アルミニウム, 軽量として, 耐食性, 展性の高い非鉄金属, 航空宇宙においてかけがえのない役割を果たしています, 自動車製造, エレクトロニクス, 建設業.
アルミニウムの融点（標準大気圧下でアルミニウムが固体から液体に転移する温度として定義される）は、アルミニウムの加工を決定する基本的な熱物理特性です。, 合金設計, および産業応用.
1. 純アルミニウムの物理的特性 — 重要な融点データ
| 財産 | 価値 (そして) | 価値 (インペリアル) | 注意事項 |
| 融点 (平衡, 1 ATM) | 660.32 ℃ (933.47 K) | 1220.58 °F | 純正基準温度 (99.999%) アル. |
| 熱力学温度 | 933.47 K | - | 絶対温度相当. |
| 融解潜熱 | 397 kJ・kg⁻¹ | ≈ 170.68 BTU·lb⁻¹ | 溶けるのに必要なエネルギー 1 kg (または 1 ポンド) 融点で. |
比熱 (固体, 約, 近く 25 ℃) |
897 j・kg⁻¹・k⁻¹ | ≈ 0.2143 BTU·lb⁻¹·°F⁻¹ | 正確な熱計算には温度依存の cp を使用します. |
| 密度 (固体, ～20℃) | 2,700 kg・m⁻³ | ≈ 168.6 ポンド・フィート⁻³ | 液体の密度はわずかに低く、温度に依存します. |
| 沸点 (大気中の) | ≈ 2,470 ℃ | ≈ 4,478 °F | 高温処理に有用な上限. |
2. アルミニウムの融点に影響を与える主な要因
純アルミニウムは次の温度で溶けますが、 660.32 ℃, 多くの実際的な要因が効果的な溶融/凝固挙動を変化させます:
合金の化学 - 固相線と液相線
アルミニウム合金はそうする ない 単一の融点を持つ. 彼らは、 液体 (完全に液体になる温度以上) そして ソリッド (完全に固体になる温度以下).
合金要素の存在 (そして, マグネシウム, 銅, 亜鉛, 鉄, 等) これらの境界を移動させ、多くの場合、融解範囲を生成します。 (どろどろゾーン) キャストに重要な影響を与える.
- 共晶: 一部の合金系には、ある温度で溶ける共晶組成があります。 下に 純粋なアルのもの (例: ≈ での Al-Si 共晶 577 ℃ ~12.6 wt% Siの場合).
- 実用的な効果: 凝固範囲が広い合金は高温裂傷を起こしやすい, 収縮気孔率と偏析.
不純物と混入要素
微量汚染 (例えば, PB, bi, 混合スクラップからのCu) 低融点相または脆い金属間化合物を生成する可能性があります, 局所的な溶融異常を引き起こし、凝固経路を変化させる; これはリサイクル作業において重要です.
プレッシャー
溶解温度は圧力に依存します (クラペイロン関係); 溶融は大気圧で行われるため、工業的にはこの影響は無視できます。.
穀物精製剤と接種剤
化学結晶粒微細化剤は融点自体を変更しません。, しかし、それらは凝固中の核生成挙動に影響を与えます (過冷却, 核の数), したがって、実際の凝固経路と微細構造が変化します。.
表面現象と酸化皮膜
アルミニウムは安定したアルミナ皮膜を形成します (Al₂O₃) 表面. 酸化物はバルク溶融温度を変化させませんが、, 表面での熱伝達に影響を与える, 接触/高温測定法により検出されるドロス挙動およびサーマルアレスト挙動.
3. 一般的なアルミニウム合金の溶解範囲
以下に2つを簡潔にまとめます, プロフェッショナルなテーブルを表示 典型的な溶解 (固体→液体) 範囲 共通の 鍛えた (鍛造) アルミニウム合金 そして 鋳造アルミニウム合金.
重要: これらの数値は、プロセス計画と材料の選択に使用される代表的な範囲を示しています。.
