °C 后急剧加速。一个在 80 °C 下承受 200 N 载荷的螺栓凸台，第一天看起来没问题，两年后可能明显变短。没有任何裂纹。零件只是发生了位移。

其机理是晶界滑移。在较高温度下，锌晶粒相互滑移，合金在应力不增加的情况下发生变形。铜的加入能钉扎这些晶界，这就是 Zamak 5 和 ZA-27 在持续载荷下优于 Zamak 3 的原因。铝含量也有帮助，但铜的作用更强。

抗蠕变要靠几何结构，而不只是选合金。在载荷路径上增加截面厚度。添加加强筋，使应力分散到更大面积。避免承受稳定载荷的长悬空跨距。如果接头是螺栓连接，使用垫圈或钢制嵌件来分散夹紧力。当使用温度持续高于 100 °C 时，只有在完成蠕变校核后才可将锌列为候选材料，并考虑改用铝。

紧固件是常见的陷阱。一个螺纹锌凸台被拧紧一次后不再动，会随时间松弛。在另一侧使用带钢螺母和垫圈的通孔螺栓，可完全消除蠕变路径。在设计允许时，这是更省钱的解决办法。

• 1
  低于 60 °C对大多数 Zamak 零件而言，蠕变可忽略。
• 2
  60–100 °C需实测。此处铜含量影响最大。
• 3
  高于 100 °C避免持续载荷，或更换材料。
• 4
  螺栓连接使用垫圈或钢制嵌件分散夹紧载荷。

电子行业用锌制作屏蔽罩、连接器壳体和散热壳体。高导热性和铸造薄壁的能力使其非常适合既需要结构又需要散热路径的小型设备。EMI 屏蔽受益于 27% IACS 的导电率，铸态表面无需太多预处理即可进行电镀和粉末喷涂。

汽车和电动汽车应用倾向于使用 Zamak 5 和 ZA-8 制作锁体、座椅五金件、传感器壳体和承受振动但温度不高的支架。锌因阻尼能力好而能很好地处理振动。限制出现在排气部件、电机绕组和温度超过 100 °C 的发动机舱区域附近。

消费产品在触感和表面质量重要的地方使用锌：旋钮、带扣、壳体和装饰五金件。重量本身也是吸引力的一部分。锌旋钮的手感比塑料旋钮更扎实，并且可以抛光、拉丝或电镀成多种表面效果。

锌不适合大型结构件、高温使用场景以及任何必须焊接的零件。它也不适合需要极高冲击韧性的零件，例如安全关键支架。对于这些情况，铝或钢是更好的选择，我们会在 DFM 评审时说明。

• 1
  适合薄壁壳体、连接器、旋钮、锁具五金件。
• 2
  可用100 °C 以下的支架和衬套。
• 3
  不适合高温、焊接或高冲击零件。