O que é lingote de alumínio?

O que é lingote de alumínio?

O alumínio é um metal branco-prateado e ocupa o terceiro lugar na crosta terrestre, depois do oxigênio e do silício. Sua densidade é relativamente baixa, apenas 34,61% de ferro e 30,33% de cobre, por isso também é chamado de metal leve. O alumínio é um metal não ferroso cuja produção e consumo só perdem para o aço no mundo. Por ser leve, o alumínio é frequentemente utilizado na fabricação de veículos terrestres, marítimos e aéreos, como automóveis, trens, metrôs, navios, aviões, foguetes e espaçonaves, para reduzir seu próprio peso e aumentar a carga. As matérias-primas em nossa indústria diária são chamadas de lingotes de alumínio. De acordo com a norma nacional (GB/T 1196-2008), eles deveriam ser chamados de "lingotes de alumínio para refusão", mas todos estão acostumados a chamá-los de "lingotes de alumínio". É produzido por eletrólise usando alumina-criolita. Após a entrada em aplicações industriais, os lingotes de alumínio se dividem em duas categorias principais: ligas de alumínio fundido e ligas de alumínio deformado. Alumínio fundido e ligas de alumínio são peças fundidas de alumínio produzidas por métodos de fundição; alumínio deformado e ligas de alumínio são produtos de alumínio processados ​​por métodos de processamento de pressão: chapas, tiras, folhas, tubos, barras, perfis, fios e peças forjadas. De acordo com a norma nacional, "lingotes de alumínio refundidos são divididos em 8 classes de acordo com a composição química, que são Al99,90, Al99,85, Al99,70, Al99,60, Al99,50, Al99,00, Al99,7E, Al99,6E" (Observação: o número após Al indica o teor de alumínio). Algumas pessoas chamam o alumínio "A00", que na verdade é alumínio com pureza de 99,7%, que é chamado de "alumínio padrão" no mercado londrino. Os padrões técnicos do nosso país na década de 1950 vieram da antiga União Soviética. "A00" é a marca russa nos padrões nacionais da União Soviética. "A" é uma letra russa, não o "A" inglês ou o "A" do alfabeto fonético chinês. Se estiver em conformidade com os padrões internacionais, é mais correto chamar de "alumínio padrão". O alumínio padrão é um lingote de alumínio contendo 99,7% de alumínio, registrado no mercado de Londres.

Como são feitos os lingotes de alumínio
O processo de fundição de lingotes de alumínio utiliza alumínio fundido para injetar no molde e, após ser resfriado, formar uma placa fundida, o processo de injeção é uma etapa fundamental para a qualidade do produto. O processo de fundição também é o processo físico de cristalização do alumínio líquido em alumínio sólido.
O fluxo do processo de fundição de lingotes de alumínio é aproximadamente o seguinte: vazamento de alumínio - remoção de escória - coleta - ingredientes - carregamento do forno - refino - fundição - lingotes de alumínio para refusão - inspeção do produto acabado - inspeção do produto acabado - armazenamento - remoção de escória de alumínio - coleta - ingredientes - carregamento do forno - lavagem - fundição - lingotes de liga - lingotes de liga de fundição - inspeção do produto acabado - inspeção do produto acabado - armazenamento

Os métodos de fundição comumente usados ​​são divididos em fundição contínua e fundição semicontínua vertical

Fundição contínua

A fundição contínua pode ser dividida em fundição em forno misto e fundição externa. Todas utilizam máquinas de fundição contínua. A fundição em forno de mistura é o processo de fundição de alumínio fundido no forno de mistura e é usada principalmente para produzir lingotes de alumínio para refusão e fundição de ligas. A fundição externa é realizada diretamente da panela para a máquina de fundição, sendo usada principalmente quando o equipamento de fundição não atende aos requisitos de produção ou a qualidade dos materiais recebidos é muito ruim para ser alimentada diretamente no forno. Como não há fonte de aquecimento externa, é necessário que a panela tenha uma determinada temperatura, geralmente entre 690 °C e 740 °C no verão e 700 °C a 760 °C no inverno, para garantir que o lingote de alumínio tenha uma melhor aparência.

