Alumiini, kevyenä, korroosiokestävä, ja erittäin muovattava ei-rautametalli, sillä on korvaamaton rooli ilmailussa, autojen valmistus, elektroniikka, ja rakennusteollisuus.
Alumiinin sulamispiste, joka määritellään lämpötilaksi, jossa alumiini siirtyy kiinteästä tilasta nestemäiseen tilaan normaalissa ilmakehän paineessa, on sen prosessointia säätelevä termofyysinen perusominaisuus., metalliseos suunnittelu, ja teollinen sovellus.
1. Puhtaan alumiinin fysikaaliset ominaisuudet – keskeiset sulamispistetiedot
| Omaisuus | Arvo (JA) | Arvo (Keisarillinen) | Muistiinpanot |
| Sulamispiste (tasapaino, 1 atm) | 660.32 ° C (933.47 K -k -) | 1220.58 ° f | Normaali referenssilämpötila puhtaalle (99.999%) AL -AL. |
| Termodynaaminen lämpötila | 933.47 K -k - | - | Absoluuttinen lämpötilaekvivalentti. |
| Piilevä fuusiolämpö | 397 kJ·kg⁻¹ | ≈ 170.68 BTU·lb⁻¹ | Sulamiseen tarvittava energia 1 kg (tai 1 lb) sulamispisteessä. |
Ominaislämpö (kiinteä, noin, lähellä 25 ° C) |
897 J·kg⁻¹·K⁻¹ | ≈ 0.2143 BTU·lb⁻¹·°F⁻¹ | Käytä lämpötilasta riippuvaa cp:tä tarkkoja lämpölaskelmia varten. |
| Tiheys (kiinteä, ~20 °C) | 2,700 kg·m⁻³ | ≈ 168.6 lb·ft⁻³ | Nesteen tiheys on hieman pienempi ja lämpötilasta riippuvainen. |
| Kiehumispiste (ilmakehän) | ≈ 2,470 ° C | ≈ 4,478 ° f | Hyödyllinen yläraja korkean lämpötilan käsittelyyn. |
2. Tärkeimmät alumiinin sulamispisteeseen vaikuttavat tekijät
Vaikka puhdas alumiini sulaa 660.32 ° C, monet käytännön tekijät muuttavat tehokasta sulamis-/kiinteytyskäyttäytymistä:
Seoskemia - solidus ja liquidus
Alumiiniseokset tekevät ei niillä on yksi sulamispiste. Heillä on a nestettä (lämpötila, jonka yläpuolella täysin nestemäinen) ja a solidus (lämpötila, jonka alapuolella täysin kiinteä).
Seosaineiden läsnäolo (Ja, Mg, Cu, Zn, Fe, jne.) siirtää näitä rajoja ja tuottaa usein sulamisalueen (muhkea vyöhyke) merkittävillä valuvaikutuksilla.
- Eutektiikka: joissakin metalliseosjärjestelmissä on eutektisia koostumuksia, jotka sulavat lämpötiloissa alla että puhdas Al (esimerkki: Al-Si eutektinen kohdassa ≈ 577 ° C noin 12,6 paino-%:lle Si).
- Käytännöllinen vaikutus: seokset, joilla on laaja jäätymisalue, ovat alttiimpia kuumarepeämiselle, kutistumisen huokoisuus ja erottelu.
Epäpuhtaudet ja tramp-elementit
Jäljellä oleva kontaminaatio (ESIM., Pb, Bi, Cu sekaromusta) voi luoda matalassa lämpötilassa sulavia faaseja tai hauraita intermetallisia, aiheuttaa paikallisia sulamishäiriöitä ja muuttaa jähmettymisreittejä; tämä on kriittistä kierrätystoiminnassa.
Paine
Sulamislämpötila riippuu paineesta (Clapeyronin suhde); teollisesti tämä vaikutus on mitätön, koska sulatus tapahtuu ilmakehän paineessa.
Viljan jalostajat ja ymppäysaineet
Kemialliset viljanjauhiimet eivät muuta sulamispistettä sinänsä, mutta ne vaikuttavat ytimen muodostumiskäyttäytymiseen jähmettymisen aikana (alijäähdytys, ytimien lukumäärä), muuttaen siten käytännön jähmettymisreittiä ja mikrorakennetta.
