Alumínium, könnyűsúlyként, korrózióálló, és rendkívül képlékeny színesfém, pótolhatatlan szerepet játszik a repülésben, autóipari gyártás, elektronika, és építőipar.
Az alumínium olvadáspontja – az a hőmérséklet, amelyen az alumínium normál légköri nyomáson szilárd halmazállapotból folyékony állapotba megy át – alapvető termofizikai tulajdonság, amely meghatározza a feldolgozását., ötvözött tervezés, és ipari alkalmazás.
1. A tiszta alumínium fizikai tulajdonságai – a legfontosabb olvadáspont-adatok
| Ingatlan | Érték (ÉS) | Érték (Császári) | Jegyzet |
| Olvadáspont (egyensúlyi, 1 atm) | 660.32 ° C (933.47 K -) | 1220.58 ° F | Normál referencia hőmérséklet tiszta (99.999%) Al. |
| Termodinamikai hőmérséklet | 933.47 K - | - - | Abszolút hőmérsékleti egyenérték. |
| A fúzió látens hője | 397 kJ·kg⁻¹ | ≈ 170.68 BTU·lb⁻¹ | Az olvadáshoz szükséges energia 1 kg (vagy 1 lb) olvadásponton. |
Fajlagos hő (szilárd, kb., közel 25 ° C) |
897 J · kg⁻¹ · k⁻¹ | ≈ 0.2143 BTU·lb⁻¹·°F⁻¹ | Használjon hőmérsékletfüggő cp-t a pontos hőszámításhoz. |
| Sűrűség (szilárd, ~20 °C) | 2,700 kg·m⁻³ | ≈ 168.6 lb·ft⁻³ | A folyadék sűrűsége valamivel alacsonyabb és hőmérsékletfüggő. |
| Forráspont (légköri) | ≈ 2,470 ° C | ≈ 4,478 ° F | Hasznos felső határ magas hőmérsékletű feldolgozáshoz. |
2. Az alumínium olvadáspontját befolyásoló kulcstényezők
Bár a tiszta alumínium megolvad 660.32 ° C, sok gyakorlati tényező megváltoztatja a hatékony olvadási/szilárdulási viselkedést:
Ötvözetkémia – solidus és liquidus
Az alumíniumötvözetek igen nem egyetlen olvadáspontjuk van. Nekik van a folyékony (hőmérséklet, amely felett teljesen folyékony) és a Solidus (hőmérséklet, amely alatt teljesen szilárd).
Az ötvöző elemek jelenléte (És, Mg, CU, Zn, FE, stb.) eltolja ezeket a határokat, és gyakran olvadási tartományt hoz létre (pépes zóna) fontos casting következményekkel.
- Eutektika: egyes ötvözetrendszerek eutektikus összetételűek, amelyek hőmérsékleten megolvadnak alatt hogy a tiszta Al (példa: Al–Si eutektikus ≈-nél 577 ° C ~12,6 tömeg% Si-re).
- Praktikus hatás: a széles fagyási tartománnyal rendelkező ötvözetek hajlamosabbak a forró szakadásra, zsugorodási porozitás és szegregáció.
Szennyeződések és csavart elemek
Nyomnyi szennyeződés (PÉLDÁUL., PB, Kettős, Cu vegyes hulladékból) alacsony olvadáspontú fázisokat vagy rideg intermetallikus anyagokat hozhat létre, lokális olvadási anomáliákat okoznak és megváltoztatják a megszilárdulási útvonalakat; ez kritikus az újrahasznosítási műveleteknél.
Nyomás
Az olvadáspont nyomásfüggő (Clapeyron kapcsolat); iparilag ez a hatás elhanyagolható, mivel az olvasztás atmoszférikus nyomáson történik.
Gabonafinomítók és oltószerek
A kémiai szemcsefinomítók önmagukban nem változtatják meg az olvadáspontot, de befolyásolják a magképződési viselkedést a megszilárdulás során (túlhűtés, magok száma), így megváltozik a gyakorlati megszilárdulási útvonal és a mikrostruktúra.
