Aluminium, als lichtgewicht, corrosiebestendig, en zeer kneedbaar non-ferrometaal, speelt een onvervangbare rol in de lucht- en ruimtevaart, Automotive productie, elektronica, en bouwnijverheid.
Het smeltpunt van aluminium – gedefinieerd als de temperatuur waarbij aluminium onder standaard atmosferische druk overgaat van een vaste naar een vloeibare toestand – is een fundamentele thermofysische eigenschap die de verwerking ervan regelt., legeringsontwerp, en industriële toepassing.
1. Fysische eigenschappen van puur aluminium: belangrijke smeltpuntgegevens
| Eigendom | Waarde (EN) | Waarde (Imperiaal) | Opmerkingen |
| Smeltpunt (evenwicht, 1 Geldautomaat) | 660.32 °C (933.47 K) | 1220.58 °F | Standaard referentietemperatuur voor puur (99.999%) Al. |
| Thermodynamische temperatuur | 933.47 K | - | Absoluut temperatuurequivalent. |
| Latente smeltwarmte | 397 kJ·kg⁻¹ | ≈ 170.68 BTU·lb⁻¹ | Energie die nodig is om te smelten 1 kg (of 1 pond) op smeltpunt. |
Specifieke warmte (stevig, ca., in de buurt van 25 °C) |
897 J · kg⁻¹ · k⁻¹ | ≈ 0.2143 BTU·lb⁻¹·°F⁻¹ | Gebruik temperatuurafhankelijke cp voor nauwkeurige warmteberekeningen. |
| Dikte (stevig, ~20 °C) | 2,700 kg·m⁻³ | ≈ 168.6 lb·ft⁻³ | De vloeistofdichtheid is iets lager en temperatuurafhankelijk. |
| Kookpunt (sfeervol) | ≈ 2,470 °C | ≈ 4,478 °F | Nuttige bovengrens voor verwerking bij hoge temperaturen. |
2. Sleutelfactoren die het smeltpunt van aluminium beïnvloeden
Hoewel puur aluminium smelt bij 660.32 °C, veel praktische factoren veranderen het effectieve smelt-/stollingsgedrag:
Legeringschemie - solidus en liquidus
Aluminiumlegeringen doen dat wel niet één enkel smeltpunt hebben. Ze hebben een vloeistof (temperatuur waarboven volledig vloeibaar) en een Solidus (temperatuur waaronder volledig vast).
De aanwezigheid van legeringselementen (En, mgr, Cu, Zn, Fe, enz.) verlegt deze grenzen en produceert vaak een smelttraject (papperige zone) met belangrijke castinggevolgen.
- Eutectiek: sommige legeringssystemen hebben eutectische samenstellingen die smelten bij temperaturen onderstaand die van zuiver Al (voorbeeld: Al – Si eutectisch bij ≈ 577 °C voor ~12,6 gew.% Si).
- Praktisch effect: legeringen met een breed bevriezingsbereik zijn gevoeliger voor heet scheuren, krimpporositeit en segregatie.
Onzuiverheden en zwerfelementen
Spoor besmetting op (bijv., PB, Bi, Cu uit gemengd schroot) kan laagsmeltende fasen of broze intermetallische verbindingen creëren, lokale smeltafwijkingen veroorzaken en stollingspaden veranderen; dit is van cruciaal belang bij recyclingactiviteiten.
Druk
De smelttemperatuur is drukafhankelijk (Clapeyron-relatie); industrieel is dit effect verwaarloosbaar aangezien het smelten plaatsvindt bij atmosferische druk.
Graanverfijners en inoculanten
Chemische graanraffinaderijen veranderen het smeltpunt op zich niet, maar ze beïnvloeden het kiemvormingsgedrag tijdens het stollen (onderkoeling, aantal kernen), waardoor de praktische stollingsroute en microstructuur worden gewijzigd.
