鋁是一種銀白色金屬，在地殼中含量僅次於氧和矽排在第三位。鋁的密度較小，僅為鐵的34.61%、銅的30.33%，因此又被稱作輕金屬。鋁是世界上產量和用量都僅次於鋼鐵的有色金屬。鋁的密度只有2.7103g/cm3，約為鋼、銅或黃銅密度的1/3左右。由於鋁的材質輕，因此常用於製造汽車、火車、捷運、船舶、飛機、火箭、飛船等陸海空交通工具，以減輕自重增加裝載量。
基本介紹
簡介,鋁合金錠,定義,套用,分類,標識規定,產地分布,生產流程,工藝說明,連續澆鑄,豎式半連續鑄造,物耗成本,
簡介
鋁錠工業用鋁錠
在我們日常工業上的原料叫鋁錠，按國家標準（GB/T 1196-2008）應叫“重熔用鋁錠”，不過大家叫慣了“鋁錠”。它是用氧化鋁-冰晶石通過電解法生產出來的。鋁錠進入工業套用之後有兩大類：鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁及鋁合金是以鑄造方法生產鋁的鑄件；變形鋁及鋁合金是以壓力加工方法生產鋁的加工產品：板、帶、箔、管、棒、型、線和鍛件。按照國家標準“重熔用鋁錠按化學成分分為8個牌號，分別是Al99.90、Al99.85、Al99.70、Al99.60、Al99.50、Al99.00、Al99.7E、Al99.6E”（註：Al之後的數字是鋁含量）。有人叫的“A00”鋁，實際上是含鋁為99.7%純度的鋁，在倫敦市場上叫“標準鋁”。大家都知道我國在五十年代技術標準都來自前蘇聯，“A00”是蘇聯國家標準中的俄文牌號，“A”是俄文字母，而不是英文“A”字，也不是漢語拼音字母的“A”和國際接軌的話，稱“標準鋁”更為確切。標準鋁就是含99.7%鋁的鋁錠，在倫敦市場上註冊的就是它。
鋁合金錠
定義
是以純鋁及回收鋁為原料，依照國際標準或特殊要求添加其他元素，如：矽(Si)、銅 (Cu)、鎂(Mg)、鐵(Fe)…，改善純鋁在鑄造性，化學性及物理性的不足調配出來的合金。
套用
鑄造鋁矽(Al-Si)合金的套用
鋁矽(Al-Si)合金，一般Si的質量分數為4%~22%.由於Al-Si合金具有優良的鑄造性能，如流動性好、氣密性好、收縮率小和熱烈傾向小，經過變質和熱處理後，具有良好的力學性能、物理性能、耐腐蝕性能和中等的機加工性能，是鑄造鋁合金中品種最多、用途最廣的一類合金。常見鑄造Al-Si合金的特點及套用情況如下：
鋁合金錠
鋁合金錠- （1） ZL101(A) 合金 ZL101合金具有較好的氣密性、流動性和抗熱裂性能，有中等的力學性能、焊接性能和耐腐蝕性能，成份簡單，容易鑄造，適合於各種鑄造方法。ZL101合金已被用於承受中等負荷的複雜零件，如飛機零件、儀器、儀器殼體、發動機零件、汽車及船舶零件、汽缸體、泵體、剎車鼓和電氣零件等。此外以ZL101合金為基礎嚴格控制雜質含量，並通過改進鑄造技術而得到的具有更高的力學性能的ZL101A合金，已被用於鑄造各種殼體零件、飛機的泵體、汽車變速箱、燃油箱的彎管、飛機配件及其他承受載荷的零件。
- （2） ZL102合金 ZL102合金具有最好的抗熱裂性能和很好的氣密性，以及很好的流動性，不能熱處理強化，抗拉強度低，適於澆鑄大的薄壁複雜零件，主要適合於壓鑄。該類合金主要被用於承受低負荷形狀複雜的薄壁鑄件，如各種儀表殼體、汽車機匣、牙科設備、活塞等。
- （3） ZL104合金 ZL104合金具有良好的氣密性、流動性和抗熱裂性能，強度高，耐腐蝕性能、焊接性能和切削加工性能良好，但耐熱強度低，易產生細小的氣孔，鑄造工藝較複雜。因此其主要被用於製造承受高負荷的大尺寸的砂型金屬型鑄件，如傳動機匣、汽缸體、汽缸蓋閥門、帶輪、蓋板工具箱等飛機、船舶和汽車零件。