Felületi jelenségek és oxidfilmek
Az alumínium stabil alumínium-oxid filmet képez (Al₂o₃) a felszínen. Míg az oxid nem változtatja meg az ömlesztési hőmérsékletet, befolyásolja a hőátadást a felületen, érintkezési/pirometrikus módszerekkel észlelt salakosság és hőleállási viselkedés.
3. A közönséges alumíniumötvözetek olvadási tartományai
Az alábbiakban két tömör, professzionális táblázatok bemutatása tipikus olvadás (szilárd → folyékony) tartományok közösnek kovácsolt (kovácsolás) alumíniumötvözetek és alumíniumötvözetek öntése.
Fontos: ezek a számok a folyamattervezéshez és az anyagválasztáshoz használt tájékoztató jellegű tipikus tartományok.
Közönséges Kovácsolt / Alumíniumötvözetek kovácsolása – tipikus olvadási tartomány
| Ötvözet minőségű | Olvadási tartomány (° C) | Olvadási tartomány (° F) | Olvadási tartomány (K -) | Műszaki megjegyzések |
| 1050 / 1100 (Kereskedelmileg tiszta Al) | ~660,3 – 660.3 | ~1220,6 – 1220.6 | ~933,5 – 933.5 | Közel egypontos olvadáspont a nagyon nagy tisztaság miatt. |
| 2024 (Al-Cu) | ~500 – 638 | ~932 – 1180 | ~773 – 911 | Széles fagyasztási tartomány; érzékeny a kezdődő olvadásra. |
| 2014 (Al-Cu) | ~500 – 638 | ~932 – 1180 | ~773 – 911 | Hasonló a 2024; a magasabb réztartalom befolyásolja a melegen megmunkálhatóságot. |
| 5083 (Al-Mg) | ~570 – 640 | ~1058 – 1184 | ~843 – 913 | Magasabb olvadási tartomány a Mg miatt; Kiváló korrózióállóság. |
| 5454 (Al-Mg) | ~595 – 645 | ~1103 – 1193 | ~868 – 918 | Gyakran használják nyomástartó edényekben és tartályokban. |
6061 (Al-Mg-Si) |
~555 – 650 | ~1031 – 1202 | ~828 – 923 | Széles körben használt szerkezeti ötvözet; a hőkezelés szempontjából kritikus olvadási tartomány. |
| 6082 (Al-Mg-Si) | ~555 – 650 | ~1031 – 1202 | ~828 – 923 | A 6xxx sorozat nagyobb szilárdságú változata. |
| 7075 (Al–Zn–Mg–Cu) | ~477 – 635 | ~891 – 1175 | ~750 – 908 | Nagyon széles olvadási tartomány; hajlamos a helyi olvadásra. |
| 3003 (Al–Mn) | ~640 – 660 | ~1184 – 1220 | ~913 – 933 | A tiszta alumíniumhoz közeli olvadási viselkedés. |
Közönséges öntött alumíniumötvözetek – tipikus olvadási tartomány
| Ötvözet minőségű | Olvadási tartomány (° C) | Olvadási tartomány (° F) | Olvadási tartomány (K -) | Műszaki megjegyzések |
| Al-Si eutektikus (~12,6% Igen) | ~577 – 577 | ~1070,6 – 1070.6 | ~850,1 – 850.1 | Eutektikus összetétel éles olvadásponttal. |
| A356 / AlSi7Mg | ~558 – 613 | ~1036 – 1135 | ~831 – 886 | Kiváló önthetőség és hőkezelhető. |
| A357 (módosított A356) | ~555 – 605 | ~1031 – 1121 | ~828 – 878 | Fokozott erő és fáradtságállóság. |
| A380 (Al-Si-Cu) | ~515 – 585 | ~959 – 1085 | ~788 – 858 | Szabványos fröccsöntéses ötvözet alacsony likvidus hőmérséklettel. |
319 (Al-Si-Cu) |
~525 – 605 | ~977 – 1121 | ~798 – 878 | Az önthetőség és a mechanikai szilárdság jó egyensúlya. |
| ADC12 (JIS présöntvény ötvözet) | ~500 – 580 | ~932 – 1076 | ~773 – 853 | Széles körben használt fröccsöntő ötvözet; kritikus a szennyeződés ellenőrzése. |
| AlSi9Cu3(FE) | ~510 – 600 | ~950 – 1112 | ~783 – 873 | Sokoldalú öntvény ötvözet összetett geometriákhoz. |
| A413 (magas szilíciumtartalmú ötvözet) | ~560 – 620 | ~1040 – 1148 | ~833 – 893 | Alkalmas magas hőmérsékletű és nyomásálló öntvényekhez. |
3. Az alumínium olvadáspontjának pontos mérési módszerei
Az alumínium olvadáspontjának pontos mérése kritikus az anyagjellemzés és a folyamatoptimalizálás szempontjából.