Oppervlakteverschijnselen en oxidefilms
Aluminium vormt een stabiele aluminiumoxidefilm (Al₂O₃) aan de oppervlakte. Terwijl het oxide de bulksmelttemperatuur niet verandert, het beïnvloedt de warmteoverdracht aan het oppervlak, schuimgedrag en het thermische arrestatiegedrag gedetecteerd door contact-/pyrometrische methoden.
3. Smeltbereiken van gangbare aluminiumlegeringen
Hieronder staan er twee beknopt, professionele tafels laten zien typisch smelten (Vast → vloeistof) reeksen voor gemeenschappelijk smeed (smeden) aluminium legeringen En aluminiumlegeringen gieten.
Belangrijk: deze cijfers zijn indicatieve typische bereiken die worden gebruikt voor procesplanning en materiaalselectie.
Gemeenschappelijk Gesmeed / Aluminiumlegeringen smeden - Typisch smeltbereik
| Legeringsgraad | Smeltbereik (°C) | Smeltbereik (°F) | Smeltbereik (K) | Technische opmerkingen |
| 1050 / 1100 (Commercieel zuiver Al) | ~660,3 – 660.3 | ~1220,6 – 1220.6 | ~933,5 – 933.5 | Bijna éénpuntssmeltbaar vanwege zeer hoge zuiverheid. |
| 2024 (Al-Cu) | ~500 – 638 | ~932 – 1180 | ~773 – 911 | Groot vriesbereik; gevoelig voor beginnend smelten. |
| 2014 (Al-Cu) | ~500 – 638 | ~932 – 1180 | ~773 – 911 | Vergelijkbaar met 2024; een hoger Cu-gehalte beïnvloedt de warme verwerkbaarheid. |
| 5083 (Al–Mg) | ~570 – 640 | ~1058 – 1184 | ~843 – 913 | Verhoogd smeltbereik door Mg; uitstekende corrosieweerstand. |
| 5454 (Al–Mg) | ~595 – 645 | ~1103 – 1193 | ~868 – 918 | Vaak gebruikt in drukvaten en tanks. |
6061 (Al-Mg-Si) |
~555 – 650 | ~1031 – 1202 | ~828 – 923 | Veelgebruikte structurele legering; smeltbereik van cruciaal belang voor warmtebehandeling. |
| 6082 (Al-Mg-Si) | ~555 – 650 | ~1031 – 1202 | ~828 – 923 | Versie met hogere sterkte van de 6xxx-serie. |
| 7075 (Al–Zn–Mg–Cu) | ~477 – 635 | ~891 – 1175 | ~750 – 908 | Zeer breed smeltbereik; gevoelig voor plaatselijk smelten. |
| 3003 (Al-Mn) | ~640 – 660 | ~1184 – 1220 | ~913 – 933 | Smeltgedrag benadert zuiver aluminium. |
Gangbare gietaluminiumlegeringen - Typisch smeltbereik
| Legeringsgraad | Smeltbereik (°C) | Smeltbereik (°F) | Smeltbereik (K) | Technische opmerkingen |
| Al-Si eutectisch (~12,6% Ja) | ~577 – 577 | ~1070,6 – 1070.6 | ~850,1 – 850.1 | Eutectische samenstelling met een scherp smeltpunt. |
| A356 / AlSi7Mg | ~558 – 613 | ~1036 – 1135 | ~831 – 886 | Uitstekende gietbaarheid en hittebehandelbaar. |
| A357 (gemodificeerde A356) | ~555 – 605 | ~1031 – 1121 | ~828 – 878 | Verbeterde sterkte en weerstand tegen vermoeidheid. |
| A380 (Al-Si-Cu) | ~515 – 585 | ~959 – 1085 | ~788 – 858 | Standaard spuitgietlegering met lage liquidustemperatuur. |
319 (Al-Si-Cu) |
~525 – 605 | ~977 – 1121 | ~798 – 878 | Goede balans tussen gietbaarheid en mechanische sterkte. |
| ADC12 (JIS-spuitgietlegering) | ~500 – 580 | ~932 – 1076 | ~773 – 853 | Veel gebruikte spuitgietlegering; Onzuiverheidscontrole is van cruciaal belang. |
| Alsi9cu3(Fe) | ~510 – 600 | ~950 – 1112 | ~783 – 873 | Veelzijdige gietlegering voor complexe geometrieën. |
| A413 (legering met hoog siliciumgehalte) | ~560 – 620 | ~1040 – 1148 | ~833 – 893 | Geschikt voor hoge temperatuur- en drukdichte gietstukken. |
3. Nauwkeurige meetmethoden voor het smeltpunt van aluminium
Nauwkeurige meting van het smeltpunt van aluminium is van cruciaal belang voor materiaalkarakterisering en procesoptimalisatie.