- （4） ZL105合金ZL105合金的力學性能高，鑄造性能和焊接性能令人滿意，切削加工性能和耐熱強度比ZL104合金好，但塑性低，腐蝕穩定性不高，適合於各種鑄造方法。該類合金主要被用於生產承受大負荷的飛機、發動機砂型和金屬型鑄造零件，如傳動機匣、汽缸體、液壓泵殼體和儀器零件，也可做軸承支座和其他機器零件。此外，在ZL105合金基礎上降低Fe等雜質含量發展起來的ZL105A合金，由於具有更高的強度和斷後伸長率，也已被製造用於承受大負荷的優質鑄件，例如飛機的曲軸箱、閥門殼體、葉輪、冷卻水套、罩子、軸承支座及發動機和機器的其他零件。
- （5） ZL106合金ZL106合金具有中等的力學性能，很好的流動性能，滿意的抗熱裂性能，適於砂型鑄造和金屬型鑄造。該類合金主要被用於形狀複雜、承受靜載荷的零件，要求氣密性高和在較高溫度下工作的零件，如泵體和水冷汽缸頭等。
- （6） ZL107合金ZL107合金適用於砂型鑄造和金屬型鑄造，具有很好的氣密性、流動性和抗熱裂性能，以及好的力學性能和切削加工性能。其主要被用於柴油機發動機的曲軸箱、鋼琴用板片和框架、油蓋和活門把手、汽缸頭及打字機框架等零件的生產。
- （7） ZL108合金ZL108合金的鑄造性能良好，強度高，熱膨脹係數小及耐磨性能好。此外，其高溫性能令人滿意，一般用於金屬型鑄造。該類合金主要用作內燃機活塞及起重滑輪等零部件.
- （8） ZL109合金ZL109合金適合於金屬型鑄造，具有極好的流動性，很好的氣密性和抗熱裂性能，好的高溫強度和低溫膨脹係數。其典型用途是做皮帶輪、軸套和汽車活塞及柴油機活塞，也可做起重滑輪等。
- （9） ZL110合金ZL110合金具有中等的力學性能和好的耐熱性能，適用於砂型和金屬型鑄造，合金密度大，線脹係數大，用於製造內燃機活塞、油嘴、油泵等零件。但需要注意的是，由於合金熱膨脹係數大，當用於製造活塞時有可能會產生“冷敲熱拉”現象.
- （10） ZL111合金ZL111合金具有很好的氣密性和抗熱裂性及極好的流動性，高的強度，好的疲勞性能和承受能力，容易焊接並且耐腐蝕性好，適於砂型、金屬型的壓力鑄造。該類合金主要用於製造複雜、承受高載荷的零件，如用於飛機和飛彈的鑄件等。
- （11） YL112合金YL112是壓鑄合金，具有好的鑄造性能和力學性能，很好的流動性、氣密性的抗熱裂性，常用作齒輪箱、空冷汽缸頭、無線電發報機的機座、割草機罩子及氣動剎車鑄件。
- （12） YL113合金YL113合金具有極好的流動性，很好的氣密性和抗熱裂性，主要用於壓鑄。典型用途是做帶輪、活塞和汽缸頭等。還可用於汽車發動機殼體、機車發動機殼體、園林工具殼體等配件的壓鑄。國際牌號等同於日標ADC12. 是壓鑄行業套用最為廣泛的再生鋁錠.
- （13） ZL114A合金ZL114A合金有很高的力學性能和很好的鑄造性能，即很高的強度，好的韌性和很好的流動性、氣密性和抗熱裂性，能鑄造複雜形狀的高強度鑄件，適合於各種鑄造方法，用於高強度優質鑄件，製造飛機和飛彈倉體等承受高載荷的零件。
- （14） ZL115合金ZL115合金適合於砂型和金屬型鑄造，具有很好的鑄造性能和較高的力學性能，如高的強度和硬度及很好的伸長率，主要用作波導管、高壓閥門、液壓管路、飛機掛架和高速轉子葉片等。
- （15） ZL116合金ZL116合金適合於砂型和金屬型鑄造，具有很好的氣密性、流動性和抗熱裂性，還具有高的力學性能，屬於高強度鑄造鋁合金。典型的套用包括波導管、高壓閥門、液壓管路、飛機掛架和高速轉子葉片等.
