01差一项铜，后果不只一处
Zamak 3 和 Zamak 5 常被当作可以互换的锌合金，因为两者都容易买到、容易压铸，也都适合细节丰富的零件。但这种省事的做法可能在开模之后带来问题：壳体在载荷下蠕变，外观件的电镀表现不同，或者一个紧配合的装配件随时间发生了超出预期的尺寸变化。 两者的差别主要在成分，但工程后果要广得多。Zamak 3 只含少量铜，而 Zamak 5 含约 0.7–1.2% 的铜。多出的铜通常会提高强度、硬度、耐磨性和抗蠕变性，同时降低延展性，并可能影响尺寸与性能的稳定性。对采购来说，正确的问题不是「哪个牌号更强」，而是「这个零件是否足够需要额外的强度，以至于值得接受延展性、稳定性和成本上的取舍」。 本文把 NADCA 的数据与模具、加工、表面处理、检测和供应商选择联系起来。
02Zamak 是什么
根据 NADCA 2024 版《压铸件产品规范标准》，Zamak 是传统的锌合金系列，名义上含 4% 的铝，外加少量镁。铝支撑铸造性和强度；镁提高强度和硬度，并有助于防止晶间腐蚀；其余为锌。 Zamak 合金通常在快节拍的热室压铸机上生产。NADCA 指出，锌合金可以做出薄截面、紧公差、高冲击强度，并且模具寿命长、模具保养少。这些特点适合小五金、旋钮、支架、壳体、装饰配件，以及带有铸出细节的零件。
03成分对比
下表数值来自 NADCA 表 A-3-13。除标明范围外，单个数值均为上限。 根据 NADCA，Zamak 5 较高的铜含量使合金强化、耐磨性提高，但降低了尺寸与性能的稳定性。NADCA 将 Zamak 3 描述为北美用量最大的锌合金，原因是它在性能、铸造性和经济性之间取得了平衡。 国际图纸上的牌号名称可能不同。供应商可能写「Zamak 3」「Zinc No. 3」或「AG-40A」，它们指的是同一个 NADCA / ASTM 牌号；「Zamak 5」「Zinc No. 5」和「AG-41A」同理。采购订单仍应写明所执行的标准和化学成分限值，而不是只依赖一个商品名。
| 元素 | Zamak 3 / No. 3 / AG-40A | Zamak 5 / No. 5 / AG-41A | 作用 |
|---|---|---|---|
| 铝 Al / Aluminum | 3.7–4.3% | 3.7–4.3% | 支撑锌铝压铸组织 / Supports the zinc-aluminum die-casting structure |
| 镁 Mg / Magnesium | 0.02–0.06% | 0.02–0.06% | 强度、硬度与防腐蚀 / Strength, hardness, and corrosion protection |
| 铜 Cu / Copper | ≤ 0.10% | 0.7–1.2% | 主要差异：提高强度、硬度、耐磨与抗蠕变 / Main differentiator; raises strength, hardness, wear and creep resistance |
| 铁 Fe / Iron | ≤ 0.05% | ≤ 0.05% | 保持低含量以保护延展性与铸件质量 / Kept low to protect ductility and casting quality |
| 铅 Pb / Lead | ≤ 0.005% | ≤ 0.005% | 为合规与长期稳定而受控 / Controlled for compliance and long-term stability |
| 镉 Cd / Cadmium | ≤ 0.004% | ≤ 0.004% | 为合规而受控 / Controlled for compliance |
| 锡 Sn / Tin | ≤ 0.002% | ≤ 0.002% | 痕量污染即可影响性能，须极低 / Kept very low because trace contamination can affect performance |
| 锌 Zn / Zinc | 余量 / Balance | 余量 / Balance | 基体金属 / Base metal |
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04典型材料性能
根据 NADCA 表 A-3-14，下表的典型值基于单独压铸的试样，而不是从量产铸件上截取的试样。 规律很清楚：Zamak 5 更强、更硬，而 Zamak 3 保留了更高的伸长率，在冲击、弯曲、压配偏差或装配应力下通常更「宽容」。时效后的数值也说明了为什么采购必须规定测试状态——铸态值和时效值不能互换。 NADCA 对两种合金的铸造难易、零件复杂度、加工、抛光、电镀、阳极保护和化学涂层保护都给出了很高的评级。Zamak 3 的气密性评级优于 Zamak 5，而两者在尺寸精度和耐蚀性上的评级相近。这些评级是选材指导，并不保证每一种几何在没有过程控制的情况下都能气密或尺寸稳定。