Veel voorkomende methoden omvatten:
Differentiële scanningcalorimetrie (DSC)
DSC is de meest gebruikte methode voor het meten van smeltpunten van metalen vanwege de hoge precisie en gevoeligheid.
Het principe omvat het verwarmen van een klein aluminiummonster (5–10 mg) en een referentiemateriaal (inert, bijv., aluminiumoxide) in een constant tempo (5–10℃/min) terwijl het verschil in warmtestroom daartussen wordt bewaakt.
Het smeltpunt wordt bepaald als de begintemperatuur van de endotherme piek (corresponderend met het fusieproces).
DSC kan smeltpunten meten met een nauwkeurigheid van ±0,1℃, waardoor het geschikt is voor analyse van aluminium en legeringen met een hoge zuiverheidsgraad.
Visuele observatiemethode (Capillaire buismethode)
Deze traditionele methode omvat het afdichten van een kleine hoeveelheid aluminiumpoeder in een capillair buisje, dat naast een thermometer in een verwarmingsbad wordt verwarmd (bijv., siliconen olie).
Het smeltpunt wordt geregistreerd wanneer het aluminiumpoeder volledig in een vloeistof smelt. Terwijl het eenvoudig en goedkoop is, deze methode heeft een lagere nauwkeurigheid (±1–2℃) en wordt voornamelijk gebruikt voor kwalitatieve analyse of toepassingen met lage precisie.
Laserflits-smeltmethode
Voor smeltpuntmetingen onder hoge druk en hoge temperatuur, Er wordt gebruik gemaakt van de laserflitsmethode.
Een gepulseerde laser verwarmt snel het oppervlak van een aluminium monster, en het smeltproces wordt bewaakt door optische sensoren (bijv., pyrometers, interferometers).
Met deze methode kunnen smeltpunten onder extreme druk worden gemeten (tot 10 GPa) met een hoge temporele resolutie, het verstrekken van gegevens voor ruimtevaart- en nucleaire toepassingen.
Elektrische weerstandsmethode
De elektrische weerstand van aluminium verandert aanzienlijk tijdens het smelten (vloeibaar aluminium heeft een hogere weerstand dan massief aluminium vanwege verstoorde elektronengeleiding).
Door de weerstand van een aluminiumdraad te meten terwijl deze wordt verwarmd, het smeltpunt wordt geïdentificeerd als de temperatuur waarbij de weerstand een plotselinge toename vertoont.
Deze methode is geschikt voor in-situ monitoring tijdens industriële processen (bijv., lassen, gieten).
4. Industriële implicaties van het smeltpunt van aluminium
Het gematigde smeltpunt van aluminium is een sleutelfactor voor de wijdverbreide industriële toepassing ervan, omdat het de verwerkbaarheid en prestaties in evenwicht brengt:
Gietprocessen
Het smeltpunt van aluminium (660℃) is aanzienlijk lager dan die van ferrometalen, waardoor energiezuinig gieten mogelijk wordt:
- Spuitgieten: Al-Si eutectische legeringen (smeltbereik 577–600℃) worden veel gebruikt bij het spuitgieten, omdat hun lage smelttemperatuur de slijtage van de matrijzen en het energieverbruik vermindert, waardoor grootschalige productie van complexe componenten mogelijk is (bijv., Automotive motoronderdelen, elektronische behuizingen).
- Zandgieten: Zuiver aluminium en laaggelegeerd aluminium worden in zandmallen gegoten, met giettemperaturen die doorgaans 50–100 ℃ boven de liquidustemperatuur liggen (700–750℃) om een volledige vulling van de vormholte te garanderen.