- （16） ZL117合金ZL117是過共晶Al-Si合金，具有很好的耐磨性、低的熱膨脹係數和好的高溫性能，同時還具有好的鑄造性能，適合於金屬型鑄造，常用作發動機活塞、剎車塊、帶輪、泵和其他要求耐磨的部件。
- （17） YL117合金 YL117合金相當於美國的B390.0合金，是美國套用較廣的過共晶Al-Si壓鑄合金，具有良好的流動性，中等的氣密性和好的抗熱裂性，特別是具有高的耐磨性和低的熱膨脹係數，主要用作發動機機體、剎車塊、帶輪、泵和其他要求耐磨的零件.
鑄造鋁鋅(Al-Zn)合金的套用
對於Al-Zn合金,由於Zn在Al中的溶解度大，因此當Al中加入質量分數大於10% 的Zn時，能顯著提高合金的強度。雖然該類合金自然時效傾向大，不需要熱處理就能得到較高的強度，但這類合金的缺點是耐腐蝕性能差，密度大，鑄造時容易產生熱裂。所以該類合金主要用於製造壓鑄儀表殼體類零件。常見鑄造Al-Zn合金的特點及套用情況如下：
- (1) ZL401合金 ZL401合金的鑄造性能中等，縮孔和熱裂傾向較小，有良好的焊接性能和切削加工性能，鑄態下強度高，但塑性低，密度大，耐腐蝕性較差，ZL401合金主要用作各種壓力鑄造零件，工作溫度不超過200攝氏度、結構形狀複雜的汽車和飛機零件。
- (2) ZL402合金 ZL402合金的鑄造性能中等，流動性好，有中等的氣密性的抗熱裂性，切削加工性能良好，鑄態下力學性能和衝擊韌度較高，但密度大，熔煉工藝複雜，主要用於農業設備、工具機工具、船舶鑄件、無線電裝置、氧氣調節器、旋轉輪和空氣壓縮機活塞等。
鑄造鋁鎂(Al-Mg)合金的套用
- Al-Mg合金中Mg的質量分數為4%~11%, 該系合金密度小，並且具有較高的力學性能，優異的耐腐蝕性能，良好的切削加工性能，加工表面光亮美觀。但由於該類合金熔煉和鑄造工藝複雜，除用作耐蝕合金外，也用作裝飾用合金。常見鑄Al-Mg合金的特點及套用情況如下。
- (1) ZL301合金 ZL301合金具有高的強度，很好的伸長率，極好的切削加工性能，焊接性好，能陽極化，搞震，缺點是有顯微疏鬆傾向，鑄困難.ZL301合金用於製造受高負荷，工作溫度在150攝氏度以下，並在大氣和海水中工作的耐腐蝕性高的零件，如框架、支座、桿件和配件等。
- (2) ZL303合金 ZL303合金耐腐蝕性好，焊接性好，有良好的切削加工性能，易拋光，鑄造性能尚可，力學性能較低，不能熱處理強化，有形成縮孔的傾向，廣泛用於壓鑄。該類合金主要用於在腐蝕作用下的中等負荷零件或在寒冷大氣中以及工作溫度不超過200攝氏度的零件，如海輪零件和機器殼體。
- (3) ZL305合金 ZL305合金主要是在Al-Mg合金基礎上加入Zn,控制自然時效，提高了強度和抗應力腐蝕能力，具有好的綜合力學性能，降低了合金的氧化、疏鬆和氣孔缺陷。該類合金主要被用於承受高負荷，工作溫度在100攝氏度以下，並在大氣或海水中工作的要求腐蝕性高的零件，如海洋船舶中的零件。
鑄造鋁銅(Al-Cu)合金的套用
分類
分類概況
鋁錠按成分不同分重熔用鋁錠、高純鋁錠和鋁合金錠三種；按形狀和尺寸又可分為條錠、圓錠、板錠、T形錠等幾種。
幾種常見鋁錠
重熔用鋁錠--15kg，20kg（≤99．80%Al）：
T形鋁錠--500kg，1000kg（≤99．80%Al）：
