Aluminium, comme un poids léger, résistant à la corrosion, et métaux non ferreux hautement malléables, joue un rôle irremplaçable dans l’aérospatiale, fabrication automobile, électronique, et les secteurs du bâtiment.
Le point de fusion de l'aluminium, défini comme la température à laquelle l'aluminium passe de l'état solide à l'état liquide sous pression atmosphérique standard, est une propriété thermophysique fondamentale qui régit son traitement., conception d'alliage, et application industrielle.
1. Propriétés physiques de l'aluminium pur — données clés sur le point de fusion
| Propriété | Valeur (ET) | Valeur (Impérial) | Remarques |
| Point de fusion (équilibre, 1 ATM) | 660.32 °C (933.47 K) | 1220.58 °F | Température de référence standard pour pur (99.999%) Al. |
| Température thermodynamique | 933.47 K | - | Équivalent de température absolue. |
| Chaleur latente de fusion | 397 kJ·kg⁻¹ | ≈ 170.68 BTU·lb⁻¹ | Énergie nécessaire pour fondre 1 kg (ou 1 kg) au point de fusion. |
Chaleur spécifique (solide, Env., près 25 °C) |
897 J · kg⁻¹ · k⁻¹ | ≈ 0.2143 BTU·lb⁻¹·°F⁻¹ | Utilisez le CP en fonction de la température pour des calculs de chaleur précis. |
| Densité (solide, ~20 °C) | 2,700 kg·m⁻³ | ≈ 168.6 lb·pi⁻³ | La densité du liquide est légèrement inférieure et dépend de la température. |
| Point d'ébullition (atmosphérique) | ≈ 2,470 °C | ≈ 4,478 °F | Limite supérieure utile pour le traitement à haute température. |
2. Facteurs clés influençant le point de fusion de l’aluminium
Bien que l'aluminium pur fonde à 660.32 °C, de nombreux facteurs pratiques modifient le comportement efficace de fusion/solidification:
Chimie des alliages – solidus et liquidus
Les alliages d'aluminium le font pas avoir un seul point de fusion. Ils ont un liquide (température au-dessus de laquelle complètement liquide) et un solidus (température en dessous de laquelle complètement solide).
La présence d'éléments d'alliage (Et, Mg, Cu, Zn, Fe, etc.) déplace ces limites et produit souvent une plage de fusion (zone pâteuse) avec des conséquences de casting importantes.
- Eutectique: certains systèmes d'alliages ont des compositions eutectiques qui fondent à des températures ci-dessous celui de l'Al pur (exemple: Eutectique Al – Si à ≈ 577 °C pour ~ 12,6 % en poids de Si).
- Effet pratique: les alliages avec une large plage de congélation sont plus sujets à la déchirure à chaud, porosité de retrait et ségrégation.
Impuretés et éléments clochards
Traces de contamination (par ex., PB, Bi, Cu de ferraille mélangée) peut créer des phases à faible point de fusion ou des intermétalliques cassants, provoquer des anomalies de fusion locales et modifier les chemins de solidification; ceci est essentiel dans les opérations de recyclage.
Pression
La température de fusion dépend de la pression (Relation de Clapeyron); industriellement cet effet est négligeable puisque la fusion s'effectue à pression atmosphérique.
Affineurs de grains et inoculants
Les raffineurs chimiques de grains ne modifient pas le point de fusion en soi, mais ils influencent le comportement de nucléation lors de la solidification (sous-refroidissement, nombre de noyaux), modifiant ainsi la voie de solidification pratique et la microstructure.
Phénomènes de surface et films d'oxydes
L'aluminium forme un film d'alumine stable (Al₂o₃) sur la surface. Tandis que l'oxyde ne change pas la température de fusion globale, cela affecte le transfert de chaleur à la surface, comportement des crasses et comportement d'arrêt thermique détectés par des méthodes de contact/pyrométriques.
3. Plages de fusion des alliages d'aluminium courants
Voici deux concis, tableaux professionnels montrant fusion typique (Solide → liquide) gammes pour commun forgé (forger) alliages d'aluminium et moulage d'alliages d'aluminium.
Important: ces chiffres sont des plages indicatives typiques utilisées pour la planification des processus et la sélection des matériaux.