| 性能 | Zamak 3 铸态 | Zamak 3 时效 | Zamak 5 铸态 | Zamak 5 时效 |
|---|---|---|---|---|
| 抗拉强度 / Ultimate tensile strength | 283 MPa | 241 MPa | 331 MPa | 269 MPa |
| 屈服强度（0.2%）/ Yield strength, 0.2% offset | 221 MPa | 224 MPa | 228 MPa | 245 MPa |
| 伸长率（51 mm 标距）/ Elongation in 2 in. (51 mm) | 10% | 16% | 7% | 13% |
| 硬度 / Hardness | 82 BHN | 72 BHN | 91 BHN | 80 BHN |
| 密度 / Density | 6.6 g/cm³ | 6.6 g/cm³ | 6.6 g/cm³ | 6.6 g/cm³ |
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05实际生产中为什么重要
当零件承受持续载荷时，铜的差异就很重要。在硬度、耐磨性或抗蠕变性重要的场合——齿轮、锁舌、支架、杠杆臂和齿轮箱壳体——通常优先选 Zamak 5。它也许允许截面更薄，但设计仍需要圆角、均匀过渡和合理的受力路径。 对于通用壳体、装饰五金、配件和复杂薄壁件，当铸造性、延展性、外观和成本占主导时，Zamak 3 通常是更稳妥的选择。它也是通用 Zamak 标注的常规基准。 尺寸行为值得特别关注。NADCA 指出，更多的铜会降低 Zamak 5 的尺寸与性能稳定性。供应商应当验证几何、冷却方式、时效状态和检测时点，尤其是盖板配合、轴承座、卡扣和螺纹接口。 表面处理是另一个需要尽早确定牌号的原因。NADCA 认为 Zamak 3 和 Zamak 5 在抛光、电镀、阳极保护和化学涂层保护方面都非常好。但亮铬效果仍取决于模具钢状态、表面气孔、切边、抛光顺序、前处理和镀液控制。合金弥补不了糟糕的铸件，也弥补不了没有定义的外观验收样板。 锌较低的熔化和压射温度会影响总成本。热室生产可以带来快节拍和长模具寿命，但模具、冲头、鹅颈、金属液温度和润滑系统必须与合金和零件大小相匹配。成分救不了糟糕的浇口布局或不稳定的工艺设定。
06我们的经验：铆接、抛光、时效与 ZA 合金
如果零件在装配时需要折弯、铆接、压接或卷边——任何让材料产生塑性变形的工序——我们通常建议选 Zamak 3。7% 与 10% 的伸长率听起来差别不大，但在铆接这种局部大变形的场合，这几个百分点可能就是开裂与不开裂的分界。我们遇到过的一种情况是：为了强度选了 Zamak 5，装配线上的铆接工位开始出现开裂，排查了很久的工装和铆接参数，最后发现问题在牌号上。这个判断在选材阶段只需要问一句话。 外观件的另一个考虑是抛光工时。从我们的经验看，Zamak 5 更硬，抛到同样的镜面效果需要更多工时；在需要镜面或高光的零件上，这部分成本差异可能超过材料本身的差价。如果零件做磨砂、喷涂或哑光效果，这个差异就不明显。 对配合间隙只有几十微米的精密件，我们会在工艺规划阶段就安排稳定化处理（我们常用 100 ℃ 保温 3–6 小时），让尺寸变化在精加工和终检之前完成。这项处理成本不高，但事后补做会打乱交期。 如果 Zamak 5 的强度仍然不够，从我们的经验看，下一步是评估 ZA 系列，或者直接算一次改用铝合金的总成本。按我们的模具口径，ZA-8 的模具寿命约 30–60 万模次，ZA-12 约 15–30 万模次，明显短于 Zamak；锌合金原本的成本优势会被削掉不少，很多时候答案是铝。
| 零件条件 | 我们通常建议 | 原因 |
|---|---|---|
| 后续需铆接 / 折弯 / 压接 / Riveted, bent or crimped later | Zamak 3 | 伸长率更高 / Higher elongation |
| 镜面电镀外观件 / Mirror-plated cosmetic part | Zamak 3 | 抛光工时更低 / Less polishing time |
| 长期承载、抗蠕变 / Sustained load, creep | Zamak 5 | 铜提高抗蠕变性 / Copper raises creep resistance |
| 齿轮、滑块等耐磨件 / Gears, sliders, wear parts | Zamak 5 | 硬度更高 / Higher hardness |
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07常见误区