Warmtebehandeling en lassen
- Warmtebehandeling: Het smeltpunt van aluminium beperkt de maximale temperatuur van warmtebehandelingsprocessen.
Bijvoorbeeld, oplossingswarmtebehandeling van legeringen uit de 6xxx-serie wordt uitgevoerd bij 530–570 ℃ - ruim onder de solidustemperatuur (580℃)—om gedeeltelijk smelten te voorkomen (branden) van de legering. - Lassen: Voor het lassen van aluminium zijn warmtebronnen nodig die snel het smeltpunt kunnen bereiken en tegelijkertijd de thermische vervorming minimaliseren.
Veel voorkomende methoden zijn onder meer TIG-lassen (boogtemperatuur ~6000℃) en MIG-lassen, met lastemperaturen gecontroleerd op 660–700℃ om de versmelting van het basismetaal te garanderen zonder overmatige korrelgroei.
Toepassingen bij hoge temperaturen
Het smeltpunt van aluminium legt beperkingen op aan het gebruik bij hoge temperaturen: puur aluminium houdt alleen vast 50% van zijn sterkte bij kamertemperatuur bij 200℃ en wordt aanzienlijk zachter boven 300℃.
Om de toepasbaarheid bij hoge temperaturen uit te breiden, legeringselementen (bijv., nikkel, kobalt) worden toegevoegd om hoogsmeltende intermetaalverbindingen te vormen, verlenging van de bedrijfstemperatuur van aluminiumlegeringen tot 300–400 ℃ (bijv., 2618 legering voor onderdelen van lucht- en ruimtevaartmotoren).
Recycling van aluminium
Het gematigde smeltpunt van aluminium maakt het zeer recyclebaar.
Gerecycled aluminium vereist alleen 5% van de energie die nodig is om primair aluminium te produceren, als smeltend aluminiumschroot (bij 660–700℃) kost veel minder energie dan het winnen van aluminium uit bauxiet.
Deze energie-efficiëntie, gedreven door de smelteigenschappen van aluminium, maakt het een van de meest gerecycleerde metalen ter wereld.
6. Vergelijkende analyse met andere metalen en legeringen
| Metaal / Legering | Smeltpunt (°C) | Smeltpunt (°F) | Smeltpunt (K) | Belangrijkste opmerkingen |
| Aluminium (Al, zuiver) | 660.3 | 1220.6 | 933.5 | Laag smeltpunt; uitstekend geschikt voor lichtgewicht gieten en vormen. |
| Koper (Cu, zuiver) | 1085 | 1985 | 1358 | Hoge thermische geleidbaarheid; vereist hogere verwerkingstemperaturen dan Al. |
| Ijzer (Fe, zuiver) | 1538 | 2800 | 1811 | Aanzienlijk hoger smeltpunt; veel gebruikt bij de staalproductie. |
| Staal (Koolstofstaal, ~0,2%C) | 1425–1540 | 2600–2800 | 1698–1813 | Het smeltbereik is afhankelijk van de samenstelling; hoger dan aluminiumlegeringen. |
| Titanium (Van, zuiver) | 1668 | 3034 | 1941 | Hoge sterkte-gewichtsverhouding; vuurvast gedrag. |
Magnesium (mgr, zuiver) |
650 | 1202 | 923 | Iets lager dan Al; zeer reactief en lichtgewicht. |
| Zink (Zn, zuiver) | 419.5 | 787 | 692.7 | Laag smeltpunt; gebruikt voor spuitgieten en galvaniseren. |
| Nikkel (In, zuiver) | 1455 | 2651 | 1728 | Uitstekende corrosiebestendigheid; legeringen met een hoog smeltpunt voor de lucht- en ruimtevaart. |
| Messing (Cu -zn, 60/40) | 900–940 | 1652–1724 | 1173–1213 | Gelegeerd smeltbereik lager dan zuiver Cu; geschikt voor gieten. |
| Bronzen (Cu-Sn, 88/12) | 950–1050 | 1742–1922 | 1223–1323 | Iets lager dan koper; verbeterde gietbaarheid en corrosieweerstand. |
6. Misvattingen en veelvoorkomende valkuilen
Smeltpunt verwarren met verwekingstemperatuur
De verwekingstemperatuur van aluminium (≈300℃) wordt vaak verward met het smeltpunt.