Forgé commun / Forgeage d'alliages d'aluminium - Plage de fusion typique
| Note d'alliage | Gamme de fusion (°C) | Gamme de fusion (°F) | Gamme de fusion (K) | Notes techniques |
| 1050 / 1100 (Al commercialement pur) | ~660,3 – 660.3 | ~1220,6 – 1220.6 | ~933,5 – 933.5 | Fusion proche d’un point unique en raison d’une très grande pureté. |
| 2024 (Al-Cu) | ~500 – 638 | ~932 – 1180 | ~773 – 911 | Large plage de congélation; sensible à la fonte naissante. |
| 2014 (Al-Cu) | ~500 – 638 | ~932 – 1180 | ~773 – 911 | Semblable à 2024; une teneur plus élevée en Cu affecte la maniabilité à chaud. |
| 5083 (Al-Mg) | ~570 – 640 | ~1058 – 1184 | ~843 – 913 | Plage de fusion élevée en raison du magnésium; excellente résistance à la corrosion. |
| 5454 (Al-Mg) | ~595 – 645 | ~1103 – 1193 | ~868 – 918 | Souvent utilisé dans les appareils sous pression et les réservoirs. |
6061 (Al-Mg-Si) |
~555 – 650 | ~1031 – 1202 | ~828 – 923 | Alliage structurel largement utilisé; plage de fusion critique pour le traitement thermique. |
| 6082 (Al-Mg-Si) | ~555 – 650 | ~1031 – 1202 | ~828 – 923 | Version plus résistante de la série 6xxx. |
| 7075 (Al–Zn–Mg–Cu) | ~477 – 635 | ~891 – 1175 | ~750 – 908 | Plage de fusion très large; sujet à une fonte localisée. |
| 3003 (Al–Mn) | ~640 – 660 | ~1184 – 1220 | ~913 – 933 | Comportement à la fusion proche de l'aluminium pur. |
Alliages d'aluminium de coulée courants — Plage de fusion typique
| Note d'alliage | Gamme de fusion (°C) | Gamme de fusion (°F) | Gamme de fusion (K) | Notes techniques |
| Eutectique Al-Si (~12,6% Oui) | ~577 – 577 | ~1070,6 – 1070.6 | ~850,1 – 850.1 | Composition eutectique à point de fusion pointu. |
| A356 / AlSi7Mg | ~558 – 613 | ~1036 – 1135 | ~831 – 886 | Excellente coulabilité et traitement thermique. |
| A357 (A356 modifié) | ~555 – 605 | ~1031 – 1121 | ~828 – 878 | Résistance améliorée et résistance à la fatigue. |
| A380 (Al-Si-Cu) | ~515 – 585 | ~959 – 1085 | ~788 – 858 | Alliage de moulage sous pression standard à basse température de liquidus. |
319 (Al-Si-Cu) |
~525 – 605 | ~977 – 1121 | ~798 – 878 | Bon équilibre entre coulabilité et résistance mécanique. |
| ADC12 (Alliage de moulage sous pression JIS) | ~500 – 580 | ~932 – 1076 | ~773 – 853 | Alliage de moulage sous pression largement utilisé; le contrôle des impuretés est essentiel. |
| ALSI9CU3(Fe) | ~510 – 600 | ~950 – 1112 | ~783 – 873 | Alliage de coulée polyvalent pour les géométries complexes. |
| A413 (alliage à haute teneur en silicium) | ~560 – 620 | ~1040 – 1148 | ~833 – 893 | Convient aux pièces moulées à haute température et étanches à la pression. |
3. Méthodes de mesure précises du point de fusion de l’aluminium
Une mesure précise du point de fusion de l’aluminium est essentielle à la caractérisation des matériaux et à l’optimisation des processus.
Les méthodes courantes incluent:
Calorimétrie différentielle à balayage (DSC)
La DSC est la méthode la plus largement utilisée pour mesurer les points de fusion des métaux en raison de sa haute précision et de sa sensibilité..
Le principe consiste à chauffer un petit échantillon d'aluminium (5–10 mg) et un document de référence (inerte, par ex., alumine) à taux constant (5–10 ℃/min) tout en surveillant la différence de flux de chaleur entre eux.
Le point de fusion est déterminé comme la température de début du pic endothermique (correspondant au processus de fusion).
DSC peut mesurer les points de fusion avec une précision de ±0,1℃, ce qui le rend adapté à l'analyse de l'aluminium et des alliages de haute pureté.
Méthode d'observation visuelle (Méthode du tube capillaire)
Cette méthode traditionnelle consiste à sceller une petite quantité de poudre d'aluminium dans un tube capillaire, qui est chauffé à côté d'un thermomètre dans un bain chauffant (par ex., huile de silicone).
Le point de fusion est enregistré lorsque la poudre d'aluminium fond complètement dans un liquide. Bien que simple et peu coûteux, cette méthode a une précision moindre (±1–2℃) et est principalement utilisé pour l'analyse qualitative ou les applications de faible précision.
