Hliník, jako lehká hmota, odolný vůči korozi, a vysoce kujný neželezný kov, hraje nezastupitelnou roli v letectví, Výroba automobilů, elektronika, a stavební průmysl.
Teplota tání hliníku – definovaná jako teplota, při které hliník přechází z pevného do kapalného stavu za standardního atmosférického tlaku – je základní termofyzikální vlastnost, která řídí jeho zpracování., Návrh slitiny, a průmyslové aplikace.
1. Fyzikální vlastnosti čistého hliníku — klíčové údaje o bodu tání
| Vlastnictví | Hodnota (A) | Hodnota (Císařský) | Poznámky |
| Bod tání (rovnováha, 1 bankomat) | 660.32 ° C. (933.47 K) | 1220.58 ° F. | Standardní referenční teplota pro čistou (99.999%) Al. |
| Termodynamická teplota | 933.47 K | - | Absolutní teplotní ekvivalent. |
| Latentní teplo tání | 397 kJ·kg⁻¹ | ≈ 170.68 BTU·lb⁻¹ | Energie potřebná k roztavení 1 kg (nebo 1 lb) při teplotě tání. |
Specifické teplo (solidní, cca., u 25 ° C.) |
897 J · KG⁻⁻ · K⁻⁻ | ≈ 0.2143 BTU·lb⁻1·°F⁻1 | Použijte teplotně závislé cp pro přesné výpočty tepla. |
| Hustota (solidní, ~20 °C) | 2,700 kg·m⁻³ | ≈ 168.6 lb·ft⁻³ | Hustota kapaliny je mírně nižší a závislá na teplotě. |
| Bod varu (atmosférický) | ≈ 2,470 ° C. | ≈ 4,478 ° F. | Užitečná horní mez pro vysokoteplotní zpracování. |
2. Klíčové faktory ovlivňující bod tání hliníku
I když se čistý hliník taví při 660.32 ° C., mnoho praktických faktorů mění efektivní chování při tání/tuhnutí:
Chemie slitin — solidus a liquidus
Slitiny hliníku ano ne mají jeden bod tání. Mají a kapalný (teplota, nad kterou je plně kapalný) a a solidus (teplota, pod kterou plně tuhne).
Přítomnost legujících prvků (A, Mg, Cu, Zn, Fe, atd.) posouvá tyto hranice a často vytváří rozsah tání (kašovitá zóna) s důležitými důsledky odlévání.
- Eutektika: některé slitinové systémy mají eutektické složení, které tají při teplotách níže to čistého Al (příklad: Al–Si eutektikum při ≈ 577 ° C. pro -12,6 % hmotn. Si).
- Praktický efekt: slitiny s širokým rozsahem mrazu jsou náchylnější k trhání za tepla, smršťovací poréznost a segregace.
Nečistoty a trampské prvky
Stopová kontaminace (NAPŘ., Pb, Bi, Cu ze směsného šrotu) může vytvářet fáze s nízkou teplotou tání nebo křehké intermetalické látky, způsobit lokální anomálie tání a změnit dráhy tuhnutí; to je kritické při recyklaci.
Tlak
Teplota tání je závislá na tlaku (Clapeyronův vztah); průmyslově je tento efekt zanedbatelný, protože tavení se provádí za atmosférického tlaku.
Rafinéry zrn a očkovací látky
Chemické zjemňovače zrn nemění bod tání samy o sobě, ale ovlivňují nukleační chování během tuhnutí (podchlazení, počet jader), čímž se mění praktická dráha tuhnutí a mikrostruktura.
Povrchové jevy a oxidové filmy
Hliník tvoří stabilní aluminový film (Al₂o₃) na povrchu. Zatímco oxid nemění objemovou teplotu taveniny, ovlivňuje přenos tepla na povrchu, chování strusky a chování tepelné zádrže zjištěné kontaktními/pyrometrickými metodami.
3. Rozsahy tavení běžných hliníkových slitin
Níže jsou dvě stručné, profesionální tabulky zobrazující typické tání (pevná látka → kapalina) rozsahy za společné tepaný (kování) Hliníkové slitiny a odlévání hliníkových slitin.
Důležité: tyto údaje jsou orientačními typickými rozsahy používanými pro plánování procesu a výběr materiálu.
