淺談如何做好再生鋁合金產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)及質(zhì)量管控

張文鋼

（廣東隆達鋁業(yè)有限公司，廣東 清遠 511500）

隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，各個國家以及地區(qū)都面臨較為嚴重的資源以及環(huán)境問題，會導(dǎo)致破壞原生鋁的產(chǎn)能以及資源環(huán)境。同時，鋁的抗氧化以及還原性可以使鋁加工件回收，并且回收價值是各種常用金屬材料中非常高的。與原生鋁對比而言，回收制造成本僅占其5%，所以再生鋁發(fā)展占比較高，且在各種領(lǐng)域中體現(xiàn)出較強的原生鋁作用。

1 再生鋁合金概述

再生鋁是將廢舊鋁金屬作為原料，并且當(dāng)前的表現(xiàn)形式是鑄造鋁合金錠，再生鋁是由原生鋁材料發(fā)展而來。在我國的再生鋁行業(yè)整體發(fā)展過程中，通常是基于原生鋁的傳承以及不斷發(fā)展的經(jīng)驗，并且基于之前的標(biāo)準(zhǔn)對再生鋁合金錠鑄造，并且圍繞化學(xué)元素以及凝固結(jié)構(gòu)等各方面進行分析。在能源、信息、生物、材料等各種技術(shù)快速發(fā)展過程中，工業(yè)規(guī)模也不斷擴大，各領(lǐng)域?qū)饘俨牧闲枨竺黠@增加，以推動再生鋁行業(yè)進一步發(fā)展。目前再生鋁產(chǎn)品主要集中到鑄造鋁合金的產(chǎn)品系列中，相比較而言產(chǎn)品類型不夠多元化，而且工業(yè)鏈不長，以盡量降低其價格，。前在發(fā)展過程中主要是供應(yīng)摩配零部件等相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，市場經(jīng)濟的快速發(fā)展也開始向汽配零部件等企業(yè)還有高端技術(shù)領(lǐng)域予以轉(zhuǎn)變，

2 生鋁材料基底缺陷與材料遺傳

再生鋁的基底涵蓋了金屬化合物、非金屬雜質(zhì)等，這樣會提升雜質(zhì)及原子濃度，導(dǎo)致破壞基底連續(xù)性，比如鋁硅系合金的元素溶質(zhì)若包裹之后較為完整，則會實現(xiàn)完全合金化，能夠取得更加有效的強度以及然延展性，若沒有實現(xiàn)完整連續(xù)，則單一的元素析出之后，與其他元素結(jié)合，這會造成有強度，然而延展性不夠強，無法提升其整體性能。

3 做好再生鋁合金產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)利用

從客觀角度而言，再生鋁合金產(chǎn)品涉及到的范圍并不如汽車摩托車等各個方面的運用并且在不同的行業(yè)予以使用，若細分原料則能還原評級使用狀態(tài)并且對再生鋁加以運用。從運輸機械的角度而言，能實現(xiàn)再生鋁合金材料的升級使用并且注重提升其附加值，這樣有助于提高廢鋁價值，也會為再生鋁加工企業(yè)提升附加值，比如可以將易拉罐廢料進行還原，主要從下述方面展開：其一，廢料前處理問題；其二，三級廢料運用到易拉罐上的工藝問題；其三，還原過程涉及到的各個工序。易拉罐白廢料降級通常會使用較為普遍的再生鋁合金錠，同時，其價值會比易拉罐的罐身材料要的再生鋁合金廢料再細化，運用之后能夠?qū)崿F(xiàn)評級使用，并且提高其廢料雜質(zhì)特性，也有助于提升整體的高附加值。

4 以再生鋁在鋁合金壓鑄生產(chǎn)產(chǎn)品為例

隨著我國汽車摩托車工業(yè)不斷發(fā)展，進一步拓展了鋁合金的逐漸市場，很多的合資或獨資企業(yè)也開始從事鋁合金的壓鑄生產(chǎn)，由于鋁具有非常強的可再生性，所以有較強的循環(huán)利用價值有比較明顯的優(yōu)勢，在國家節(jié)能減排中意義重大。所以，再生鋁在發(fā)展中占據(jù)非常重要的地位。

4.1 再生鋁合金在生產(chǎn)鋁合金壓鑄中的優(yōu)勢

鋁合金廢舊鑄件通常體現(xiàn)在質(zhì)量差、油污粘附嚴重，并且在熔煉中會有較為明顯的氧化吸氣狀況，也會與氣體氧化相關(guān)，導(dǎo)致鑄造冶金存在缺陷，而且緊急基于當(dāng)前的熔煉工藝基礎(chǔ)之上進行壓鑄，導(dǎo)致形成了一些缺陷，再生鋁合金的純凈度較低，這意味著對于高強度鋁合金這種純凈度高的金屬鑄件而言不能使用，對一般力學(xué)性能沒有要求的壓鑄件可采用。這是因為壓鑄鋁合金材料明確提出雜質(zhì)的含量配比，對材質(zhì)純凈度要求低，是由于其自身的工藝所導(dǎo)致的，也是目前各國對于壓鑄鋁合金規(guī)范中所明確提出的。

