Aluminio, como un peso ligero, resistente a la corrosión, y metales no ferrosos altamente maleables, juega un papel insustituible en el sector aeroespacial, fabricación automotriz, electrónica, y las industrias de la construcción.
El punto de fusión del aluminio, definido como la temperatura a la que el aluminio pasa de un estado sólido a un estado líquido bajo una presión atmosférica estándar, es una propiedad termofísica fundamental que gobierna su procesamiento., diseño de aleación, y aplicaciones industriales.
1. Propiedades físicas del aluminio puro: datos clave sobre el punto de fusión
| Propiedad | Valor (Y) | Valor (Imperial) | Notas |
| Punto de fusión (equilibrio, 1 cajero automático) | 660.32 °C (933.47 k) | 1220.58 °F | Temperatura de referencia estándar para puro (99.999%) Alabama. |
| Temperatura termodinámica | 933.47 k | - | Equivalente de temperatura absoluta. |
| Calor latente de fusión | 397 kJ·kg⁻¹ | ≈ 170.68 BTU·lb⁻¹ | Energía necesaria para derretirse 1 kg (o 1 libra) en el punto de fusión. |
Calor específico (sólido, aprox., cerca 25 °C) |
897 J · kg⁻¹ · k⁻¹ | ≈ 0.2143 BTU·lb⁻¹·°F⁻¹ | Utilice cp dependiente de la temperatura para realizar cálculos de calor precisos. |
| Densidad (sólido, ~20 °C) | 2,700 kg·m⁻³ | ≈ 168.6 lb·pie⁻³ | La densidad del líquido es ligeramente menor y depende de la temperatura.. |
| Punto de ebullición (atmosférico) | ≈ 2,470 °C | ≈ 4,478 °F | Límite superior útil para procesamiento a alta temperatura. |
2. Factores clave que influyen en el punto de fusión del aluminio
Aunque el aluminio puro se funde a 660.32 °C, Muchos factores prácticos alteran el comportamiento efectivo de fusión/solidificación.:
Química de aleaciones: solidus y liquidus
Las aleaciones de aluminio no tener un solo punto de fusión. ellos tienen un líquido (temperatura por encima de la cual completamente líquido) y un solidus (temperatura por debajo de la cual completamente sólido).
La presencia de elementos de aleación (Y, magnesio, Cu, zinc, fe, etc.) cambia estos límites y a menudo produce un rango de fusión (zona blanda) con importantes consecuencias en el casting.
- Eutectica: Algunos sistemas de aleaciones tienen composiciones eutécticas que se funden a temperaturas abajo el de Al puro (ejemplo: Eutéctico Al-Si en ≈ 577 °C para ~12,6% en peso de Si).
- Efecto práctico: Las aleaciones con un amplio rango de congelación son más propensas a romperse en caliente., porosidad de contracción y segregación.
Impurezas y elementos vagabundos.
Contaminación por rastros (p.ej., PB, Bi, Cu a partir de chatarra mixta) Puede crear fases de bajo punto de fusión o intermetálicos frágiles., causar anomalías de fusión locales y cambiar las rutas de solidificación; Esto es fundamental en las operaciones de reciclaje..
Presión
La temperatura de fusión depende de la presión. (relación clapeyron); Industrialmente este efecto es insignificante ya que la fusión se realiza a presión atmosférica..
Refinadores de granos e inoculantes
Los refinadores químicos de granos no cambian el punto de fusión per se, pero influyen en el comportamiento de nucleación durante la solidificación. (subenfriamiento, número de núcleos), alterando así la vía práctica de solidificación y la microestructura..
Fenómenos superficiales y películas de óxido.
El aluminio forma una película de alúmina estable. (Al₂O₃) en la superficie. Mientras que el óxido no cambia la temperatura de masa fundida, Afecta la transferencia de calor en la superficie., Comportamiento de escoria y comportamiento de detención térmica detectado por métodos de contacto/pirométricos..
3. Rangos de fusión de aleaciones de aluminio comunes.
A continuación se presentan dos concisos, mesas profesionales mostrando fusión típica (Sólido → líquido) rangos para común forjado (forja) aleaciones de aluminio y aleaciones de aluminio fundido.