高純鋁錠--l0kg，15kg（99．90%～99．999%Al）；
鋁合金錠--10kg，15kg（Al--Si，Al--Cu，Al--Mg）；
板錠--500～1000kg（制板用）；
圓 錠--30～60kg（拉絲用）。
標識規定
重熔用鋁錠 GB/T1196—2008 代替GB/T1196—2002、GB12768—1991、GB/T8644—2000
本標準修改採用了ISO115:2003《重熔用鋁錠 等級和成分》，並根據ISO115：2003重新起草。
為了方便比較，在資料性附錄A中列出了本標準章條和對應的國際標準章條的對照一覽表。
本標準採用ISO115:2003時進行了修改。這些技術差異用垂直單線標識在它們所涉及的條款的頁邊空白處。主要技術差異如下：
——未採用ISO115:2003表1中的精鋁錠牌號和表2中的系列牌號；
——增加了Al99.90、 Al99.85、 Al99.60、Al99.50、Al99.00牌號；
——增加了包裝用鋼帶的具體要求；
——刪除了ISO115:2003中的規範性附錄A。
本標準代替GB/T1196—2002《重熔用鋁錠》、GB12768—1991《重熔用電工鋁錠》、GB/T8644—2000《重熔用精鋁錠》。
本標準與GB/T1196—2002、GB12768—1991及GB/T8644—2000相比，主要變化如下：
——將GB/T1196—2002及GB12768—1991的牌號進行整合；
——將有關重熔用精鋁錠牌號納入YS/T665—2008之中；
——刪去GB/T1196—2002中的Al99.70牌號及GB12768—1991中的Al99.65E牌號；
——增加Al99.6E牌號，將原Al99.70A牌號中的“A”字樣取消，其他牌號不變；
——對GB12768—1991中Al99.7E中Si、Cu進行了調整，並增加了Mg、Zn、Mn三個雜質元素；
——對重金屬元素Cd、Pb、As重新進行了規定，並增加了對Hg的要求；
——對Al99.7E、Al99.6E中的B、Cr及Mn+Ti+Cr+V重新進行了規定；
——對產品的標識重新進行了規定。
產地分布
華東地區
江蘇、浙江、上海、安徽、福建、江西、山東
華北地區
北京、天津、河北、山西、內蒙
中南地區
河南、湖北、湖南、廣東、廣西
西南地區
重慶、四川、貴州、雲南、西藏
東北地區
遼寧、黑龍江、吉林
西北地區
陝西、甘肅、青海、寧夏、新疆
生產流程
鋁錠的生產是由鋁土礦開採、氧化鋁生產、鋁的電解等生產環節所構成。
先採出鋁土礦，經水洗、磨細等流程生產出鋁礦粉，再經焙燒等四道複雜工藝得到氧化鋁，生產氧化鋁的鋁土礦主要有三種類型：三水鋁石、一水硬鋁石、一水軟鋁石。
在已探明的鋁土礦全球儲量中，92%是風化紅土型鋁土礦，屬三水鋁石型，這些鋁土礦的特點是低矽、高鐵、高鋁矽比，集中分布在非洲西部、大洋洲和中南美洲。其餘的8%是沉積型鋁土礦，屬一水軟鋁石和一水硬鋁石型，中低品位，主要分布在希臘、前南斯拉夫及匈牙利等地。
由於三種鋁土礦的特點不同，各氧化鋁生產企業在生產上採取了不同的生產工藝，主要有拜耳法、鹼石灰燒結法和拜爾－燒結聯合法三種。通常高品位鋁土礦採用拜耳法生產，中低品位鋁土礦採用聯合法或燒結法生產。拜爾法由於其流程簡單，能耗低，已成為了當前氧化鋁生產中套用最為主要的一種方法，產量約占全球氧化鋁生產總量的95%左右。