Para a fundição no forno de mistura, os ingredientes devem primeiro ser misturados, depois despejados no forno de mistura, misturados uniformemente e, em seguida, adicionados com fundente para refino. O lingote de liga de fundição deve ser clarificado por mais de 30 minutos, e a escória pode ser fundida após a clarificação. Durante a fundição, o olho do forno de mistura é alinhado com o segundo e terceiro moldes da máquina de fundição, o que pode garantir um certo grau de mobilidade quando o fluxo de líquido muda e o molde é trocado. O olho do forno e a máquina de fundição são conectados por uma calha. É melhor ter uma calha mais curta, o que pode reduzir a oxidação do alumínio e evitar vórtices e respingos. Quando a máquina de fundição estiver parada por mais de 48 horas, o molde deve ser pré-aquecido por 4 horas antes de reiniciar. O alumínio fundido flui para o molde através da calha, e a película de óxido na superfície do alumínio fundido é removida com uma pá, o que é chamado de escória. Após o enchimento de um molde, a calha é movida para o próximo molde, e a máquina de fundição avança continuamente. O molde avança em sequência, e o alumínio fundido esfria gradualmente. Ao atingir o centro da máquina de fundição, o alumínio fundido solidificou em lingotes de alumínio, que são marcados com um número de fusão pela impressora. Quando o lingote de alumínio atinge o topo da máquina de fundição, ele solidificou completamente em um lingote de alumínio. Nesse momento, o molde é virado, e o lingote de alumínio é ejetado do molde, caindo no carrinho automático de recebimento de lingotes, que é automaticamente empilhado e empacotado pelo empilhador para se tornar o lingote de alumínio acabado. A máquina de fundição é resfriada por pulverização de água, mas a água deve ser fornecida após a máquina de fundição ter sido ligada por uma revolução completa. Cada tonelada de alumínio fundido consome cerca de 8 a 10 toneladas de água, e um soprador é necessário para o resfriamento da superfície no verão. O lingote é uma fundição em molde plano, e a direção de solidificação do alumínio fundido é de baixo para cima, e o meio da parte superior finalmente solidifica, deixando uma contração em forma de ranhura. O tempo e as condições de solidificação de cada parte do lingote de alumínio não são os mesmos, portanto, sua composição química também será diferente, mas está em conformidade com a norma como um todo.

Defeitos comuns em lingotes de alumínio para refusão são:

① Estoma. O principal motivo é que a temperatura de fundição é muito alta, o alumínio fundido contém mais gás, a superfície do lingote de alumínio tem muitos poros (furos), a superfície é escura e, em casos graves, ocorrem rachaduras a quente.
2 Inclusão de escória. O principal motivo é que a escória não é limpa, resultando em inclusão de escória na superfície; o segundo motivo é que a temperatura do alumínio fundido é muito baixa, causando inclusão de escória interna.
③Ondulação e flash. O principal motivo é que a operação não está correta, o lingote de alumínio é muito grande ou a máquina de fundição não está funcionando corretamente.
④ Trincas. As trincas a frio são causadas principalmente por temperaturas de fundição muito baixas, o que torna os cristais do lingote de alumínio pouco densos, causando frouxidão e até mesmo rachaduras. As trincas térmicas são causadas por altas temperaturas de fundição.
⑤ Segregação de componentes. Causada principalmente pela mistura irregular durante a fundição da liga.

Fundição semi-contínua vertical

A fundição semicontínua vertical é utilizada principalmente na produção de lingotes de alumínio, lingotes de placas e diversas ligas deformadas para o processamento de perfis. O alumínio fundido é despejado no forno de mistura após a dosagem. Devido às necessidades especiais dos fios, a placa intermediária de Al-B deve ser adicionada para remover o titânio e o vanádio (lingotes de fio) do alumínio fundido antes da fundição; as placas devem ser adicionadas com liga de Al-Ti-B (Ti5%B1%) para tratamento de refino. Aprimore a organização da superfície. Adicione 5% de agente de refino 2# à liga com alto teor de magnésio, misturando uniformemente. Após 30 minutos, remova a espuma e funda. Levante o chassi da máquina de fundição antes da fundição e sopre a umidade do chassi com ar comprimido. Em seguida, levante a placa de base para dentro do cristalizador, aplique uma camada de óleo lubrificante na parede interna do cristalizador, coloque um pouco de água de resfriamento na camisa de água, coloque a placa de distribuição seca e pré-aquecida, o plugue de regulagem automática e a calha no lugar, de modo que a placa de distribuição Cada porta está localizada no centro do cristalizador. No início da fundição, pressione o plugue de ajuste automático com a mão para bloquear o bico, corte o olho do forno do forno de mistura e deixe o líquido de alumínio fluir para a placa de distribuição através da calha. Quando o líquido de alumínio atingir 2/5 na placa de distribuição, solte o ajuste automático do plugue para que o alumínio fundido flua para o cristalizador e o alumínio fundido seja resfriado no chassi. Quando o líquido de alumínio atingir 30 mm de altura no cristalizador, o chassi pode ser abaixado e a água de resfriamento começará a ser enviada. O plugue de ajuste automático controla o fluxo equilibrado do líquido de alumínio para o cristalizador e mantém a altura do líquido de alumínio no cristalizador inalterada. A espuma e a película de óxido na superfície do alumínio fundido devem ser removidas a tempo. Quando o lingote de alumínio atingir cerca de 6 m de comprimento, bloqueie o olho do forno, remova a placa de distribuição, interrompa o fornecimento de água após a solidificação completa do líquido de alumínio, remova a camisa d'água, retire o lingote de alumínio fundido com um guindaste monotrilho e coloque-o na serra de acordo com o tamanho necessário. Corte-o e prepare-o para a próxima fundição. Durante a fundição, a temperatura do alumínio fundido no forno de mistura é mantida a 690-710 °C, a temperatura do alumínio fundido na placa de distribuição é mantida a 685-690 °C, a velocidade de fundição é de 190-210 mm/min e a pressão da água de resfriamento é de 0,147-0,196 MPa.