Méthode de fusion par flash laser
Pour les mesures de point de fusion à haute pression et haute température, la méthode du flash laser est utilisée.
Un laser pulsé chauffe rapidement la surface d'un échantillon d'aluminium, et le processus de fusion est surveillé par des capteurs optiques (par ex., pyromètres, interféromètres).
Cette méthode peut mesurer les points de fusion sous des pressions extrêmes (jusqu'à 10 GPa) à haute résolution temporelle, fourniture de données pour les applications aérospatiales et nucléaires.
Méthode de résistance électrique
La résistance électrique de l’aluminium change considérablement pendant la fusion (l'aluminium liquide a une résistance plus élevée que l'aluminium solide en raison d'une conduction électronique perturbée).
En mesurant la résistance d'un fil d'aluminium lorsqu'il est chauffé, le point de fusion est identifié comme la température à laquelle la résistance présente une augmentation soudaine.
Cette méthode convient à la surveillance in situ lors de processus industriels (par ex., soudage, fonderie).
4. Implications industrielles du point de fusion de l’aluminium
Le point de fusion modéré de l’aluminium est un facteur clé de son application industrielle généralisée, car il équilibre la traitabilité et les performances:
Processus de coulée
Le point de fusion de l'aluminium (660℃) est nettement inférieure à celle des métaux ferreux, permettant une coulée économe en énergie:
- Moulage sous pression: Alliages eutectiques Al-Si (plage de fusion 577–600℃) sont largement utilisés dans le moulage sous pression, car leur faible température de fusion réduit l'usure de la matrice et la consommation d'énergie, permettant la production en grand volume de composants complexes (par ex., pièces de moteur automobile, boîtiers électroniques).
- Moulage au sable: L'aluminium pur et l'aluminium faiblement allié sont coulés dans des moules en sable, avec des températures de coulée généralement de 50 à 100 ℃ au-dessus de la température du liquidus (700–750℃) pour assurer le remplissage complet de la cavité du moule.
Traitement thermique et soudage
- Traitement thermique: Le point de fusion de l'aluminium limite la température maximale des procédés de traitement thermique.
Par exemple, le traitement thermique en solution des alliages de la série 6xxx est effectué entre 530 et 570 ℃, bien en dessous de la température du solidus (580℃)—pour éviter une fusion partielle (brûlant) de l'alliage. - Soudage: Le soudage de l'aluminium nécessite des sources de chaleur pouvant atteindre rapidement le point de fusion tout en minimisant la distorsion thermique..
Les méthodes courantes incluent le soudage TIG (température de l'arc ~ 6000 ℃) et soudage MIG, avec des températures de soudage contrôlées entre 660 et 700 ℃ pour assurer la fusion du métal de base sans croissance excessive des grains.
Applications à haute température
Le point de fusion de l’aluminium impose des limites à son utilisation à haute température: l'aluminium pur ne retient que 50% de sa résistance à température ambiante à 200 ℃ et ramollit considérablement au-dessus de 300 ℃.
Pour étendre son applicabilité à haute température, Éléments d'alliage (par ex., nickel, cobalt) sont ajoutés pour former des composés intermétalliques à point de fusion élevé, étendre la température de service des alliages d'aluminium à 300-400 ℃ (par ex., 2618 alliage pour composants de moteurs aérospatiaux).
Recyclage de l'aluminium
Le point de fusion modéré de l’aluminium le rend hautement recyclable.
L'aluminium recyclé ne nécessite que 5% de l’énergie nécessaire à la production d’aluminium primaire, comme fonte de ferraille d'aluminium (à 660-700℃) consomme beaucoup moins d’énergie que l’extraction de l’aluminium de la bauxite.
Cette efficacité énergétique, piloté par les caractéristiques de fusion de l’aluminium, en fait l'un des métaux les plus recyclés au monde.