A gyakori módszerek között szerepel:
Differenciális szkennelő kalorimetria (DSC)
A DSC a legszélesebb körben használt módszer fémek olvadáspontjának mérésére nagy pontosságának és érzékenységének köszönhetően..
Az elv egy kis alumíniumminta melegítését jelenti (5– 10 mg) és referenciaanyag (inert, PÉLDÁUL., alumínium -oxid) állandó sebességgel (5-10 ℃/perc) miközben figyeli a köztük lévő hőáramlási különbséget.
Az olvadáspontot az endoterm csúcs kezdeti hőmérsékleteként határozzuk meg (megfelel a fúziós folyamatnak).
A DSC ±0,1 ℃ pontossággal képes mérni az olvadáspontot, így alkalmas nagy tisztaságú alumínium- és ötvözetelemzésre.
Vizuális megfigyelési módszer (Kapilláris csöves módszer)
Ez a hagyományos módszer magában foglalja egy kis mennyiségű alumíniumpor lezárását egy kapilláriscsőben, amelyet egy hőmérő mellett melegítenek fel fűtőfürdőben (PÉLDÁUL., szilikon olaj).
Az olvadáspont akkor kerül rögzítésre, amikor az alumíniumpor teljesen folyadékká olvad. Miközben egyszerű és olcsó, ennek a módszernek kisebb a pontossága (±1-2℃) és elsősorban kvalitatív elemzésekhez vagy kis pontosságú alkalmazásokhoz használják.
Lézeres flash olvasztási módszer
Nagynyomású és magas hőmérsékletű olvadáspont mérésekhez, lézeres flash módszert alkalmaznak.
A pulzáló lézer gyorsan felmelegíti az alumíniumminta felületét, az olvadási folyamatot pedig optikai érzékelők figyelik (PÉLDÁUL., pirométerek, interferométerek).
Ezzel a módszerrel extrém nyomáson is meg lehet mérni az olvadáspontot (-ig 10 GPA) nagy időbeli felbontással, adatszolgáltatás repülési és nukleáris alkalmazásokhoz.
Elektromos ellenállás módszer
Az alumínium elektromos ellenállása jelentősen megváltozik az olvadás során (A folyékony alumínium nagyobb ellenállással rendelkezik, mint a szilárd alumínium a megszakított elektronvezetés miatt).
Egy alumíniumhuzal ellenállásának mérésével, ahogy felmelegszik, az olvadáspont az a hőmérséklet, ahol az ellenállás hirtelen megnövekszik.
Ez a módszer alkalmas ipari folyamatok in situ monitorozására (PÉLDÁUL., hegesztés, öntvény).
4. Az alumínium olvadáspontjának ipari vonatkozásai
Az alumínium mérsékelt olvadáspontja kulcsfontosságú tényező az alumínium széles körű ipari alkalmazásában, mivel egyensúlyba hozza a feldolgozhatóságot és a teljesítményt:
Öntési eljárások
Az alumínium olvadáspontja (660℃) lényegesen alacsonyabb, mint a vasfémeknél, energiahatékony öntést tesz lehetővé:
- Casting: Al-Si eutektikus ötvözetek (olvadáspont 577-600 ℃) széles körben használják a présöntésben, mivel alacsony olvadáspontjuk csökkenti a szerszámkopást és az energiafogyasztást, lehetővé teszi összetett alkatrészek nagy volumenű gyártását (PÉLDÁUL., autóipar alkatrészei, elektronikus házak).
- Homoköntés: A tiszta alumíniumot és az alacsony ötvözetű alumíniumot homokformákba öntik, Az öntési hőmérséklet jellemzően 50-100 ℃-kal meghaladja a likvidusz hőmérsékletet (700-750 ℃) hogy biztosítsa a formaüreg teljes kitöltését.