A velocidade de fundição é proporcional ao lingote linear de seção quadrada:
VD=K onde V é a velocidade de fundição, mm/min ou m/h; D é o comprimento lateral da seção do lingote, mm ou m; K é o valor constante, m2/h, geralmente 1,2～1,5.

A fundição semicontínua vertical é um método de cristalização sequencial. Após o alumínio fundido entrar no furo de fundição, ele começa a cristalizar na placa inferior e na parede interna do molde. Como as condições de resfriamento do centro e das laterais são diferentes, a cristalização forma uma forma de periferia baixa, média e alta. O chassi desce a uma velocidade constante. Ao mesmo tempo, a parte superior é continuamente injetada com alumínio líquido, de modo que há uma zona semissolidificada entre o alumínio sólido e o alumínio líquido. Como o líquido de alumínio se contrai durante a condensação e há uma camada de óleo lubrificante na parede interna do cristalizador, à medida que o chassi desce, o alumínio solidificado sai do cristalizador. Há um círculo de furos de água de resfriamento na parte inferior do cristalizador, e a água de resfriamento pode ser pulverizada até que ela escape. A superfície do lingote de alumínio é submetida a um resfriamento secundário até que todo o lingote de arame seja fundido.

A cristalização sequencial pode estabelecer condições de solidificação relativamente satisfatórias, o que é benéfico para o tamanho do grão, as propriedades mecânicas e a condutividade elétrica da cristalização. Não há diferença nas propriedades mecânicas na direção da altura do lingote comparativo, a segregação também é pequena, a taxa de resfriamento é mais rápida e é possível obter uma estrutura cristalina muito fina.

A superfície do lingote de fio de alumínio deve ser plana e lisa, livre de escória, rachaduras, poros, etc., o comprimento das rachaduras superficiais não deve exceder 1,5 mm, a profundidade da escória e das rugas de crista na superfície não deve exceder 2 mm, e a seção não deve apresentar rachaduras, poros e inclusões de escória. Não deve haver mais de 5 inclusões de escória menores que 1 mm.

Os principais defeitos dos lingotes de fio de alumínio são:

① Trincas. A razão é que a temperatura do alumínio fundido é muito alta, a velocidade é muito rápida e a tensão residual é aumentada; o teor de silício no alumínio fundido é superior a 0,8%, e a mesma fusão de alumínio e silício é formada, e então uma certa quantidade de silício livre é gerada, o que aumenta a propriedade de trinca térmica do metal: ou a quantidade de água de resfriamento é insuficiente. Quando a superfície do molde é áspera ou nenhum lubrificante é usado, a superfície e os cantos do lingote também trincam.

2. Inclusão de escória. A inclusão de escória na superfície do lingote de fio de alumínio é causada pela flutuação do alumínio fundido, pela ruptura da película de óxido na superfície do alumínio fundido e pela entrada de escória na superfície na lateral do lingote. Às vezes, o óleo lubrificante também pode trazer escória. A inclusão interna de escória é causada pela baixa temperatura do alumínio fundido, pela alta viscosidade, pela incapacidade da escória de flutuar com o tempo ou pelas frequentes mudanças no nível de alumínio fundido durante a fundição.