Importante: Estas cifras son rangos típicos indicativos utilizados para la planificación de procesos y la selección de materiales..
forjado común / Forja de aleaciones de aluminio: rango de fusión típico
| Grado de aleación | Rango de fusión (°C) | Rango de fusión (°F) | Rango de fusión (k) | Notas técnicas |
| 1050 / 1100 (Al comercialmente puro) | ~660,3 – 660.3 | ~1220,6 – 1220.6 | ~933,5 – 933.5 | Punto de fusión casi único debido a su muy alta pureza. |
| 2024 (Al-Cu) | ~500 – 638 | ~932 – 1180 | ~773 – 911 | Amplio rango de congelación; sensible a la fusión incipiente. |
| 2014 (Al-Cu) | ~500 – 638 | ~932 – 1180 | ~773 – 911 | Similar a 2024; un mayor contenido de Cu afecta la trabajabilidad en caliente. |
| 5083 (Al-Mg) | ~570 – 640 | ~1058 – 1184 | ~843 – 913 | Rango de fusión elevado debido al Mg; excelente resistencia a la corrosión. |
| 5454 (Al-Mg) | ~595 – 645 | ~1103 – 1193 | ~868 – 918 | A menudo se utiliza en recipientes y tanques a presión.. |
6061 (Al-Mg-Si) |
~555 – 650 | ~1031 – 1202 | ~828 – 923 | Aleación estructural ampliamente utilizada; rango de fusión crítico para el tratamiento térmico. |
| 6082 (Al-Mg-Si) | ~555 – 650 | ~1031 – 1202 | ~828 – 923 | Versión de mayor resistencia de la serie 6xxx. |
| 7075 (Al-Zn-Mg-Cu) | ~477 – 635 | ~891 – 1175 | ~750 – 908 | Rango de fusión muy amplio; propenso a derretirse localizadamente. |
| 3003 (Al–Mn) | ~640 – 660 | ~1184 – 1220 | ~913 – 933 | Comportamiento de fusión cercano al del aluminio puro. |
Aleaciones de aluminio de fundición comunes: rango de fusión típico
| Grado de aleación | Rango de fusión (°C) | Rango de fusión (°F) | Rango de fusión (k) | Notas técnicas |
| Eutéctico Al-Si (~12,6% Sí) | ~577 – 577 | ~1070,6 – 1070.6 | ~850,1 – 850.1 | Composición eutéctica con un punto de fusión agudo.. |
| A356 / AlSi7Mg | ~558 – 613 | ~1036 – 1135 | ~831 – 886 | Excelente moldeabilidad y tratable térmicamente.. |
| A357 (A356 modificado) | ~555 – 605 | ~1031 – 1121 | ~828 – 878 | Fuerza mejorada y resistencia a la fatiga.. |
| A380 (Al-Si-Cu) | ~515 – 585 | ~959 – 1085 | ~788 – 858 | Aleación de fundición a presión estándar con baja temperatura de liquidus. |
319 (Al-Si-Cu) |
~525 – 605 | ~977 – 1121 | ~798 – 878 | Buen equilibrio entre moldeabilidad y resistencia mecánica.. |
| ADC12 (Aleación de fundición a presión JIS) | ~500 – 580 | ~932 – 1076 | ~773 – 853 | Aleación de fundición a presión ampliamente utilizada; El control de impurezas es fundamental.. |
| Alsi9cu3(fe) | ~510 – 600 | ~950 – 1112 | ~783 – 873 | Aleación de fundición versátil para geometrías complejas. |
| A413 (aleación de alto silicio) | ~560 – 620 | ~1040 – 1148 | ~833 – 893 | Adecuado para piezas fundidas estancas a alta temperatura y presión. |
3. Métodos precisos de medición del punto de fusión del aluminio
La medición precisa del punto de fusión del aluminio es fundamental para la caracterización de materiales y la optimización de procesos..
Los métodos comunes incluyen:
Calorimetría diferencial de barrido (DSC)
DSC es el método más utilizado para medir los puntos de fusión de metales debido a su alta precisión y sensibilidad..
El principio consiste en calentar una pequeña muestra de aluminio. (5–10 mg) y un material de referencia (inerte, p.ej., alúmina) a un ritmo constante (5–10℃/minuto) mientras se monitorea la diferencia de flujo de calor entre ellos.
El punto de fusión se determina como la temperatura de inicio del pico endotérmico. (correspondiente al proceso de fusión).
DSC puede medir puntos de fusión con una precisión de ±0,1 ℃, lo que lo hace adecuado para análisis de aleaciones y aluminio de alta pureza.
Método de observación visual (Método del tubo capilar)
Este método tradicional consiste en sellar una pequeña cantidad de polvo de aluminio en un tubo capilar., que se calienta junto con un termómetro en un baño calefactor (p.ej., aceite de silicona).
El punto de fusión se registra cuando el polvo de aluminio se funde completamente hasta convertirse en un líquido.. Si bien es simple y de bajo costo, este método tiene menor precisión (±1–2 ℃) y se utiliza principalmente para análisis cualitativo o aplicaciones de baja precisión..