Běžné tepané / Kování hliníkových slitin — Typický rozsah tavení
| Třída slitiny | Rozsah tání (° C.) | Rozsah tání (° F.) | Rozsah tání (K) | Technické poznámky |
| 1050 / 1100 (Komerčně čistý Al) | ~660,3 – 660.3 | ~1220,6 – 1220.6 | ~933,5 – 933.5 | Téměř jednobodové tání díky velmi vysoké čistotě. |
| 2024 (Al-Cu) | ~500 – 638 | ~932 – 1180 | ~773 – 911 | Široký mrazicí rozsah; citlivé na počínající tání. |
| 2014 (Al-Cu) | ~500 – 638 | ~932 – 1180 | ~773 – 911 | Podobně 2024; vyšší obsah Cu ovlivňuje zpracovatelnost za tepla. |
| 5083 (Al-Mg) | ~570 – 640 | ~1058 – 1184 | ~843 – 913 | Zvýšený rozsah tání díky Mg; Vynikající odolnost proti korozi. |
| 5454 (Al-Mg) | ~595 – 645 | ~1103 – 1193 | ~868 – 918 | Často se používá v tlakových nádobách a nádržích. |
6061 (Al-Mg-Si) |
~555 – 650 | ~1031 – 1202 | ~828 – 923 | Široce používaná konstrukční slitina; rozsah tání kritický pro tepelné zpracování. |
| 6082 (Al-Mg-Si) | ~555 – 650 | ~1031 – 1202 | ~828 – 923 | Vyšší pevnost verze řady 6xxx. |
| 7075 (Al–Zn–Mg–Cu) | ~477 – 635 | ~891 – 1175 | ~750 – 908 | Velmi široký rozsah tání; náchylné k lokalizovanému tání. |
| 3003 (Al-Mn) | ~640 – 660 | ~1184 – 1220 | ~913 – 933 | Chování při tavení blízké čistému hliníku. |
Běžné odlévací hliníkové slitiny — Typický rozsah tavení
| Třída slitiny | Rozsah tání (° C.) | Rozsah tání (° F.) | Rozsah tání (K) | Technické poznámky |
| Al-Si eutektikum (~12,6 % Ano) | ~577 – 577 | ~1070,6 – 1070.6 | ~850,1 – 850.1 | Eutektické složení s ostrým bodem tání. |
| A356 / AlSi7Mg | ~558 – 613 | ~1036 – 1135 | ~831 – 886 | Vynikající slévatelnost a tepelná zpracovatelnost. |
| A357 (upravený A356) | ~555 – 605 | ~1031 – 1121 | ~828 – 878 | Zlepšená pevnost a odolnost proti únavě. |
| A380 (Al-Si-Cu) | ~515 – 585 | ~959 – 1085 | ~788 – 858 | Standardní slitina pro tlakové lití s nízkou teplotou likvidu. |
319 (Al-Si-Cu) |
~525 – 605 | ~977 – 1121 | ~798 – 878 | Dobrá rovnováha slévatelnosti a mechanické pevnosti. |
| ADC12 (Slitina pro tlakové lití JIS) | ~500 – 580 | ~932 – 1076 | ~773 – 853 | Široce používaná slitina pro tlakové lití; kontrola nečistot je kritická. |
| AlSi9Cu3(Fe) | ~510 – 600 | ~950 – 1112 | ~783 – 873 | Všestranná licí slitina pro složité geometrie. |
| A413 (slitina s vysokým obsahem křemíku) | ~560 – 620 | ~1040 – 1148 | ~833 – 893 | Vhodné pro vysokoteplotní a tlakotěsné odlitky. |
3. Přesné metody měření bodu tání hliníku
Přesné měření bodu tání hliníku je rozhodující pro charakterizaci materiálu a optimalizaci procesu.
Mezi běžné metody patří:
Diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC)
DSC je nejpoužívanější metoda pro měření bodů tání kovů díky své vysoké přesnosti a citlivosti.
Princip spočívá v zahřívání malého vzorku hliníku (5– 10 mg) a referenční materiál (inertní, NAPŘ., oxid hlinitý) konstantní rychlostí (5-10 ℃/min) při sledování rozdílu tepelného toku mezi nimi.
Teplota tání je určena jako teplota začátku endotermického píku (odpovídající procesu fúze).
DSC dokáže měřit body tání s přesností ±0,1℃, díky tomu je vhodný pro analýzu vysoce čistého hliníku a slitin.
Metoda vizuálního pozorování (Metoda kapilární trubice)
Tato tradiční metoda zahrnuje uzavření malého množství hliníkového prášku v kapilární trubici, který se zahřívá spolu s teploměrem v ohřívací lázni (NAPŘ., silikonový olej).
Teplota tání se zaznamená, když se hliníkový prášek úplně roztaví na kapalinu. Přitom jednoduché a levné, tato metoda má nižší přesnost (±1–2℃) a používá se především pro kvalitativní analýzu nebo aplikace s nízkou přesností.