③Compartimento frio. A formação da barreira fria é causada principalmente por flutuações excessivas no nível de alumínio fundido no molde, baixa temperatura de fundição, velocidade de fundição excessivamente lenta ou vibração e queda irregular da máquina de fundição.

④ Estoma. Os poros mencionados aqui referem-se a pequenos poros com diâmetro inferior a 1 mm. Isso ocorre porque a temperatura de fundição é muito alta e a condensação é muito rápida, de modo que o gás contido no líquido de alumínio não consegue escapar a tempo e, após a solidificação, pequenas bolhas se acumulam, formando poros no lingote.

⑤A superfície é rugosa. Como a parede interna do cristalizador não é lisa, o efeito de lubrificação não é bom e, em casos severos, tumores de alumínio se formam na superfície do cristal. Ou, devido à proporção muito alta de ferro para silício, o fenômeno de segregação é causado por resfriamento desigual.

⑥Vazamento de alumínio e reanálise. O principal motivo é o problema operacional, e problemas mais graves também podem causar nódulos.

Aplicação de liga de alumínio fundido com silício (Al-Si)
Liga de alumínio-silício (Al-Si), cuja fração mássica de Si é geralmente de 4% a 22%. Como a liga Al-Si possui excelentes propriedades de fundição, como boa fluidez, boa estanqueidade ao ar, baixa contração e baixa tendência ao calor, após modificação e tratamento térmico, apresenta boas propriedades mecânicas, propriedades físicas, resistência à corrosão e propriedades de usinagem médias. É o tipo mais versátil e versátil de liga de alumínio fundido. Aqui estão alguns exemplos dos mais utilizados:

(1) Liga ZL101(A) A liga ZL101 possui boa estanqueidade ao ar, fluidez e resistência a trincas térmicas, propriedades mecânicas moderadas, desempenho de soldagem e resistência à corrosão, composição simples, fácil fundição e adequada para diversos métodos de fundição. A liga ZL101 tem sido utilizada em peças complexas que suportam cargas moderadas, como peças de aeronaves, instrumentos, carcaças de instrumentos, peças de motores, peças de automóveis e navios, blocos de cilindros, corpos de bombas, tambores de freio e peças elétricas. Além disso, com base na liga ZL101, o teor de impurezas é rigorosamente controlado, e a liga ZL101A, com propriedades mecânicas superiores, é obtida por meio do aprimoramento da tecnologia de fundição. Ela tem sido utilizada na fundição de diversas peças de casco, corpos de bombas de aeronaves, caixas de engrenagens de automóveis e óleo combustível, cotovelos de caixa, acessórios de aeronaves e outras peças de suporte de carga.

(2) Liga ZL102: A liga ZL102 possui a melhor resistência a trincas térmicas e boa estanqueidade ao ar, além de boa fluidez, não pode ser reforçada por tratamento térmico e possui baixa resistência à tração. É adequada para fundição de peças complexas de paredes finas e grandes. Adequado para fundição sob pressão. Este tipo de liga é usado principalmente para suportar peças fundidas de paredes finas e baixa carga com formas complexas, como carcaças de instrumentos, carcaças de automóveis, equipamentos odontológicos, pistões, etc.

(3) Liga ZL104 A liga ZL104 possui boa estanqueidade ao ar, fluidez e resistência a trincas térmicas, alta resistência, resistência à corrosão, desempenho de soldagem e corte, mas baixa resistência ao calor, fácil de produzir poros pequenos e o processo de fundição é mais complexo. Portanto, é usada principalmente para fabricar peças fundidas de metal em areia de grande porte que suportam altas cargas, como carcaças de transmissão, blocos de cilindros, válvulas de cabeçote, correias dentadas, caixas de ferramentas de cobertura e outras peças de aeronaves, navios e automóveis.

(4) Liga ZL105 A liga ZL105 possui altas propriedades mecânicas, desempenho de fundição e soldagem satisfatórios, melhor desempenho de corte e resistência ao calor do que a liga ZL104, mas apresenta baixa plasticidade e baixa estabilidade à corrosão. É adequada para diversos métodos de fundição. Este tipo de liga é usado principalmente na produção de aeronaves, moldes de areia para motores e peças fundidas em moldes metálicos que suportam cargas pesadas, como carcaças de transmissão, blocos de cilindros, carcaças de bombas hidráulicas e peças de instrumentos, bem como suportes de rolamentos e outras peças de máquinas.