從客觀角度分析可知，鑄造鋁合金國內(nèi)外使用的化學(xué)成分組成并沒有多大差異，僅僅是采用的鑄件工藝方法存在差異，其中8成以上為Al-Si系、Al-Si-Cu系，這和國內(nèi)外使用的壓鑄鋁合金系列相一致。由此分析來看，對廢舊鋁鑄件調(diào)整配制后能夠直接用到壓鑄鋁合金生產(chǎn)過程中。由于壓鑄鋁合金生產(chǎn)周期短且可以直接使用，所以大大減少了鑄件中所需投入的成本。然而需明確的是，鋁合金壓鑄件能夠采用其他鑄造工藝方法，卻不能鑄成壁厚2mm的薄壁鑄件，上述薄壁件平均晶粒僅0.01mm，金相組織致密。同時因為高壓充填和快速凝固導(dǎo)致很多壓鑄合金中的Al2Cu和Mg2Si等強化相能存在部分固溶的情況，所以發(fā)揮了熱處理效果，這也就可以保證鑄造狀態(tài)下壓鑄件硬度和強度均有顯著提升，產(chǎn)品表面光潔。

4.2 再生鋁合金經(jīng)配制熔煉后直接用于鋁合金壓鑄

拆解鋁合金廢鑄件通過調(diào)整配制熔煉之后，若明確材料的化學(xué)成分與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)想匹配則可以第一時間送至壓鑄車間壓鑄。當(dāng)前，我國很多的鋁合金壓鑄企業(yè)均是如此操作，首先將收購到的廢舊鋁鑄件在調(diào)整、配制、熔煉之后，通過直讀光譜對這些廢舊材料的化學(xué)成分進行分析，只有其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之后才會進入下一個流程，即精煉凈化處理。其次，合格的鋁合金金屬液會轉(zhuǎn)運到壓鑄車間開展后續(xù)產(chǎn)品的壓鑄生產(chǎn)。整體分析來看，此套生產(chǎn)流程不包括鑄錠、重熔等環(huán)節(jié)，可以實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，也有助于提升壓鑄的效率，達到連續(xù)生產(chǎn)的目標(biāo)，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。這些企業(yè)生產(chǎn)的合金產(chǎn)品會銷往美、日、韓等國，單個企業(yè)的年產(chǎn)量近萬噸。

4.3 壓鑄合金

壓鑄合金通常情況下會使用有色合金，如壓鑄鋁合金、鎂合金、鋅合金等。具體分析來看，壓鑄鋁合金因為整體上的優(yōu)勢非常突出，并且使用的工藝并不復(fù)雜，在工業(yè)中有較為普遍的運用，所以可以占到鑄造合金總量的1/2以上，也是當(dāng)前再生鋁在各種相關(guān)制品中占比最大的，總體分析來看，其在廣度及發(fā)展空間上，壓鑄鋁合金潛力非常大。同時，由于有再生鋁產(chǎn)業(yè)作為支撐，所以后續(xù)發(fā)展也會較好，所以各國均結(jié)合本國的生產(chǎn)工藝制定了壓鑄鋁合金國家標(biāo)準(zhǔn)。

5 再生鋁合金質(zhì)量管控

要提升再生鋁合金的質(zhì)量，必須要注重其材料情況。廢鋁中包括各種合金元素，并且元素液態(tài)固化中對材料強度以及延展性提出了差異化的要求，因為具有特有的合金化、成分較為復(fù)雜等各種材料屬性，所以使用完全廢料再生鋁合金作為原材料的話，能符合當(dāng)前下游企業(yè)的需求。進一步分析來看，鋁合金零部件產(chǎn)品要求總體的性能非常高并且對延展性強度、硬度、耐腐蝕性等均有明確的要求，則應(yīng)該要對于當(dāng)前的再生鋁材料的特性加以改良。具體分析來看，其一，應(yīng)該將材料中有的有害物質(zhì)通過熔熔煉加以消除，減少可能存在的缺陷與權(quán)狀況，其二，基于下游的各種產(chǎn)品特點對再生鋁材料的純度成分等予以調(diào)整，并且加強原材料的屬性改良，以確保與下游的工藝產(chǎn)品要求相符合。

在對材料改性量身定制的基礎(chǔ)之上確保下游企業(yè)的各種產(chǎn)品在工藝、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上有較強的一致性，使下游企業(yè)對上游的企業(yè)建立的依賴。下游企業(yè)在進行采購的過程中有較強的排他性，一旦可以符合下游企業(yè)的材料需求，也有助于再生鋁企業(yè)實現(xiàn)材料用途的良性循環(huán)。

