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Foto: www.ilkermetal.net

Zamak Una aleación muy versátil Carolina Llano Uribe Periodista Metal Actual

Variedad de artículos son hechos de este material, que por su nobleza se deja fundir, inyectar y moldear.

Este material que nace de la fusión del zinc, el aluminio, el magnesio y el cobre, tiene propiedades únicas que lo convierten en un compuesto muy fácil de fundir, inyectar y colar, para fabricar piezas de gran tenacidad y resistencia al impacto.

Zamak es el nombre comercial con el que se conoce a la aleación compuesta principalmente por zinc y aluminio y con menores cantidades de magnesio y cobre. Esta aleación no ferrosa fue creada en la década de 1920 por la empresa norteamericana New Jersey Zinc Company, que le dio su nombre como un acrónimo alemán de los materiales que la componen (Zink, Aluminium, Magnesium, Kupfer). El uso de este material ha ido aumentando durante las últimas décadas gracias a sus propiedades físicas, mecánicas y de fundido. Su capacidad para ser revestido, le permite diferentes tipos de acabados, sus bajos puntos de fusión (aproximadamente 385ºC) le dan al molde una larga vida y permiten la producción de grandes series de

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productos fundidos, y su gran fluidez hace más fácil el obtener piezas de formas complejas y paredes finas.

Foto: www.trsiluminacion.com

Actualmente, las piezas hechas de Zamak son utilizadas en diferentes industrias como construcción, electrónica, automotriz, eléctrica, juguetería, joyería, decoración, artículos deportivos y telefonía, entre otras. Sus principales usos están orientados a la elaboración de piezas como carburadores, cerraduras para puertas, carcasas, armaduras, bases para licuadoras y planchas, hebillas para cinturones, herrajes para zapatos, etc. También tiene aplicaciones en maquinarias y herramientas en general, plomería, aparatos de calefacción, equipos de oficina y productos ópticos, entre muchos otros.

Las piezas hechas en Zamak pueden ser recubiertas, por electrodeposisión, de metales como cobre, níquel y cromo. Esto permite obtener productos con diferentes acabados y colores según se requiera.

Propiedades Como se mencionó antes, la aleación está compuesta de zinc como metal base, con porcentajes de 3.5 hasta 6% de aluminio, de 0.75 a 1.6% de cobre y de 0.0 hasta 0.065% de magnesio. La aleación tolera tasas máximas de elementos como el hierro en un 0.1%, plomo 0.005%, estaño 0.003% y cadmio 0.004%, que están contenidas en el zinc mineral y

por ello permanecen en cantidades menores en el zinc metálico. Mientras estas impurezas estén en los límites de los porcentajes específicos, es posible obtener una aleación de alta calidad. El factor determinante para la estabilidad de las propiedades mecánicas y dimensionales de las piezas coladas a presión, está en la pureza de sus componentes. Dicha garantía la entrega el zinc utilizado, que debe ser de tipo “Special High Grade”- calificación según la ASTM International- con una pureza mínima del 99.99%. Cada uno de los elementos que componen la aleación producen efectos sobre el zinc (metal base) otorgando propiedades y cualidades especiales a las piezas: el aluminio es adicionado en mayor proporción y aumenta la dureza y resistencia de la aleación, así como su fluidez, además de disminuir los efectos corrosivos del zinc sobre el acero de las máquinas y las herramientas de inyección. Aunque el magnesio se encuentra en porcentajes relativamente pequeños tiene gran influencia en las propiedades del zinc para colar bajo presión y ayuda a inhibir la corrosión intergranular(1) de la aleación. Por último, el cobre también aumenta la resistencia a la corrosión, además de la resistencia mecánica y la dureza de la aleación. Existen algunas variedades de Zamak, la más común y de mayor uso es Zamak 5, que contiene alrededor