Aplicação de liga de alumínio fundido e zinco (Al-Zn)

Para ligas de Al-Zn, devido à alta solubilidade do Zn em Al, quando Zn com uma fração mássica superior a 10% é adicionado ao Al, a resistência da liga pode ser significativamente melhorada. Embora esse tipo de liga tenha uma alta tendência ao envelhecimento natural e alta resistência possa ser obtida sem tratamento térmico, as desvantagens desse tipo de liga são baixa resistência à corrosão, alta densidade e fácil trinca a quente durante a fundição. Portanto, esse tipo de liga é usado principalmente na fabricação de peças fundidas para carcaças de instrumentos.

As características e aplicações das ligas Al-Zn fundidas comuns são as seguintes:

(1) Liga ZL401 A liga ZL401 possui desempenho de fundição médio, pequena cavidade de contração e tendência a trincas a quente, bom desempenho de soldagem e corte, alta resistência no estado fundido, mas baixa plasticidade, alta densidade e baixa resistência à corrosão. A liga ZL401 é usada principalmente para diversas peças fundidas sob pressão, com temperatura de trabalho não superior a 200 graus Celsius, e a estrutura e o formato das peças de automóveis e aeronaves são complexos.

(2) Liga ZL402 A liga ZL402 tem desempenho de fundição médio, boa fluidez, estanqueidade moderada, resistência a rachaduras térmicas, bom desempenho de corte, altas propriedades mecânicas e tenacidade ao impacto no estado fundido, mas alta densidade, fundição O processo é complexo e é usado principalmente para equipamentos agrícolas, máquinas-ferramentas, peças fundidas de navios, dispositivos de rádio, reguladores de oxigênio, rodas rotativas e pistões de compressores de ar.
Aplicação de liga de alumínio fundido e magnésio (Al-Mg)

A fração mássica de Mg na liga Al-Mg é de 4% a 11%. A liga possui baixa densidade, altas propriedades mecânicas, excelente resistência à corrosão, bom desempenho de corte e uma superfície brilhante e bonita. No entanto, devido aos complexos processos de fundição e fundição deste tipo de liga, além de ser usada como liga resistente à corrosão, também é usada como liga para decoração. As características e aplicações das ligas Al-Mg fundidas comuns são as seguintes.

(1) Liga ZL301 A liga ZL301 possui alta resistência, bom alongamento, excelente desempenho de corte, boa soldabilidade, pode ser anodizada e vibrada. A desvantagem é que ela tende a se soltar microscopicamente e é difícil de fundir. A liga ZL301 é utilizada na fabricação de peças com alta resistência à corrosão sob altas cargas, temperaturas de trabalho abaixo de 150 graus Celsius e que trabalham na atmosfera e na água do mar, como quadros, suportes, hastes e acessórios.

(2) Liga ZL303: A liga ZL303 possui boa resistência à corrosão, boa soldabilidade, bom desempenho de corte, fácil polimento, desempenho de fundição aceitável, baixas propriedades mecânicas, não pode ser reforçada por tratamento térmico e tem tendência a formar furos de contração. É amplamente utilizada em fundição sob pressão. Este tipo de liga é usado principalmente para peças de carga média sob ação de corrosão ou peças em atmosfera fria e temperatura de operação não superior a 200 graus Celsius, como peças de navios e carcaças de máquinas.

(3) Liga ZL305: A liga ZL305 é composta principalmente por Zn adicionado à base de liga Al-Mg para controlar o envelhecimento natural, melhorar a resistência mecânica e a resistência à corrosão sob tensão, apresentar boas propriedades mecânicas abrangentes e reduzir a oxidação, a porosidade e os defeitos nos poros da liga. Este tipo de liga é utilizado principalmente em peças de alta carga, com temperaturas de trabalho abaixo de 100 graus Celsius e altamente corrosivas que operam na atmosfera ou na água do mar, como peças de navios.
Introdução ao conhecimento de lingotes de alumínio
Lingote de alumínio para refusão - 15 kg, 20 kg (≤99,80% Al):
Lingote de alumínio em forma de T - 500 kg, 1000 kg (≤99,80% Al):
Lingotes de alumínio de alta pureza - 10 kg, 15 kg (99,90% ～ 99,999% Al);
Lingote de liga de alumínio - 10 kg, 15 kg (Al--Si, Al--Cu, Al--Mg);
Lingote de placa - 500 a 1000 kg (para fabricação de placas);
Fusos redondos - 30～60kg (para trefilação).

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Fonte de referência: Internet
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