再生鋁材料雜志通常而言有助于提升材料強度，然而有害雜質(zhì)也會發(fā)生負面作用，會割裂材料的內(nèi)部強化性，因此材料提升強度的過程中會影響到其塑性。所以，應(yīng)該要圍繞這一問題加以材料特性改良，這在發(fā)展過程中也造成了再生鋁材料有較強的局限范圍，僅僅只能投入到低端市場使用。再生鋁企業(yè)在當(dāng)前的市場發(fā)展環(huán)境下，不能僅僅生產(chǎn)滿足粗加工的原材料，而是要實現(xiàn)再生鋁的改良發(fā)展，實現(xiàn)向高強度高塑料的材料性能轉(zhuǎn)變，可以利用材料設(shè)計、鑄軋、熱處理等方式進一步提升材料的綜合性能，實現(xiàn)再生鋁材料應(yīng)用從粗放到高、精、尖領(lǐng)域延伸。

采用何種方式統(tǒng)一強度及塑性并進一步提升合金材料強度與塑性綜合，一般可以對不同成分的含量加以調(diào)整，并進一步調(diào)整成分含量，加強對材料的整體調(diào)控。具體分析來看，可以從下述方面展開：其一，調(diào)整成分。減少鐵含量，提高錳含量，由此可見在極大程度上減少MnFe化合物產(chǎn)生。與此同時，進一步增強銅的含量，加強整體硬度。其二，對材料內(nèi)部組織予以控制：如，對材料中鈣元素加以調(diào)控，并且對廢料有害合金通過實踐予以調(diào)整使用。調(diào)整之后，再生鋁材料抗拉強度為250MPa～280MPa，屈服強度為180MPa～200MPa，伸長率達5%～7%。進一步加強特殊處理后，抗拉強度會繼續(xù)增加，達310MPa，屈服強度為280MPa，伸長率為10%。綜合分析來看，此種有較強的高綜合性能的材料整合了再生鋁的強度及塑性，能夠運用到汽車發(fā)動機相關(guān)構(gòu)建中，并強化鋁代鋼的作用。

6 結(jié)語

從客觀角度而言，我國鋁土礦產(chǎn)資源存在較大的欠缺，無法符合國家總體的發(fā)展需求，在當(dāng)前需求供給的矛盾下，根據(jù)實踐發(fā)展來看再生鋁產(chǎn)業(yè)有較大的發(fā)展空間?，F(xiàn)階段，我國的再生鋁企業(yè)較為分散，沒有集中會影響到其規(guī)模效益的發(fā)揮，也會對其深度加工以及高質(zhì)量回收產(chǎn)生影響，而且導(dǎo)致后續(xù)的浪費以及環(huán)境污染。進一步分析來看，政策支持以及管理層引導(dǎo)是目前加以規(guī)范的重點，比如美國有非常大的廢料市場，每年均會利用各個渠道進口廢舊鋁，然而多數(shù)是民間無序狀態(tài)。若通過有關(guān)的管理部門整合國內(nèi)對廢料需求大的企業(yè)對美國這一市場發(fā)展情況進行調(diào)查并掌握最新的發(fā)展?fàn)顩r后制定一致化的方針，之后組織到國外進行談判，它涵蓋了運輸、質(zhì)檢、驗貨等各個已經(jīng)明確制定的流程，這樣有助于減少可能出現(xiàn)的無序管理狀態(tài)，也能夠在極大程度上減少風(fēng)險的出現(xiàn)并提升總體的運轉(zhuǎn)效率，進一步分析來看，再生鋁的進口并不是長久之計，而是要根據(jù)當(dāng)前的具體需求確定長遠計劃。

針對目前的再生鋁發(fā)展情況，應(yīng)該基于科學(xué)理念指導(dǎo)予以區(qū)分對待并且加強開發(fā)，首先使用更加科學(xué)的方式分類分解來料并且提升各種材料的利用率，對于無法分類的鍍層材料，應(yīng)該根據(jù)其影響度予以處理，比如鋅合金中鉛、錫等各種雜質(zhì)一般是由于鍍層所造成的，其對壓鑄件的裂紋非常敏感，所以要尤為關(guān)注。同時，再生鋁凈化以及處理超標(biāo)雜質(zhì)也有助于提高再生率整體的利用價值，所以要整合各方面的力量，利用熔劑親和處理、元素中和等方式。為了在極大程度上體現(xiàn)出再生率在壓鑄行業(yè)中所發(fā)揮的節(jié)能減排效果，領(lǐng)導(dǎo)層應(yīng)該規(guī)劃統(tǒng)籌再生率及壓鑄企業(yè)，這樣可以實現(xiàn)不同企業(yè)之間的聯(lián)動發(fā)展，實現(xiàn)共贏。