一般的な鍛造品 / 鍛造アルミニウム合金 - 一般的な溶解範囲
| 合金グレード | 融解範囲 (℃) | 融解範囲 (°F) | 融解範囲 (K) | テクニカルノート |
| 1050 / 1100 (商業的に純粋なAl) | ~660.3 – 660.3 | ～1220.6 – 1220.6 | ~933.5 – 933.5 | 非常に高い純度によりほぼ単一点融解. |
| 2024 (アル銅) | ~500 – 638 | ~932 – 1180 | ～773 – 911 | 広い凍結範囲; 初期の融解に敏感. |
| 2014 (アル銅) | ~500 – 638 | ~932 – 1180 | ～773 – 911 | に似ている 2024; Cu含有量が高いと熱間加工性に影響を与える. |
| 5083 (Al-Mg) | ~570 – 640 | ~1058 – 1184 | ～843 – 913 | Mg による溶融範囲の向上; 優れた耐食性. |
| 5454 (Al-Mg) | ~595 – 645 | ~1103 – 1193 | ～868 – 918 | 圧力容器やタンクでよく使用されます. |
6061 (Al-Mg-Si) |
~555 – 650 | ~1031 – 1202 | ～828 – 923 | 広く使用されている構造用合金; 熱処理に重要な融解範囲. |
| 6082 (Al-Mg-Si) | ~555 – 650 | ~1031 – 1202 | ～828 – 923 | 6xxxシリーズの高強度版. |
| 7075 (Al–Zn–Mg–Cu) | ～477 – 635 | ～891 – 1175 | ~750 – 908 | 非常に広い融解範囲; 局所的に溶けやすい. |
| 3003 (Al–Mn) | ~640 – 660 | ～1184年 – 1220 | ～913 – 933 | 純アルミニウムに近い溶解挙動. |
一般的な鋳造アルミニウム合金 - 一般的な溶解範囲
| 合金グレード | 融解範囲 (℃) | 融解範囲 (°F) | 融解範囲 (K) | テクニカルノート |
| Al–Si eutectic (~12.6% Si) | ～577 – 577 | ～1070.6 – 1070.6 | ~850.1 – 850.1 | 融点が鋭い共晶組成. |
| A356 / AlSi7Mg | ~558 – 613 | ~1036 – 1135 | ～831 – 886 | 鋳造性に優れ、熱処理も可能. |
| A357 (modified A356) | ~555 – 605 | ~1031 – 1121 | ～828 – 878 | 強度と耐疲労性の向上. |
| A380 (Al-Si-Cu) | ~515 – 585 | ~959 – 1085 | ~788 – 858 | 液相線温度が低い標準的なダイカスト合金. |
319 (Al-Si-Cu) |
~525 – 605 | ~977 – 1121 | ~798 – 878 | 鋳造性と機械的強度のバランスに優れています。. |
| ADC12 (JIS die casting alloy) | ~500 – 580 | ~932 – 1076 | ～773 – 853 | 広く使用されているダイカスト合金; 不純物の管理は重要です. |
| alsi9cu3(鉄) | ~510 – 600 | ~950 – 1112 | ～783 – 873 | 複雑な形状に対応する多用途の鋳造合金. |
| A413 (高ケイ素合金) | ~560 – 620 | ~1040 – 1148 | ～833 – 893 | 高温・耐圧鋳造に最適. |
3. アルミニウムの融点の正確な測定方法
アルミニウムの融点を正確に測定することは、材料の特性評価とプロセスの最適化にとって重要です。.
一般的な方法には含まれます:
示差走査熱量測定 (DSC)
DSC は、精度と感度が高いため、金属の融点を測定するために最も広く使用されている方法です。.
原理は小さなアルミニウムサンプルを加熱することです (5–10mg) そして参考資料 (不活性, 例えば, アルミナ) 一定の割合で (5–10℃/分) それらの間の熱流の差を監視しながら.
融点は吸熱ピークの開始温度として決定されます。 (融合プロセスに対応).
DSCは融点を±0.1℃の精度で測定可能, 高純度アルミニウムおよび合金の分析に適しています.
目視による観察方法 (キャピラリーチューブ法)
少量のアルミニウム粉末を毛細管に封入する伝統的な方法です。, 加熱バス内で温度計と一緒に加熱されます (例えば, シリコーンオイル).