氧化鋁在強電流的作用下，電解出鋁金屬，這道流程就叫電解鋁；
工藝說明
鋁錠鑄造工藝均採用鋁液注入模具中，待冷卻成鑄坯後取出後，注入過程是產品好壞的關鍵步驟。鑄造過程也即為由液態鋁結晶成固態鋁的物理過程。鑄造鋁錠工藝流程大致如下：
出鋁—扒渣—檢斤—配料—裝爐—精練—澆鑄—重熔用鋁錠—成品檢查—成品檢斤—入庫
出鋁—扒渣—檢斤—配料—裝爐—精練—澆鑄—合金錠—鑄造合金錠—成品檢查—成品檢斤—入庫
常用的澆鑄方式分為連續澆鑄和豎式半連續澆鑄
連續澆鑄
連續澆鑄可分為混合爐澆鑄和外鑄兩種方式。均使用連續鑄造機。混合爐澆鑄是將鋁液裝入混合爐後，由混合爐進行澆鑄，主要用於生產重熔用鋁錠和鑄造合金。外鑄是由抬包直接向鑄造機澆鑄，主要是在鑄造設備不能滿足生產，或來料質量太差不能直接入爐的情況下使用。由於無外加熱源，所以要求抬包具有一定的溫度，一般夏季在690～740℃，冬季在700～760℃，以保證鋁錠獲得較好的外觀。
混合爐澆鑄，首先要經過配料，然後倒人混合爐中，攪拌均勻，再加入熔劑進行精煉。澆鑄合金錠必須澄清30min以上，澄清後扒渣即可澆鑄。澆鑄時，混合爐的爐眼對準鑄造機的第二、第三個鑄模，這樣可保證液流發生變化和換模時有一定的機動性。爐眼和鑄造機用流槽聯接，流槽短一些較好，這樣可以減少鋁的氧化，避免造成渦旋和飛濺，鑄造機停用48h以上時，重新啟動前，要將鑄模預熱4h。鋁液經流槽流入鑄模中，用鐵鏟將鋁液表面的氧化膜除去，稱為扒渣。流滿一模後，將流槽移向下一個鑄模，鑄造機是連續前進的。鑄模依次前進，鋁液逐漸冷卻，到達鑄造機中部時鋁液已經凝固成鋁錠，由印表機打上熔煉號。當鋁錠到達鑄造機頂端時，已經完全凝固成鋁錠，此時鑄模翻轉，鋁錠脫模而出，落在自動接錠小車上，由堆垛機自動堆垛、打捆即成為成品鋁錠。鑄造機由噴水冷卻，但必須在鑄造機開動轉滿一圈後方可給水。每噸鋁液大約消耗8-10t水，夏季還需附吹風進行表面冷卻。鑄錠屬於平模澆鑄，鋁液的凝固方向是自下而上的，上部中間最後凝固，留下一條溝形縮陷。鋁錠各部位的凝固時間和條件不盡相同，因而其化學成分也將各異，但其整體上是符合標準的。
重熔用鋁錠常見的缺陷有：①氣孔。主要是由於澆鑄溫度過高，鋁液中含氣較多，鋁錠表面氣孔(針孔)多，表面發暗，嚴重時產生熱裂紋。②夾渣。主要是由於一是打渣不淨，造成表面夾渣；二是鋁液溫度過低，造成內部夾渣。③波紋和飛邊。主要是操作不精細，鋁錠做的太大，或者是澆鑄機運行不平穩造成。④裂紋。冷裂紋主要是澆鑄溫度過低，致使鋁錠結晶不緻密，造成疏鬆甚而裂紋。熱裂紋則由澆鑄溫度偏高引起。⑤成分偏析。主要是鑄造合金時攪拌不均勻引起的。
豎式半連續鑄造
豎式半連續鑄造主要用於鋁線錠、板錠以及供加工型材用的各種變形合金的生產。鋁液經配料後倒入混合爐，由於電線的特殊要求，鑄造前需加入中間合盤Al-B脫出鋁液中的鈦、釩(線錠)；板錠需加入Al-Ti--B合金(Ti5%B1%)進行細化處理。使表面組織細密化。高鎂合金加2#精煉劑，用量5%，攪拌均勻，靜置30min後扒去浮渣，即可澆鑄。澆鑄前先將鑄造機底盤升起，用壓縮空氣吹淨底盤上的水分。再把底盤上升入結晶器內，往結晶器內壁塗抹一層潤滑油，向水套內放些冷卻水，將乾燥預熱過的分配盤、自動調節塞和流槽放好，使分配盤每個口位於結晶器的中心。