Hőkezelés és hegesztés
- Hőkezelés: Az alumínium olvadáspontja korlátozza a hőkezelési folyamatok maximális hőmérsékletét.
Például, A 6xxx sorozatú ötvözetek oldatos hőkezelése 530-570 ℃-on történik – jóval a szolidusz hőmérséklet alatt (580℃)– a részleges olvadás elkerülése érdekében (égő) az ötvözetből. - Hegesztés: Az alumínium hegesztéséhez olyan hőforrásokra van szükség, amelyek gyorsan elérik az olvadáspontot, miközben minimálisra csökkentik a hőtorzulást.
Az általános módszerek közé tartozik a TIG hegesztés (ív hőmérséklet ~6000 ℃) és MIG hegesztés, 660-700 ℃ hegesztési hőmérséklettel, hogy biztosítsák az alapfém fúzióját a túlzott szemcsenövekedés nélkül.
Magas hőmérsékletű alkalmazások
Az alumínium olvadáspontja korlátozza a magas hőmérsékletű felhasználást: csak a tiszta alumínium marad meg 50% szobahőmérsékleten 200 ℃-on, és 300 ℃ felett jelentősen meglágyul.
Magas hőmérsékletű alkalmazhatóságának bővítésére, ötvöző elemek (PÉLDÁUL., nikkel, kobalt) hozzáadva magas olvadáspontú intermetallikus vegyületeket képeznek, az alumíniumötvözetek üzemi hőmérsékletének növelése 300-400 ℃-ra (PÉLDÁUL., 2618 ötvözet repülőgép-hajtóművekhez).
Az alumínium újrahasznosítása
Az alumínium mérsékelt olvadáspontja nagymértékben újrahasznosíthatóvá teszi.
Csak újrahasznosított alumíniumra van szükség 5% az elsődleges alumínium előállításához szükséges energiából, mint az alumíniumhulladék olvasztása (660-700 ℃-on) sokkal kevesebb energiát fogyaszt, mint az alumínium bauxitból történő kinyerése.
Ez az energiahatékonyság, az alumínium olvadási jellemzői vezérlik, ez teszi az egyik legtöbbet újrahasznosított fémet a világon.
6. Összehasonlító elemzés más fémekkel és ötvözetekkel
| Fém / Ötvözet | Olvadáspont (° C) | Olvadáspont (° F) | Olvadáspont (K -) | Főbb megjegyzések |
| Alumínium (Al, tiszta) | 660.3 | 1220.6 | 933.5 | Alacsony olvadási pont; kiváló könnyűsúlyú öntéshez és alakításhoz. |
| Réz (CU, tiszta) | 1085 | 1985 | 1358 | Magas hővezető képesség; magasabb feldolgozási hőmérsékletet igényel, mint az Al. |
| Vas (FE, tiszta) | 1538 | 2800 | 1811 | Lényegesen magasabb olvadáspont; széles körben használják az acélgyártásban. |
| Acél (Szénacél, ~0,2%C) | 1425–1540 | 2600–2800 | 1698– 1813 | Az olvadáspont az összetételtől függ; magasabb, mint az alumíniumötvözeteknél. |
| Titán (-Y -az, tiszta) | 1668 | 3034 | 1941 | Nagy szilárdság-súly / súly arány; tűzálló viselkedés. |
Magnézium (Mg, tiszta) |
650 | 1202 | 923 | Valamivel alacsonyabb, mint Al; nagyon reaktív és könnyű. |
| Cink (Zn, tiszta) | 419.5 | 787 | 692.7 | Alacsony olvadási pont; présöntéshez és horganyzáshoz használják. |
| Nikkel (-Ben, tiszta) | 1455 | 2651 | 1728 | Kiváló korrózióállóság; magas olvadáspontú ötvözetek repülési célokra. |
| Sárgaréz (Cu–Zn, 60/40) | 900–940 | 1652–1724 | 1173–1213 | Az ötvözött olvadáspont alacsonyabb, mint a tiszta réz; öntésre alkalmas. |
| Bronz (Cu-Sn, 88/12) | 950–1050 | 1742–1922 | 1223–1323 | Kicsit alacsonyabb, mint a réz; javított önthetőség és korrózióállóság. |
6. Tévhitek és gyakori buktatók
Összetéveszthető olvadáspont a lágyulási hőmérséklettel
Az alumínium lágyulási hőmérséklete (≈300 ℃) gyakran összetévesztik az olvadáspontjával.