del 1% de cobre lo que mejora sus propiedades de resistencia, dureza y anticorrosión. Es la aleación más utilizada por su estabilidad dimensional y facilidad de inyectar. Se usa, por ejemplo, en carburadores, bombas de agua y de gasolina; Zamak 2, es utilizado principalmente en la fabricación de moldes para zapatos y defensas para automóviles; Zamak 3 es la aleación más estable, ya que prácticamente no contiene cobre y es la más recomendada para elaborar piezas con alto grado de dificultad, detalles complicados y contornos agudos; la Zamak 7 se diferencia del resto ya que presenta un bajo contenido de magnesio y la adición de 0.005% / 0.020% de níquel, lo que le da una baja tensión superficial y aumenta su facilidad para fundirla. Con ella se producen enseres electrodomésticos como extractores y exprimidores. En el caso de la Zamak 10, es la más económica y se usa en piezas que no requieren de un excelente acabado como en el caso de los trofeos o las medallas. Por último está la Zamak AZC, que es especial para máquinas centrífugas y se usa para crear piezas de ornamento. Son muchas las ventajas que ofrecen las alecciones Zamak dentro de las que se pueden resaltar: • Alta productividad a los procesos de fabricación. • No se requiere de un alto consumo de energía para su transformación ya que se funde entre 380 - 420ºC.

PROPIEDADES FÍSICAS

Zamak 5

Zamak 3

Zamak 2

Densidad: (g/cm3)

6.6

6.6

6.6

Rango fundición: (°C)

380-386

381-387

379-390

Conductibilidad eléctrica: (%IACS)

26

26

26

Conductibilidad térmica: (W/m/hr/°C)

110

113

119

27.4

27.4

27.4

419

419

419

Coeficiente de Expansión Termal (100-200°C µm/mm/°C) Calor específico: (J/kg/°C)

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PROPIEDADES MECÁNICAS

Zamak 5 Zamak 3 Zamak 2

• Le dan una larga vida al molde. • Reducen los costos en los montajes y aplicaciones.

Fuerza Tensión máxima: (MPa)

328

328

328

Fuerza deformación - 0.2% Offset: (MPa)

250

200

255

Alargamiento: % en 50 mm.

5

10

5

Resistencia a la rotura: (MPa)

262

262

262

Dureza: Brinell 500 -10- 30 HBS

92

83

102

65.1

58.3

47.5

Fuerza de fatiga a la Curvatura Rotatoria - 5x108 ciclos:(MPa)

56

48

60

Tratamiento

Factor de compresión 0.1% Offset: (MPa)

600

450

640

Módulo de Elasticidad (MPa x 103)

85.5

85.5

85.5

Uno de los factores más importantes para obtener los mejores resultados en el momento de fundir la aleación es mantener la temperatura por debajo de los 481ºC, ya que un calor excesivo no sólo causa un rápido deterioro en el crisol sino que aumenta el peligro de contaminación por hierro, produciendo la pérdida de metal por la formación de escoria y contribuyendo a la eliminación del magnesio.

Resistencia al Impacto: (J)

• La inyección a presión permite fabricar piezas en grandes volúmenes con una alta precisión.

Foto: Propulsora S.A.

• Permiten la obtención de piezas con un alto control dimensional.

• Se pueden lograr mejores acabados y tratamientos superficiales, usando pinturas, galvanizado o por electrodeposición de cobre, cromo y níquel.

Gracias a la facilidad para ser fundida e inyectada, la aleación es utilizada tanto en la elaboración de piezas muy simples, como de piezas que requieren mayores detalles, exactitud y excelentes acabados

• No exigen altas presiones de inyección. • Tiene una resistencia mecánica relativamente elevada, particularmente la resistencia al impacto y la ductilidad a temperatura ambiente.

Durante el proceso de inyección a presión o de colada también es posible que aparezcan poros internos o burbujas, lo que deriva en la disminución de la resistencia mecánica de la pieza. Sin embargo, una correcta inyección generará una distribución homogénea de los poros finos, frenando el crecimiento de las grietas y favoreciendo a la tenacidad de la pieza.