Pintailmiöt ja oksidikalvot
Alumiini muodostaa vakaan alumiinioksidikalvon (Al2O3) pinnalla. Vaikka oksidi ei muuta bulkkisulamislämpötilaa, se vaikuttaa lämmönsiirtoon pinnalla, kosketus-/pyrometrisilla menetelmillä havaittu kuonakäyttäytyminen ja lämpöpysäytyskäyttäytyminen.
3. Yleisten alumiiniseosten sulamisalueet
Alla on kaksi tiivistä, ammattimaiset taulukot esittelyssä tyypillinen sulaminen (kiinteä → nestemäinen) vaihteluvälit yhteistä varten takattu (taonta) alumiiniseokset ja alumiiniseosten valu.
Tärkeää: Nämä luvut ovat suuntaa-antavia tyypillisiä prosessisuunnittelussa ja materiaalivalinnassa käytettyjä alueita.
Tavallinen taottu / Alumiiniseosten taonta – tyypillinen sulamisalue
| Seoslaatu | Sulamisalue (° C) | Sulamisalue (° f) | Sulamisalue (K -k -) | Tekniset huomautukset |
| 1050 / 1100 (Kaupallisesti puhdas Al) | ~660,3 – 660.3 | ~1220,6 – 1220.6 | ~933,5 – 933.5 | Lähes yhden pisteen sulamista erittäin korkean puhtauden vuoksi. |
| 2024 (Al-Cu) | ~500 – 638 | ~932 – 1180 | ~773 – 911 | Laaja jäätymisalue; herkkä alkavalle sulamiselle. |
| 2014 (Al-Cu) | ~500 – 638 | ~932 – 1180 | ~773 – 911 | Samanlainen kuin 2024; korkeampi Cu-pitoisuus vaikuttaa kuumatyöstettävyyteen. |
| 5083 (Al-Mg) | ~570 – 640 | ~1058 – 1184 | ~843 – 913 | Korkeampi sulamisalue Mg:n ansiosta; Erinomainen korroosionkestävyys. |
| 5454 (Al-Mg) | ~595 – 645 | ~1103 – 1193 | ~868 – 918 | Käytetään usein paineastioissa ja säiliöissä. |
6061 (Al-Mg-Si) |
~555 – 650 | ~1031 – 1202 | ~828 – 923 | Laajalti käytetty rakenneseos; sulamisalue kriittinen lämpökäsittelyssä. |
| 6082 (Al-Mg-Si) | ~555 – 650 | ~1031 – 1202 | ~828 – 923 | Vahvempi versio 6xxx-sarjasta. |
| 7075 (Al-Zn-Mg-Cu) | ~477 - 635 | ~891 - 1175 | ~750 – 908 | Erittäin laaja sulamisalue; altis paikalliselle sulamiselle. |
| 3003 (Al-Mn) | ~640 – 660 | ~1184 - 1220 | ~913 – 933 | Sulamiskäyttäytyminen lähellä puhdasta alumiinia. |
Yleiset valualumiinilejeeringit – tyypillinen sulamisalue
| Seoslaatu | Sulamisalue (° C) | Sulamisalue (° f) | Sulamisalue (K -k -) | Tekniset huomautukset |
| Al-Si eutektinen (~12,6% Kyllä) | ~577 - 577 | ~1070,6 – 1070.6 | ~850.1 – 850.1 | Eutektinen koostumus terävällä sulamispisteellä. |
| A356 / AlSi7Mg | ~558 – 613 | ~1036 – 1135 | ~831 – 886 | Erinomainen valuvuus ja lämpökäsiteltävä. |
| A357 (muokattu A356) | ~555 – 605 | ~1031 – 1121 | ~828 – 878 | Parempi voiman- ja väsymyksenkestävyys. |
| A380 (Al-Si-Cu) | ~515 – 585 | ~959 – 1085 | ~788 - 858 | Vakiopainevaluseos matalalla likviduslämpötilalla. |
319 (Al-Si-Cu) |
~525 – 605 | ~977 - 1121 | ~798 - 878 | Hyvä tasapaino valuvuuden ja mekaanisen lujuuden välillä. |
| ADC12 (JIS painevaluseos) | ~500 – 580 | ~932 – 1076 | ~773 – 853 | Laajalti käytetty painevaluseos; epäpuhtauksien hallinta on ratkaisevan tärkeää. |
| AlSi9Cu3(Fe) | ~510 – 600 | ~950 – 1112 | ~783 – 873 | Monipuolinen valuseos monimutkaisiin geometrioihin. |
| A413 (korkea-pii-seos) | ~560 – 620 | ~1040 – 1148 | ~833 – 893 | Soveltuu korkean lämpötilan ja paineenpitäville valuille. |
3. Tarkat alumiinin sulamispisteen mittausmenetelmät
Alumiinin sulamispisteen tarkka mittaus on kriittinen materiaalin karakterisoinnin ja prosessin optimoinnin kannalta.