Metoda tavení laserem
Pro vysokotlaká a vysokoteplotní měření bodu tání, používá se metoda laserového blesku.
Pulzní laser rychle zahřívá povrch hliníkového vzorku, a proces tavení je monitorován optickými senzory (NAPŘ., pyrometry, interferometry).
Tato metoda může měřit body tání při extrémních tlacích (až do 10 GPA) s vysokým časovým rozlišením, poskytování dat pro letecké a jaderné aplikace.
Metoda elektrického odporu
Elektrický odpor hliníku se během tavení výrazně mění (tekutý hliník má vyšší odpor než pevný hliník kvůli narušenému vedení elektronů).
Měřením odporu hliníkového drátu při jeho zahřívání, bod tání je identifikován jako teplota, kdy odpor vykazuje náhlé zvýšení.
Tato metoda je vhodná pro monitorování in-situ během průmyslových procesů (NAPŘ., svařování, obsazení).
4. Průmyslové důsledky bodu tání hliníku
Mírný bod tání hliníku je klíčovým faktorem jeho široké průmyslové aplikace, protože vyvažuje zpracovatelnost a výkon:
Procesy lití
Bod tání hliníku (660℃) je výrazně nižší než u železných kovů, umožňující energeticky úsporné lití:
- Zemřít: Eutektické slitiny Al-Si (rozsah tání 577-600 ℃) jsou široce používány při tlakovém lití, protože jejich nízká teplota tavení snižuje opotřebení formy a spotřebu energie, umožňující velkoobjemovou výrobu složitých součástí (NAPŘ., díly automobilových motorů, elektronická pouzdra).
- Lití písku: Čistý hliník a nízkolegovaný hliník se odlévají do pískových forem, s teplotami lití obvykle 50–100 °C nad teplotou likvidu (700-750 ℃) aby bylo zajištěno úplné vyplnění dutiny formy.
Tepelné zpracování a svařování
- Tepelné zpracování: Teplota tání hliníku omezuje maximální teplotu procesů tepelného zpracování.
Například, rozpouštěcí tepelné zpracování slitin řady 6xxx se provádí při 530–570 ℃ – výrazně pod teplotou solidu (580℃)-aby se zabránilo částečnému roztavení (hořící) slitiny. - Svařování: Svařování hliníku vyžaduje zdroje tepla, které mohou rychle dosáhnout bodu tání a zároveň minimalizovat tepelné zkreslení.
Mezi běžné metody patří svařování TIG (teplota oblouku ~6000℃) a svařování MIG, s teplotou svařování řízenou na 660–700 ℃, aby bylo zajištěno roztavení základního kovu bez nadměrného růstu zrn.
Aplikace s vysokou teplotou
Teplota tání hliníku omezuje jeho použití při vysokých teplotách: zachovává pouze čistý hliník 50% jeho pevnosti při pokojové teplotě při 200 ℃ a měkne výrazně nad 300 ℃.
Pro rozšíření jeho vysokoteplotní použitelnosti, legovací prvky (NAPŘ., nikl, kobalt) se přidávají za vzniku vysokotavitelných intermetalických sloučenin, prodloužení provozní teploty hliníkových slitin na 300–400 ℃ (NAPŘ., 2618 slitina pro součásti leteckých motorů).
Recyklace hliníku
Díky nízkému bodu tání je hliník vysoce recyklovatelný.
Recyklovaný hliník vyžaduje pouze 5% energie potřebné k výrobě primárního hliníku, jako tavící šrot hliníku (při 660-700 ℃) spotřebuje mnohem méně energie než získávání hliníku z bauxitu.
Tato energetická účinnost, řízena vlastnostmi tavení hliníku, z něj dělá jeden z nejvíce recyklovaných kovů na světě.