澆鑄開始時，用手壓住自動調節塞，堵住流嘴，切開混合爐爐眼，讓鋁液經流槽流入分配盤，待鋁液在分配盤內達到2/5時，放開自動調節塞，使鋁液流進結晶器中，鋁液即在底盤上冷卻。當鋁液在結晶器內達到30mm高時即可下降底盤，並開始送冷卻水，自動調節塞控制鋁液均衡地流入結晶器中，並保持結晶器內的鋁液高度不變。對鋁液表面的浮渣和氧化膜要及時清除。鋁錠長度約為6m時，堵住爐眼，取走分配盤，待鋁液全部凝固後停止送水，移走水套，用單軌吊車將鑄成的鋁錠取出，在鋸床上按要求的尺寸鋸斷，然後準備下一次澆鑄。
澆鑄時，混合爐中鋁液溫度保持在690～7l0℃，分配盤中的鋁液溫度保持在685-690℃，鑄造速度為190～21Omm/min，冷卻水壓為0.147～0.196MPa。鑄造速度與截面為正方形的線錠成比例關係：
VD=K
式中 V為鑄造速度，mm/min或m/h；D為錠截面邊長，mm或m；K為常值，m2/h，一般為1.2～1.5。
豎式半連續鑄造是順序結晶法，鋁液進入鑄孔後，開始在底盤上及結晶器內壁上結晶，由於中心與邊部冷卻條件不同，因此結晶形成中間低、周邊高的形式。底盤以不變速度下降。同時上部不斷注入鋁液，這樣在固體鋁與液體鋁之間有一個半凝固區．由於鋁液在冷凝時要收縮，加上結晶器內壁有一層潤滑油，隨著底盤的下降，凝固的鋁退出結晶器，在結晶器下部還有一圈冷卻水眼，冷卻水可以噴到已脫出的鋁錠表面，為二次冷卻，一直到整根線錠鑄完為止。
順序結晶可以建立比較滿意的凝固條件，對於結晶的粒度、機械性能和電導率都較有利。比種鑄錠其高度方向上沒有機械性能上的差別，偏析也較小，冷卻速度較快，可以獲得很細的結晶組織。
鋁線錠表面應平整光滑，無夾渣、裂紋、氣孔等，表面裂紋長度不大於1．5mm，表面的渣子和棱部皺紋裂痕深度不許超過2mm，斷面不應有裂紋、氣孔和夾渣，小於lmm的夾渣不多於5處。
鋁線錠的缺陷主要有：①裂紋。產生的原因是鋁液溫度過高，速度過快，增加了殘餘應力；鋁液中含矽大於0.8%，生成鋁矽同熔體，再生成一定的游離矽，增加了金屬的熱裂性：或冷卻水量不足。在結晶器表面粗糙或沒有使用潤滑油時，錠的表面和角部也會產生裂紋。②夾渣。鋁線錠表面夾渣是由於鋁液波動、鋁液表面的氧化膜破裂、表面的浮渣進入鑄錠的側面造成。有時潤滑油也可帶入一些夾渣。內部夾渣是由於鋁液溫度過低、粘度較大、渣子不能及時浮起或澆鑄時鋁液面頻繁變動造成。③冷隔。形成冷隔主要是由於結晶器內鋁液水平波動過大，澆鑄溫度偏低，鑄錠速度過慢或鑄造機震動、下降不均而引起的④氣孔。這裡所說的氣孔是指直徑小於1mm的小氣孔。其產生的原因是澆鑄溫度過高，冷凝過快，使鋁液中所含氣體不能及時逸出，凝固後聚集成小氣泡留在鑄錠中形成氣孔。⑤表面粗糙。由於結晶器內壁不光滑，潤滑效果不好，嚴重時形成晶體表面的鋁瘤。或由於鐵矽比太大，冷卻不均產生的偏析現象。⑥漏鋁和重析。主要是操作問題，嚴重的也造成瘤晶。
物耗成本
生產成本是指企業生產出一定數量的某種商品所支出的物質資料和勞動報酬的總和，即商品價值構成中的C+V部分。我們先來分析一下鋁錠的物耗成本：
電解鋁的冶煉廠家生產鋁錠所耗費的物質資料主要有三種：1、氧化鋁；2、電費成本；3、陽極糊（陽極碳塊）。另外還有氟化鹽等，但他們所占成本較小，一般每生產一噸鋁錠只耗用200～300元。