Método de fusión por flash láser
Para mediciones del punto de fusión de alta presión y alta temperatura, Se emplea el método del flash láser..
Un láser pulsado calienta rápidamente la superficie de una muestra de aluminio, y el proceso de fusión es monitoreado por sensores ópticos (p.ej., pirómetros, interferómetros).
Este método puede medir los puntos de fusión bajo presiones extremas. (arriba a 10 GPa) con alta resolución temporal, Proporcionar datos para aplicaciones aeroespaciales y nucleares..
Método de resistencia eléctrica
La resistencia eléctrica del aluminio cambia significativamente durante la fusión (El aluminio líquido tiene mayor resistencia que el aluminio sólido debido a la interrupción de la conducción de electrones.).
Midiendo la resistencia de un alambre de aluminio mientras se calienta., El punto de fusión se identifica como la temperatura donde la resistencia presenta un aumento repentino..
Este método es adecuado para el monitoreo in situ durante procesos industriales. (p.ej., soldadura, fundición).
4. Implicaciones industriales del punto de fusión del aluminio
El moderado punto de fusión del aluminio es un factor clave que impulsa su amplia aplicación industrial., ya que equilibra la procesabilidad y el rendimiento:
Procesos de fundición
El punto de fusión del aluminio. (660℃) es significativamente menor que el de los metales ferrosos., permitiendo una fundición energéticamente eficiente:
- fundición a presión: Aleaciones eutécticas Al-Si (rango de fusión 577–600 ℃) Son ampliamente utilizados en fundición a presión., ya que su baja temperatura de fusión reduce el desgaste de la matriz y el consumo de energía, permitiendo la producción en gran volumen de componentes complejos (p.ej., piezas de motor automotriz, carcasas electrónicas).
- Fundición en arena: El aluminio puro y el aluminio de baja aleación se funden en moldes de arena., con temperaturas de vertido típicamente de 50 a 100 ℃ por encima de la temperatura del líquido (700–750 ℃) para asegurar el llenado completo de la cavidad del molde.
Tratamiento Térmico y Soldadura
- Tratamiento térmico: El punto de fusión del aluminio limita la temperatura máxima de los procesos de tratamiento térmico.
Por ejemplo, El tratamiento térmico en solución de las aleaciones de la serie 6xxx se realiza entre 530 y 570 ℃, muy por debajo de la temperatura sólida. (580℃)—para evitar la fusión parcial (incendio) de la aleación. - Soldadura: La soldadura de aluminio requiere fuentes de calor que puedan alcanzar rápidamente el punto de fusión y al mismo tiempo minimizar la distorsión térmica..
Los métodos comunes incluyen la soldadura TIG. (temperatura del arco ~6000℃) y soldadura MIG, con temperaturas de soldadura controladas entre 660 y 700 ℃ para garantizar la fusión del metal base sin un crecimiento excesivo del grano.
Aplicaciones de alta temperatura
El punto de fusión del aluminio impone limitaciones a su uso a altas temperaturas: el aluminio puro retiene sólo 50% de su resistencia a temperatura ambiente a 200 ℃ y se ablanda significativamente por encima de 300 ℃.
Ampliar su aplicabilidad a altas temperaturas., elementos de aleación (p.ej., níquel, cobalto) Se añaden para formar compuestos intermetálicos de alto punto de fusión., extender la temperatura de servicio de las aleaciones de aluminio a 300-400 ℃ (p.ej., 2618 aleación para componentes de motores aeroespaciales).
Reciclaje de Aluminio
El moderado punto de fusión del aluminio lo hace altamente reciclable..
El aluminio reciclado sólo requiere 5% de la energía necesaria para producir aluminio primario, como chatarra de aluminio derretida (a 660–700 ℃) Consume mucha menos energía que extraer aluminio de la bauxita..
Esta eficiencia energética, Impulsado por las características de fusión del aluminio., lo convierte en uno de los metales más reciclados a nivel mundial.