6. Srovnávací analýza s ostatními kovy a slitinami
| Kov / Slitina | Bod tání (° C.) | Bod tání (° F.) | Bod tání (K) | Klíčové poznámky |
| Hliník (Al, čistý) | 660.3 | 1220.6 | 933.5 | Nízký bod tání; vynikající pro lehké lití a tvarování. |
| Měď (Cu, čistý) | 1085 | 1985 | 1358 | Vysoká tepelná vodivost; vyžaduje vyšší teploty zpracování než Al. |
| Železo (Fe, čistý) | 1538 | 2800 | 1811 | Výrazně vyšší bod tání; široce používané při výrobě oceli. |
| Ocel (Uhlíková ocel, ~0,2 %C) | 1425–1540 | 2600–2800 | 1698–1813 | Rozsah tání závisí na složení; vyšší než slitiny hliníku. |
| Titan (Z, čistý) | 1668 | 3034 | 1941 | Poměr vysoké pevnosti k hmotnosti; žáruvzdorné chování. |
Hořčík (Mg, čistý) |
650 | 1202 | 923 | Mírně nižší než Al; vysoce reaktivní a lehké. |
| Zinek (Zn, čistý) | 419.5 | 787 | 692.7 | Nízký bod tání; používá se pro tlakové lití a galvanizaci. |
| Nikl (V, čistý) | 1455 | 2651 | 1728 | Vynikající odolnost proti korozi; slitiny s vysokým bodem tání pro letectví a kosmonautiku. |
| Mosaz (Cu–Zn, 60/40) | 900–940 | 1652–1724 | 1173–1213 | Legovaný rozsah tavení nižší než u čisté Cu; vhodné pro odlévání. |
| Bronz (Cu-Sn, 88/12) | 950–1050 | 1742–1922 | 1223–1323 | O něco nižší než měď; zlepšená slévatelnost a odolnost proti korozi. |
6. Mylné představy a běžné úskalí
Záměna bodu tání s teplotou měknutí
Teplota měknutí hliníku (≈300℃) je často mylně považován za bod tání.
Změkčením se rozumí snížení meze kluzu v důsledku klouzání a dislokačního pohybu hranic zrn, zatímco tání zahrnuje fázový přechod.
Tento zmatek může vést k nesprávnému tepelnému zpracování, což má za následek snížené mechanické vlastnosti.
Ignorování rozsahu tavení u slitin
Čistý hliník má ostrý bod tání, ale slitiny hliníku vykazují rozsah tání (kapalina až pevná látka).
Nepřihlédnutí k tomuto rozsahu během odlévání může způsobit vady, jako je poréznost smrštění (pokud se nalije příliš blízko teplotě solidu) nebo praskání za tepla (pokud se ochladí příliš rychle v celém rozsahu tání).
Přehlížející efekty nečistot
Dokonce i stopové nečistoty (NAPŘ., 0.1% železo) může snížit bod tání hliníku a zvýšit jeho rozsah tání.
Ve vysoce přesných aplikacích (NAPŘ., Aerospace komponenty), přísná kontrola obsahu nečistot je nezbytná pro zajištění stálého chování při tavení a kvality konečného produktu.
7. Závěr
Bod tání hliníku (660.32℃ pro čistý hliník) je základní vlastností zakořeněnou v jeho atomové struktuře a kovové vazbě, slouží jako základní kámen pro jeho zpracování a aplikaci.
Mnoho faktorů – včetně čistoty, legovací prvky, vnější tlak, a tepelnou historii – upravte její chování při tání, umožňující navrhování hliníkových slitin přizpůsobených různým průmyslovým potřebám.
Od nízkoteplotního tlakového lití slitin Al-Si až po vysoce pevné slitiny řady 7xxx pro letectví a kosmonautiku, teplota tání hliníku určuje parametry procesu, výkonnostní limity, a recyklační účinnost.
Protože průmyslová odvětví usilují o odlehčení a energetickou účinnost, jedinečná rovnováha středního bodu tání hliníku, nízká hustota, a recyklovatelnost bude nadále upevňovat její pozici klíčového materiálu v globálním výrobním prostředí.
Časté časté
Je teplota bodu tání hliníku stejná pro 6061 nebo 7075?
Žádný. 6061 a 7075 jsou slitiny s rozsahy solidus/liquidus, které se liší od čistého Al. Jejich chování při tavení musí být vztaženo k údajům specifickým pro slitinu nebo měřeno tepelnou analýzou.
Kolik přehřátí bych měl použít pro tlakové lití vs. lití písku?
Vytlačovací a vysokotlaké procesy často vyžadují mírné přehřátí (20–50 °C) kvůli rychlému plnění; pískové a silnější odlitky mohou vyžadovat vyšší efektivní přehřátí (40–100 ° C.) aby bylo zajištěno úplné naplnění. Optimalizujte pro slitinu a formu.
Proč je u hliníku horší porozita vodíku?
Rozpustnost vodíku v tekutém hliníku je mnohem vyšší než v pevném. Během tuhnutí je vodík vylučován a tvoří plynové póry, pokud není předem odstraněn odplyněním.
Mění tlak v praxi bod tání hliníku?
Teplota tání se mění s tlakem, ale pro standardní atmosférickou slévárenskou praxi je účinek zanedbatelný.