Verzachting verwijst naar de vermindering van de vloeigrens als gevolg van het verschuiven van de korrelgrenzen en dislocatiebewegingen, terwijl smelten een faseovergang met zich meebrengt.
Deze verwarring kan leiden tot een onjuiste warmtebehandeling, resulterend in verminderde mechanische eigenschappen.
Het negeren van het smeltbereik van legeringen
Zuiver aluminium heeft een scherp smeltpunt, maar aluminiumlegeringen vertonen een smelttraject (vloeibaar naar vast).
Als u tijdens het gieten geen rekening houdt met dit bereik, kunnen er defecten ontstaan, zoals krimpporositeit (als het te dicht bij de solidustemperatuur wordt gegoten) of heet kraken (indien te snel afgekoeld over het smelttraject).
Onzuiverheidseffecten over het hoofd zien
Zelfs sporen van onzuiverheden (bijv., 0.1% ijzer) kan het smeltpunt van aluminium verlagen en het smeltbereik vergroten.
Bij toepassingen met hoge precisie (bijv., onderdelen uit de lucht- en ruimtevaart), strikte controle op het gehalte aan onzuiverheden is essentieel om consistent smeltgedrag en de kwaliteit van het eindproduct te garanderen.
7. Conclusie
Het smeltpunt van aluminium (660.32℃ voor puur aluminium) is een fundamentele eigenschap die geworteld is in de atomaire structuur en metaalbinding, dient als hoeksteen voor de verwerking en toepassing ervan.
Meerdere factoren, waaronder zuiverheid, legeringselementen, externe druk, en thermische geschiedenis – wijzig het smeltgedrag ervan, waardoor het ontwerp van aluminiumlegeringen mogelijk wordt gemaakt die zijn afgestemd op diverse industriële behoeften.
Van spuitgieten bij lage temperatuur van Al-Si-legeringen tot zeer sterke legeringen uit de 7xxx-serie voor de lucht- en ruimtevaart, het smeltpunt van aluminium dicteert procesparameters, prestatielimieten, en recyclingefficiëntie.
Terwijl industrieën streven naar lichtgewicht en energie-efficiëntie, aluminium's unieke balans van gematigd smeltpunt, lage dichtheid, en recycleerbaarheid zal zijn positie als belangrijk materiaal in het mondiale productielandschap blijven verstevigen.
Veelgestelde vragen
Is de smeltpunttemperatuur van aluminium hetzelfde? 6061 of 7075?
Nee. 6061 En 7075 zijn legeringen met solidus/liquidus-bereiken die verschillen van puur Al. Hun smeltgedrag moet worden gerelateerd aan legeringsspecifieke gegevens of worden gemeten door middel van thermische analyse.
Hoeveel oververhitting moet ik gebruiken voor spuitgieten vs. zand gieten?
Matrijs- en hogedrukprocessen vereisen vaak matige oververhitting (20–50 ° C) vanwege snelle vulling; zand en gietstukken met een dikkere doorsnede kunnen een hogere effectieve oververhitting vereisen (40–100 ° C) om volledige vulling te garanderen. Optimaliseer voor de legering en de mal.
Waarom is de waterstofporositeit slechter in aluminium??
De waterstofoplosbaarheid in vloeibaar aluminium is veel hoger dan in vaste stof. Tijdens het stollen wordt waterstof uitgestoten en vormt het gasporiën, tenzij het vooraf door ontgassing wordt verwijderd.
Verandert druk in de praktijk het smeltpunt van aluminium??
Het smeltpunt verschuift met de druk, maar voor de standaard atmosferische gieterijpraktijk is het effect verwaarloosbaar.