A lágyulás a folyáshatár csökkenését jelenti a szemcsehatár elcsúszása és elmozdulása miatt, míg az olvadás fázisátalakulással jár.
Ez a zavar helytelen hőkezeléshez vezethet, ami csökkenti a mechanikai tulajdonságokat.
Az ötvözetek olvadási tartományának figyelmen kívül hagyása
A tiszta alumínium éles olvadásponttal rendelkezik, de az alumíniumötvözetek olvadási tartományt mutatnak (folyadékból szilárdtá).
Ha nem veszi figyelembe ezt a tartományt az öntés során, az olyan hibákat okozhat, mint a zsugorodási porozitás (ha túl közel öntjük a szolidusz hőmérséklethez) vagy forró repedés (ha túl gyorsan hűtjük le az olvadási tartományban).
Szennyező hatások figyelmen kívül hagyása
Még nyomokban szennyeződéseket is (PÉLDÁUL., 0.1% vas) csökkentheti az alumínium olvadáspontját és növelheti az olvadáspontját.
Nagy pontosságú alkalmazásokban (PÉLDÁUL., repülőgép -alkatrészek), A szennyeződéstartalom szigorú ellenőrzése elengedhetetlen az állandó olvadási viselkedés és a végtermék minőségének biztosításához.
7. Következtetés
Az alumínium olvadáspontja (660.32℃ tiszta alumíniumhoz) atomi szerkezetében és fémes kötődésében gyökerező alapvető tulajdonság, feldolgozása és alkalmazása sarokköveként szolgál.
Több tényező – beleértve a tisztaságot is, ötvöző elemek, külső nyomás, és hőtörténet – módosítsa olvadási viselkedését, lehetővé teszi az alumíniumötvözetek különféle ipari igényekre szabott tervezését.
Az Al-Si ötvözetek alacsony hőmérsékletű fröccsöntésétől a nagy szilárdságú, 7xxx sorozatú, repülési célú ötvözetekig, az alumínium olvadáspontja határozza meg a folyamat paramétereit, teljesítményhatárokat, és az újrahasznosítás hatékonysága.
Mivel az iparágak a könnyű súlyozást és az energiahatékonyságot követik, az alumínium egyedülálló egyensúlya a mérsékelt olvadáspont között, alacsony sűrűségű, és az újrahasznosíthatóság továbbra is megszilárdítja pozícióját kulcsfontosságú anyagként a globális gyártási környezetben.
GYIK
Az alumínium olvadáspont-hőmérséklete megegyezik 6061 vagy 7075?
Nem. 6061 és 7075 olyan ötvözetek, amelyek szilárd/liquidus tartományai különböznek a tiszta Al-tól. Olvadási viselkedésüket ötvözet-specifikus adatokra kell vonatkoztatni, vagy termikus elemzéssel kell mérni.
Mennyi túlhevítést használjak fröccsöntéshez vs. homoköntés?
A sajtolás és a nagynyomású folyamatok gyakran mérsékelt túlhevítést igényelnek (20–50 °C) a gyors töltés miatt; a homok és a vastagabb metszetű öntvények nagyobb hatásos túlhevítést igényelhetnek (40–100 °C) a teljes töltés biztosítása érdekében. Optimalizálja az ötvözethez és a formához.
Miért rosszabb a hidrogén porozitása az alumíniumban??
A folyékony alumíniumban sokkal nagyobb a hidrogén oldhatósága, mint a szilárdban. A megszilárdulás során a hidrogén kilökődik és gázpórusokat képez, hacsak nem távolítják el előzőleg gáztalanítással.
A nyomás megváltoztatja-e az alumínium olvadáspontját a gyakorlatban??
Az olvadáspont a nyomás hatására változik, de a szokásos légköri öntödei gyakorlat esetében a hatás elhanyagolható.