误区一：只因为抗拉数字更高就选 Zamak 5。如果真正的失效模式是冲击、卡扣断裂或装配开裂，较低的延展性可能让 Zamak 5 成为错误的选择。 误区二：把 Zamak 3 当作「软」材料，认为它不适合功能件。它仍然提供有用的强度、硬度、冲击性能和出色的铸造性。 误区三：忽视蠕变和持续载荷。一个通过了短时拉伸试验的零件，在持续载荷和温度下仍可能发生位移。齿轮箱盖、杠杆、卡子和螺纹凸台需要做蠕变评估。 误区四：以为商品名就是完整的规范。应写明 No. 3 或 No. 5、所执行的标准、成分限值、铸态或时效状态，以及任何 RoHS 或客户限制。 误区五：不经验证就沿用同样的尺寸公差。模温、冷却、顶出、截面厚度、时效和检测时点都会影响结果。表中的数值只是起点，不是能力保证。 误区六：只凭一块平板试片批准表面效果。真实铸件上会有浇口痕、分型线、顶针印、抛光方向和局部气孔。应批准有代表性的量产样件。
08我们的通常做法
有经验的供应商不会从「Zamak 3 更便宜」或「Zamak 5 更强」开始。他们先梳理失效模式、载荷持续时间、外观要求、壁厚、模具方案和批量。Zamak 3 是成本与铸造性平衡时的默认选择；只有当铜带来的可衡量收益值得牺牲部分延展性和稳定性余量时，才选 Zamak 5。 第一，定义载荷情况。我们识别冲击、静载或反复载荷、磨损、温度、振动，以及压配或螺纹装配。持续应力要做蠕变校核，而不只是看拉伸数据。 第二，结合几何比较两种合金。我们审查壁厚、加强筋、凸台、拔模、滑块、浇口位置、溢流和顶出。如果 Zamak 5 让截面可以更薄，我们会确认新的几何不会带来充型困难或变形问题。 第三，定义状态和检测时点。我们记录铸态还是时效状态、测量时点，以及强度数据来自试片、单独铸造的试棒还是零件本身。 第四，验证表面处理。对于抛光、电镀、喷涂或化学涂层零件，我们批准一件有代表性的样件，覆盖切边、前处理、涂层厚度、附着力、外观，以及必要时的腐蚀测试。 第五，管控材料与工艺变更。铜含量、锌锭供应商、回炉料做法、金属液温度、压射曲线、模温、脱模剂、时效时间和表面处理化学品都是受控变量。在证书上看起来很小的变化，仍可能影响配合、外观或长期位移。
09采购应该问的 10 个问题
1. 要求的合金是 Zamak 3 / No. 3 / AG-40A，还是 Zamak 5 / No. 5 / AG-41A？执行哪个标准？ 2. 证书上的铜含量范围是多少？Al、Mg、Fe、Pb、Cd、Sn 以及其他受限元素的限值是多少？ 3. 零件是否承受持续载荷、高温、磨损、冲击或振动？ 4. 要求应按铸态评估，还是按自然／人工时效之后评估？ 5. 哪些尺寸对长期位移或检测时点最敏感？ 6. 设计是否依赖气密性？适用什么气密测试和验收限值？ 7. 哪些表面是外观面、抛光面、电镀面、喷涂面或化学涂层面？用什么样件定义验收？ 8. 浇口、溢流、分型线和顶针印相对功能面和外观面在哪里？ 9. 首件时将提供哪些证据：成分、尺寸、硬度、力学测试、涂层测试或剖切？ 10. 哪些变更在继续生产前需要书面批准？ 这些问题把「Zamak 3 还是 Zamak 5」变成一个受控的工程决定，也让采购能按性能和风险来比较报价，而不只是比较单价。
资料来源与说明
- [1]North American Die Casting Association (NADCA). NADCA Product Specification Standards for Die Castings: Aluminum, Aluminum-MMC, Copper, Magnesium, Zinc and ZA Alloys, 12th edition, revised for 2024. Section 3, Zinc and ZA Alloys, pp. 3-12 to 3-15; Tables A-3-13, A-3-14, and A-3-15.
- [2]North American Die Casting Association (NADCA). Product Design for Die Casting: In Recyclable Aluminum, Magnesium, Zinc and ZA Alloys, 7th edition. Guidance used for alloy selection, zinc die-casting design, dimensional control, machining, and finishing.
- [3]North American Die Casting Association (NADCA). Introduction to Die Casting. Background used for zinc die-casting process and production considerations.
本文为技术介绍与设计指南，引自上方所列资料与来自金雄多年的生产实践，仅供参考，不构成对具体项目的承诺。具体项目以双方技术协议为准。
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