Yleisiä menetelmiä ovat:
Differentiaalinen pyyhkäisykalorimetria (DSC)
DSC on laajimmin käytetty menetelmä metallien sulamispisteiden mittaamiseen korkean tarkkuutensa ja herkkyytensä ansiosta..
Periaate sisältää pienen alumiininäytteen kuumentamisen (5-10 mg) ja vertailumateriaalia (inertti, ESIM., alumiinioksidi) vakionopeudella (5-10 ℃/min) samalla kun tarkkailet niiden välistä lämpövirtauseroa.
Sulamispiste määritetään endotermisen piikin alkamislämpötilana (vastaa fuusioprosessia).
DSC voi mitata sulamispisteitä ±0,1 ℃:n tarkkuudella, joten se soveltuu erittäin puhtaan alumiinin ja metalliseosten analysointiin.
Visuaalinen havainnointimenetelmä (Kapillaariputkimenetelmä)
Tämä perinteinen menetelmä sisältää pienen määrän alumiinijauhetta sulkemisen kapillaariputkeen, jota lämmitetään lämpömittarin rinnalla lämmityskylvyssä (ESIM., silikoniöljy).
Sulamispiste kirjataan, kun alumiinijauhe sulaa kokonaan nesteeksi. Vaikka yksinkertainen ja edullinen, tällä menetelmällä on pienempi tarkkuus (±1-2℃) ja sitä käytetään ensisijaisesti kvalitatiivisiin analyyseihin tai matalan tarkkuuden sovelluksiin.
Laser Flash -sulatusmenetelmä
Korkean paineen ja korkean lämpötilan sulamispistemittauksiin, käytetään lasersalamamenetelmää.
Pulssilaser lämmittää nopeasti alumiininäytteen pinnan, ja sulamisprosessia valvotaan optisilla antureilla (ESIM., pyrometrit, interferometrit).
Tällä menetelmällä voidaan mitata sulamispisteitä äärimmäisissä paineissa (jopa 10 GPA) korkealla ajallisella resoluutiolla, tietojen tarjoaminen ilmailu- ja ydinsovelluksiin.
Sähkövastusmenetelmä
Alumiinin sähkövastus muuttuu merkittävästi sulamisen aikana (nestemäisellä alumiinilla on suurempi vastus kuin kiinteällä alumiinilla häiriintyneen elektronin johtumisen vuoksi).
Mittaamalla alumiinilangan resistanssi sen kuumennettaessa, sulamispiste tunnistetaan lämpötilaksi, jossa vastus kohoaa äkillisesti.
Tämä menetelmä soveltuu teollisuusprosessien in situ -seurantaan (ESIM., hitsaus, valu).
4. Alumiinin sulamispisteen teolliset vaikutukset
Alumiinin kohtalainen sulamispiste on avaintekijä sen laajalle levinneelle teolliseen käyttöön, koska se tasapainottaa prosessoitavuutta ja suorituskykyä:
Valuprosessit
Alumiinin sulamispiste (660℃) on huomattavasti alhaisempi kuin rautametallien, mahdollistaa energiatehokkaan valun:
- Kuolla casting: Al-Si eutektiset seokset (sulamisalue 577-600 ℃) käytetään laajalti painevalussa, koska niiden alhainen sulamislämpötila vähentää muotin kulumista ja energiankulutusta, mahdollistaa monimutkaisten komponenttien suurien määrien tuotannon (ESIM., autojen moottorien osat, elektroniset kotelot).