6. Análisis comparativo con otros metales y aleaciones
| Metal / Aleación | Punto de fusión (°C) | Punto de fusión (°F) | Punto de fusión (k) | Notas clave |
| Aluminio (Alabama, puro) | 660.3 | 1220.6 | 933.5 | Bajo punto de fusión; excelente para fundición y conformado livianos. |
| Cobre (Cu, puro) | 1085 | 1985 | 1358 | Alta conductividad térmica; requiere temperaturas de procesamiento más altas que Al. |
| Hierro (fe, puro) | 1538 | 2800 | 1811 | Punto de fusión significativamente más alto; ampliamente utilizado en la fabricación de acero. |
| Acero (Acero carbono, ~0,2%C) | 1425–1540 | 2600–2800 | 1698–1813 | El rango de fusión depende de la composición.; más alto que las aleaciones de aluminio. |
| Titanio (De, puro) | 1668 | 3034 | 1941 | Alta relación resistencia-peso; comportamiento refractario. |
Magnesio (magnesio, puro) |
650 | 1202 | 923 | Ligeramente más bajo que Al; altamente reactivo y ligero. |
| Zinc (zinc, puro) | 419.5 | 787 | 692.7 | Bajo punto de fusión; utilizado para fundición a presión y galvanizado. |
| Níquel (En, puro) | 1455 | 2651 | 1728 | Excelente resistencia a la corrosión; aleaciones de alto punto de fusión para el sector aeroespacial. |
| Latón (Cu -zn, 60/40) | 900–940 | 1652–1724 | 1173–1213 | Rango de fusión de la aleación inferior al Cu puro; adecuado para fundición. |
| Bronce (Cu-Sn, 88/12) | 950–1050 | 1742–1922 | 1223–1323 | Ligeramente más bajo que el cobre.; mejor moldeabilidad y resistencia a la corrosión. |
6. Conceptos erróneos y errores comunes
Punto de fusión confuso con temperatura de ablandamiento
La temperatura de ablandamiento del aluminio. (≈300 ℃) A menudo se confunde con su punto de fusión..
El ablandamiento se refiere a la reducción del límite elástico debido al deslizamiento de los límites del grano y al movimiento de dislocación., mientras que la fusión implica una transición de fase.
Esta confusión puede provocar un tratamiento térmico inadecuado., dando como resultado propiedades mecánicas reducidas.
Ignorando el rango de fusión en aleaciones
El aluminio puro tiene un punto de fusión agudo., pero las aleaciones de aluminio exhiben un rango de fusión (líquido a sólido).
No tener en cuenta este rango durante la fundición puede causar defectos como la porosidad de contracción. (si se vierte demasiado cerca de la temperatura del solidus) o agrietamiento en caliente (si se enfría demasiado rápido en todo el rango de fusión).
Pasar por alto los efectos de las impurezas
Incluso trazas de impurezas (p.ej., 0.1% hierro) Puede reducir el punto de fusión del aluminio y aumentar su rango de fusión..
En aplicaciones de alta precisión (p.ej., componentes aeroespaciales), Un control estricto del contenido de impurezas es esencial para garantizar un comportamiento de fusión consistente y la calidad del producto final..
7. Conclusión
El punto de fusión del aluminio. (660.32℃ para aluminio puro) Es una propiedad fundamental arraigada en su estructura atómica y enlace metálico., sirviendo como piedra angular para su procesamiento y aplicación.
Múltiples factores, incluida la pureza, elementos de aleación, presión externa, e historial térmico: modificar su comportamiento de fusión, permitiendo el diseño de aleaciones de aluminio adaptadas a diversas necesidades industriales.
Desde fundición a baja temperatura de aleaciones Al-Si hasta aleaciones de alta resistencia de la serie 7xxx para el sector aeroespacial, El punto de fusión del aluminio dicta los parámetros del proceso., límites de rendimiento, y eficiencia del reciclaje.
Mientras las industrias buscan aligeramiento y eficiencia energética, El equilibrio único del punto de fusión moderado del aluminio., baja densidad, y la reciclabilidad seguirán solidificando su posición como material clave en el panorama manufacturero mundial..
Preguntas frecuentes
¿La temperatura del punto de fusión del aluminio es la misma para 6061 o 7075?
No. 6061 y 7075 son aleaciones con rangos solidus/liquidus que difieren del Al puro. Their melting behaviour must be referenced to alloy-specific data or measured by thermal analysis.
¿Cuánto sobrecalentamiento debo usar para la fundición a presión vs.. fundición en arena?
Die and high-pressure processes often require moderate superheat (20–50 ° C) because of rapid filling; sand and thicker-section castings may require higher effective superheat (40–100 ° C) to ensure complete filling. Optimize for the alloy and mold.
¿Por qué la porosidad del hidrógeno es peor en el aluminio??
Hydrogen solubility in liquid aluminum is much higher than in solid. During solidification hydrogen is rejected and forms gas pores unless removed beforehand by degassing.
¿La presión cambia el punto de fusión del aluminio en la práctica??
The melting point shifts with pressure, but for standard atmospheric foundry practice the effect is negligible.