融点は、アルミニウム粉末が完全に溶けて液体になったときに記録されます。. シンプルかつ低コストでありながら、, この方法は精度が低くなります (±1～2℃) 主に定性分析または低精度アプリケーションに使用されます。.
レーザーフラッシュ溶解法
高圧・高温融点測定用, レーザーフラッシュ方式を採用.
パルスレーザーがアルミニウムサンプルの表面を急速に加熱します, 溶解プロセスは光学センサーによって監視されます (例えば, 高温計, 干渉計).
この方法は極圧下での融点を測定できます (まで 10 GPa) 高い時間分解能を備えた, 航空宇宙および原子力用途にデータを提供する.
電気抵抗法
アルミニウムの電気抵抗は溶解中に大きく変化します (液体アルミニウムは電子伝導が妨げられるため、固体アルミニウムよりも抵抗が高くなります。).
加熱時のアルミニウム線の抵抗を測定することにより, 融点は、抵抗が急激に増加する温度として特定されます。.
この方法は、工業プロセス中の現場モニタリングに適しています。 (例えば, 溶接, 鋳造).
4. アルミニウムの融点が産業に与える影響
アルミニウムの適度な融点は、その広範な産業用途を推進する重要な要因です, 加工性と性能のバランスが取れているため:
鋳造プロセス
アルミニウムの融点 (660℃) 鉄金属よりも大幅に低い, エネルギー効率の高い鋳造を可能にする:
- ダイカスト: Al-Si共晶合金 (融解範囲 577～600℃) ダイカストで広く使用されています, 融解温度が低いため、金型の摩耗とエネルギー消費が軽減されます。, 複雑なコンポーネントの大量生産が可能 (例えば, 自動車エンジン部品, 電子ハウジング).
- 砂型鋳造: 純アルミニウムと低合金アルミニウムを砂型で鋳造します。, 通常、注湯温度は液相線温度より 50 ～ 100℃高い (700–750℃) 金型キャビティを完全に充填するため.
熱処理と溶接
- 熱処理: アルミニウムの融点により、熱処理プロセスの最高温度が制限されます.
例えば, 6xxx シリーズ合金の溶体化熱処理は、固相線温度よりもはるかに低い 530 ～ 570℃で行われます。 (580℃)—部分的な溶融を避けるため (燃焼) 合金の. - 溶接: アルミニウムの溶接には、熱歪みを最小限に抑えながら急速に融点に到達できる熱源が必要です。.
一般的な方法にはTIG溶接が含まれます (アーク温度 ~6000℃) およびMIG溶接, 溶接温度は660～700℃に制御され、過剰な結晶粒成長を起こさずに母材の溶融が保証されます。.
高温用途
アルミニウムの融点により、高温での使用に制限が課される: 純アルミニウムのみを保持します 50% 室温での強度は200℃で失われ、300℃を超えると著しく軟化します。.
高温適用範囲を拡大するには, 合金要素 (例えば, ニッケル, コバルト) 高融点金属間化合物を形成するために添加されます。, アルミニウム合金の使用温度を300～400℃まで延長 (例えば, 2618 航空宇宙エンジン部品用合金).
アルミニウムのリサイクル
アルミニウムは適度な融点を持っているため、リサイクル性が高くなります。.
リサイクルアルミニウムに必要なのは、 5% 一次アルミニウムの製造に必要なエネルギー, 溶解スクラップアルミニウムとして (660～700℃) ボーキサイトからアルミニウムを抽出するよりもはるかに少ないエネルギーを消費します.
このエネルギー効率は, アルミニウムの溶解特性によって引き起こされる, 世界で最もリサイクルされた金属の1つです.