- Hiekkavalu: Puhdas alumiini ja niukkaseosteinen alumiini valetaan hiekkamuotteihin, kaatolämpötilat tyypillisesti 50–100 ℃ likviduslämpötilan yläpuolella (700-750 ℃) varmistaakseen muotin ontelon täydellisen täyttymisen.
Lämpökäsittely ja hitsaus
- Lämmönkäsittely: Alumiinin sulamispiste rajoittaa lämpökäsittelyprosessien maksimilämpötilaa.
Esimerkiksi, 6xxx-sarjan metalliseosten liuoslämpökäsittely suoritetaan 530–570 ℃:ssa - selvästi alle soliduslämpötilan (580℃)– osittaisen sulamisen välttämiseksi (palava) seoksesta. - Hitsaus: Alumiinin hitsaus vaatii lämmönlähteitä, jotka voivat saavuttaa nopeasti sulamispisteen ja minimoiden lämpövääristymän.
Yleisiä menetelmiä ovat TIG-hitsaus (kaaren lämpötila ~6000℃) ja MIG-hitsaus, hitsauslämpötiloissa 660–700 ℃, jotta varmistetaan perusmetallin sulaminen ilman liiallista raekasvua.
Korkean lämpötilan sovellukset
Alumiinin sulamispiste asettaa rajoituksia sen käytölle korkeissa lämpötiloissa: vain puhdas alumiini säilyy 50% sen huoneenlämpötilalujuudesta 200 ℃ ja pehmenee huomattavasti yli 300 ℃.
Laajentaa sen soveltuvuutta korkeisiin lämpötiloihin, seostavat elementit (ESIM., nikkeli, koboltti) lisätään korkeassa lämpötilassa sulavien metallien välisten yhdisteiden muodostamiseksi, alumiiniseosten käyttölämpötilan pidentäminen 300-400 asteeseen (ESIM., 2618 seos ilmailu- ja avaruusmoottorien osiin).
Alumiinin kierrätys
Alumiinin kohtalainen sulamispiste tekee siitä erittäin kierrätettävän.
Kierrätetty alumiini vaatii vain 5% primaarialumiinin valmistukseen tarvittavasta energiasta, sulavana alumiiniromuna (660-700 asteessa) kuluttaa paljon vähemmän energiaa kuin alumiinin uuttaminen bauksiitista.
Tämä energiatehokkuus, alumiinin sulamisominaisuuksien johdosta, tekee siitä yhden maailman kierrätetyimmistä metalleista.
6. Vertaileva analyysi muiden metallien ja metalliseosten kanssa
| Metalli / Metalliseos | Sulamispiste (° C) | Sulamispiste (° f) | Sulamispiste (K -k -) | Tärkeimmät huomautukset |
| Alumiini (AL -AL, puhdas) | 660.3 | 1220.6 | 933.5 | Matala sulamispiste; erinomainen kevyeen valuun ja muotoiluun. |
| Kupari (Cu, puhdas) | 1085 | 1985 | 1358 | Korkea lämmönjohtavuus; vaatii korkeampia käsittelylämpötiloja kuin Al. |
| Rauta (Fe, puhdas) | 1538 | 2800 | 1811 | Huomattavasti korkeampi sulamispiste; käytetään laajasti teräksen valmistuksessa. |
| Teräs (Hiiliteräs, ~0,2 %C) | 1425–1540 | 2600-2800 | 1698–1813 | Sulamisalue riippuu koostumuksesta; korkeampi kuin alumiiniseokset. |
| Titaani (-, puhdas) | 1668 | 3034 | 1941 | Korkea lujuus-painosuhde; tulenkestävä käyttäytyminen. |
Magnesium (Mg, puhdas) |
650 | 1202 | 923 | Hieman pienempi kuin Al; erittäin reaktiivinen ja kevyt. |
| Sinkki (Zn, puhdas) | 419.5 | 787 | 692.7 | Matala sulamispiste; käytetään painevalussa ja galvanoinnissa. |
| Nikkeli (Sisä-, puhdas) | 1455 | 2651 | 1728 | Erinomainen korroosionkestävyys; korkean sulamispisteen seokset ilmailu- ja avaruuskäyttöön. |
| Messinki (Cu -zn, 60/40) | 900-940 | 1652–1724 | 1173-1213 | Seoksen sulamisalue alhaisempi kuin puhtaan Cu; sopii valuun. |
| Pronssi (Cu-Sn, 88/12) | 950–1050 | 1742–1922 | 1223–1323 | Hieman pienempi kuin kupari; parannettu valukyky ja korroosionkestävyys. |
6. Väärinkäsitykset ja yleiset sudenkuopat
Hämmentävä sulamispiste ja pehmenemislämpötila
Alumiinin pehmenemislämpötila (≈300 ℃) sitä erehtyy usein sulamispisteeseensä.