6. Analyse comparative avec d'autres métaux et alliages
| Métal / Alliage | Point de fusion (°C) | Point de fusion (°F) | Point de fusion (K) | Notes clés |
| Aluminium (Al, pur) | 660.3 | 1220.6 | 933.5 | Point de fusion bas; excellent pour le moulage et le formage légers. |
| Cuivre (Cu, pur) | 1085 | 1985 | 1358 | Conductivité thermique élevée; nécessite des températures de traitement plus élevées que Al. |
| Fer (Fe, pur) | 1538 | 2800 | 1811 | Point de fusion nettement plus élevé; largement utilisé dans la sidérurgie. |
| Acier (Acier au carbone, ~0,2%C) | 1425–1540 | 2600–2800 | 1698–1813 | La plage de fusion dépend de la composition; plus élevé que les alliages d'aluminium. |
| Titane (De, pur) | 1668 | 3034 | 1941 | Rapport résistance/poids élevé; comportement réfractaire. |
Magnésium (Mg, pur) |
650 | 1202 | 923 | Légèrement inférieur à Al; très réactif et léger. |
| Zinc (Zn, pur) | 419.5 | 787 | 692.7 | Point de fusion bas; utilisé pour le moulage sous pression et la galvanisation. |
| Nickel (Dans, pur) | 1455 | 2651 | 1728 | Excellente résistance à la corrosion; alliages à point de fusion élevé pour l'aérospatiale. |
| Laiton (Cu -zn, 60/40) | 900–940 | 1652–1724 | 1173–1213 | Plage de fusion des alliages inférieure à celle du Cu pur; adapté au moulage. |
| Bronze (Cu-Sn, 88/12) | 950–1050 | 1742–1922 | 1223–1323 | Légèrement inférieur au cuivre; meilleure coulabilité et résistance à la corrosion. |
6. Idées fausses et pièges courants
Confondre point de fusion et température de ramollissement
La température de ramollissement de l'aluminium (≈300℃) est souvent confondu avec son point de fusion.
Le ramollissement fait référence à la réduction de la limite d'élasticité due au glissement des joints de grains et au mouvement de dislocation., tandis que la fusion implique une transition de phase.
Cette confusion peut conduire à un traitement thermique inapproprié, ce qui entraîne des propriétés mécaniques réduites.
Ignorer la plage de fusion dans les alliages
L'aluminium pur a un point de fusion précis, mais les alliages d'aluminium présentent une plage de fusion (liquide à solide).
Ne pas tenir compte de cette plage lors de la coulée peut entraîner des défauts tels qu'une porosité de retrait (si versé trop près de la température du solidus) ou fissuration à chaud (si refroidi trop rapidement dans la plage de fusion).
Surveiller les effets des impuretés
Même des traces d'impuretés (par ex., 0.1% fer) peut abaisser le point de fusion de l’aluminium et augmenter sa plage de fusion.
Dans les applications de haute précision (par ex., composants aérospatiaux), un contrôle strict de la teneur en impuretés est essentiel pour garantir un comportement de fusion constant et la qualité du produit final.
7. Conclusion
Le point de fusion de l'aluminium (660.32℃ pour l'aluminium pur) est une propriété fondamentale ancrée dans sa structure atomique et sa liaison métallique, servir de pierre angulaire pour son traitement et son application.
Plusieurs facteurs, dont la pureté, Éléments d'alliage, pression externe, et historique thermique - modifier son comportement de fusion, permettant la conception d'alliages d'aluminium adaptés à divers besoins industriels.
Du moulage sous pression à basse température des alliages Al-Si aux alliages de la série 7xxx à haute résistance pour l'aérospatiale, le point de fusion de l'aluminium dicte les paramètres du processus, limites de performances, et efficacité du recyclage.
Alors que les industries recherchent l’allègement et l’efficacité énergétique, l'équilibre unique de l'aluminium avec un point de fusion modéré, faible densité, et la recyclabilité continueront de consolider sa position en tant que matériau clé dans le paysage manufacturier mondial.
FAQ
La température de fusion de l’aluminium est-elle la même pour 6061 ou 7075?
Non. 6061 et 7075 sont des alliages avec des plages solidus/liquidus qui diffèrent de l'Al pur. Leur comportement en fusion doit être référencé à des données spécifiques à l'alliage ou mesuré par analyse thermique..
Quelle quantité de surchauffe dois-je utiliser pour le moulage sous pression par rapport à. moulage au sable?
Les processus de filière et à haute pression nécessitent souvent une surchauffe modérée (20–50 ° C) en raison du remplissage rapide; le sable et les pièces moulées à section plus épaisse peuvent nécessiter une surchauffe efficace plus élevée (40–100 ° C) pour assurer un remplissage complet. Optimiser pour l'alliage et le moule.
Pourquoi la porosité à l'hydrogène est-elle pire dans l'aluminium?
La solubilité de l'hydrogène dans l'aluminium liquide est beaucoup plus élevée que dans l'aluminium solide.. Lors de la solidification, l'hydrogène est rejeté et forme des pores de gaz s'il n'est pas préalablement éliminé par dégazage..
La pression modifie-t-elle le point de fusion de l’aluminium dans la pratique?
Le point de fusion change avec la pression, mais pour la pratique standard de la fonderie atmosphérique, l'effet est négligeable.