6. 他の金属や合金との比較分析
| 金属 / 合金 | 融点 (℃) | 融点 (°F) | 融点 (K) | 重要なメモ |
| アルミニウム (アル, 純粋な) | 660.3 | 1220.6 | 933.5 | 低融点; 軽量の鋳造と成形に優れています. |
| 銅 (銅, 純粋な) | 1085 | 1985 | 1358 | 高い熱伝導率; Alよりも高い処理温度が必要です. |
| 鉄 (鉄, 純粋な) | 1538 | 2800 | 1811 | 融点が大幅に高い; 製鉄で広く使用されています. |
| 鋼鉄 (炭素鋼, ～0.2%C) | 1425–1540 | 2600–2800 | 1698–1813 | 融解範囲は組成によって異なります; アルミニウム合金よりも高い. |
| チタン (の, 純粋な) | 1668 | 3034 | 1941 | 高い強度重量比; 不応性の行動. |
マグネシウム (マグネシウム, 純粋な) |
650 | 1202 | 923 | アルより若干低い; 反応性が高く軽量. |
| 亜鉛 (亜鉛, 純粋な) | 419.5 | 787 | 692.7 | 低融点; ダイカストおよび亜鉛メッキに使用される. |
| ニッケル (で, 純粋な) | 1455 | 2651 | 1728 | 優れた耐食性; 航空宇宙用高融点合金. |
| 真鍮 (Cu -Zn, 60/40) | 900–940 | 1652–1724 | 1173–1213 | 純粋なCuよりも低い合金の溶融範囲; 鋳造に適した. |
| ブロンズ (Cu-Sn, 88/12) | 950–1050 | 1742–1922 | 1223–1323 | 銅よりわずかに低い; 鋳造性と耐食性の向上. |
6. 誤解とよくある落とし穴
融点と軟化温度を混同する
アルミニウムの軟化温度 (〜300℃) よく融点と間違えられる.
軟化とは、粒界の滑りや転位の移動による降伏強度の低下を指します。, 溶解には相転移が伴いますが、.
この混乱は不適切な熱処理につながる可能性があります, 機械的特性が低下する.
合金の溶融範囲の無視
純アルミニウムは融点が高い, ただし、アルミニウム合金には溶解範囲があります (液体から固体へ).
鋳造時にこの範囲を考慮しないと、収縮気孔などの欠陥が発生する可能性があります。 (固相線温度に近づきすぎると注がれる場合) または熱割れ (融解範囲を超えて急速に冷却しすぎると).
不純物の影響を見落とす
微量の不純物も (例えば, 0.1% 鉄) アルミニウムの融点を下げ、その融解範囲を広げることができます.
高精度アプリケーションでは (例えば, 航空宇宙部品), 一貫した溶解挙動と最終製品の品質を確保するには、不純物含有量の厳格な管理が不可欠です.
7. 結論
アルミニウムの融点 (660.32純アルミニウムの場合は℃) 原子構造と金属結合に根ざした基本的な特性です, その処理と応用の基礎となる.
純度を含む複数の要素, 合金要素, 外圧, および熱履歴 - 溶融挙動を変更する, 多様な産業ニーズに合わせたアルミニウム合金の設計を可能にします.
Al-Si合金の低温ダイカストから航空宇宙用の高強度7xxxシリーズ合金まで, アルミニウムの融点はプロセスパラメータを決定します, パフォーマンスの限界, リサイクル効率と.
業界が軽量化とエネルギー効率を追求する中、, アルミニウム独特の適度な融点バランス, 低密度, そしてリサイクル可能性は、世界の製造現場における主要な素材としての地位を今後も強固なものにしていくでしょう.
よくある質問
アルミニウムの融点温度は同じですか 6061 または 7075?
いいえ. 6061 そして 7075 純粋なAlとは異なる固相線/液相線範囲を持つ合金です. 溶融挙動は合金固有のデータを参照するか、熱分析によって測定する必要があります。.
ダイカストと比較して、どれくらいの過熱度を使用する必要がありますか. 砂型鋳物?
ダイおよび高圧プロセスでは、多くの場合、適度な過熱が必要となります。 (20–50°C) 急速充填のため; 砂鋳物や断面の厚い鋳物には、より効果的な過熱が必要になる場合があります (40–100°C) 完全に充填するために. 合金と金型に合わせて最適化.
アルミニウムの水素気孔率が悪化するのはなぜですか?
液体アルミニウムの水素溶解度は固体アルミニウムよりもはるかに高い. 事前に脱ガスして除去しない限り、凝固中に水素が拒否され、ガス細孔が形成されます。.
実際に圧力によってアルミニウムの融点は変化しますか?
圧力によって融点が変化する, しかし、標準的な大気鋳造工場の慣行では、その影響は無視できます。.