Pehmeneminen viittaa myötörajan heikkenemiseen raeraajan liukumisesta ja siirtymäliikkeestä, kun taas sulamiseen liittyy faasimuutos.
Tämä sekaannus voi johtaa väärään lämpökäsittelyyn, mikä heikentää mekaanisia ominaisuuksia.
Sulamisalueen huomiotta jättäminen metalliseoksissa
Puhtaalla alumiinilla on terävä sulamispiste, mutta alumiiniseoksilla on sulamisalue (nesteestä kiinteäksi).
Tämän vaihteluvälin huomiotta jättäminen valun aikana voi aiheuttaa vikoja, kuten kutistumishuokoisuutta (jos kaadetaan liian lähelle soliduslämpötilaa) tai kuumahalkeilua (jos jäähtyy liian nopeasti sulamisalueella).
Näkymät epäpuhtaudet
Jopa epäpuhtauksia (ESIM., 0.1% rauta) voi alentaa alumiinin sulamispistettä ja laajentaa sen sulamisaluetta.
Korkean tarkkuuden sovelluksissa (ESIM., ilmailu-), Epäpuhtauspitoisuuden tiukka valvonta on välttämätöntä tasaisen sulamiskäyttäytymisen ja lopputuotteen laadun varmistamiseksi.
7. Johtopäätös
Alumiinin sulamispiste (660.32℃ puhtaalle alumiinille) on perustavanlaatuinen ominaisuus, joka perustuu sen atomirakenteeseen ja metallisiin sidoksiin, toimii sen käsittelyn ja soveltamisen kulmakivenä.
Useita tekijöitä - mukaan lukien puhtaus, seostavat elementit, ulkoinen paine, ja lämpöhistoria - muokkaa sen sulamiskäyttäytymistä, mahdollistaa alumiiniseosten suunnittelun erilaisiin teollisuuden tarpeisiin.
Al-Si-metalliseosten painevalusta matalassa lämpötilassa korkealujuisiin 7xxx-sarjan seoksiin ilmailu- ja avaruuskäyttöön, alumiinin sulamispiste määrää prosessiparametrit, suorituskyvyn rajoja, ja kierrätystehokkuutta.
Teollisuuden pyrkiessä keveyttämiseen ja energiatehokkuuteen, alumiinin ainutlaatuinen tasapaino kohtalaisen sulamispisteen välillä, alhainen tiheys, ja kierrätettävyys vahvistaa edelleen asemaansa avainmateriaalina maailmanlaajuisessa valmistusympäristössä.
Faqit
Onko alumiinin sulamispisteen lämpötila sama 6061 tai 7075?
Ei. 6061 ja 7075 ovat seoksia, joiden solidus/liquidus-alueet eroavat puhtaasta Al:sta. Niiden sulamiskäyttäytyminen on viitattava metalliseoskohtaisiin tietoihin tai mitattava lämpöanalyysillä.
Kuinka paljon tulistusta minun tulisi käyttää painevalussa vs. hiekkavalu?
Suulake- ja korkeapaineprosessit vaativat usein kohtalaista tulistusta (20–50 °C) nopean täytön takia; hiekka ja paksummat valukappaleet voivat vaatia suurempaa tehollista tulistusta (40–100 ° C) täydellisen täytön varmistamiseksi. Optimoi seokselle ja muotille.
Miksi alumiinin vedyn huokoisuus on huonompi??
Vetyliukoisuus nestemäiseen alumiiniin on paljon korkeampi kuin kiinteässä. Kiinteytymisen aikana vety hylätään ja muodostaa kaasuhuokosia, ellei sitä poisteta etukäteen kaasunpoistolla.
Muuttaako paine alumiinin sulamispistettä käytännössä?
Sulamispiste muuttuu paineen mukana, mutta tavallisessa ilmakehän valimokäytännössä vaikutus on mitätön.