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Por otro lado, estas aleaciones permiten hacer recubrimientos y acabados por medio de la electrodeposición(2) de metales como el cobre, el níquel, el cromo, etc., con el objetivo de aportar a la pieza características funcionales y/o decorativas. Para obtener los mejores resultados en los recubrimientos, es necesario que la preparación de la superficie de Zamak sea la adecuada, (lo cual se logra a través de etapas como el vibrado, pulido, desengrases y decapados), de esta manera se evitará la corrosión y el levantamiento del acabado. La aleación tiene algunas desventajas que deben tenerse en cuenta según el uso que se les vaya a dar a las piezas: no soporta altos grados de tensión y torsión o afluencia; aunque su campo de aplicación es considerable, dichas piezas no se deben trabajar a temperaturas demasiado altas, es decir a más de 80ºC, con el fin de evitar fenómenos de envejecimiento y de precipitación.

También es importante saber que las propiedades mecánicas de la aleación sufren cambios considerables con el paso del tiempo. Por ejemplo, la Zamak 5 pierde hasta un 20 por ciento de su resistencia a la tracción y un 15 por ciento de su resistencia al impacto, a una temperatura ambiental normal. Esta pérdida de propiedades es mucho mayor cuando las piezas son expuestas a temperaturas elevadas y ambientes húmedos. Condiciones que además afectan particularmente la resistencia al impacto, que puede quedar reducida a 15 por ciento del valor original.

Existen diferentes normas internacionales para su fabricación y comercialización, dentro de las que se pueden encontrar: las normas españolas UNE-EN 1774:1998, Zinc y aleaciones de zinc. Aleaciones para fundición. Lingotes y estado líquido; la UNEEN12844: 1999, Zinc y aleaciones de zinc. Piezas coladas. Especificaciones; la norma norteamericana ASTM B 240-07, Especificación estándar de zinc y zinc–aluminio. Aleaciones en forma de lingotes de fundición y moldeados; y la ASTM B418-95a Especificaciones estándar de intérpretes y forjado galvánico, ánodos de zinc; entre otras.

Comercialización

En Colombia hay empresas como Propulsora S.A, Metalox y el Grupo Eccellenza S.A, que trabajan y comercializan el Zamak, además de las empresas que diseñan y elaboran con esta aleación productos de joyería, bisutería, artículos publicitarios, piezas religiosas, etc.

Su presentación más común es en lingotes de 8 a 10 kilogramos aproximadamente, organizados en una estiba estándar de 132 lingotes (aunque puede variar según las necesidades) y pesa alrededor de 1.100 kilogramos.

Citas

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1) Corrosión Intergranular. Es la corrosión que se encuentra localizada en los límites de grano, esto origina pérdidas en la resistencia que desintegran los bordes de los granos. 2) Electrodeposición. Es un proceso químico o electroquímico, para el tratamiento de superficies, depositando una capa metálica (y en ciertos casos no metálica). Se basa en el paso de la corriente eléctrica entre dos metales diferentes (electrodos) que están inmersos en un líquido conductor (electrolito). Se utiliza para proteger al material de la corrosión, mejorar las propiedades de la superficie, o con efectos decorativos.

Fuentes

Los lingotes de Zamak tienen un peso entre 8 y 10 kilogramos aproximadamente y son organizados en series de 132 lingotes, con un peso alrededor de 1.100 kilogramos.

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Víctor Barrientos Sossa. Ingeniero Metalúrgico, Docente Sena Industrial. E-mail: [email protected]

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www.astm.org

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www.boe.es

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www.html.rincondelvago.com/zinc-y-susaleaciones.html

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www.ayr.es/fichas/material_ayr_esp.pdf

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www.fundesa.es/es/Composicion.html

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www.es.wikipedia.org/wiki/Zamak.

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Propulsora S.A.