Alumínio, como um peso leve, resistente à corrosão, e metal não ferroso altamente maleável, desempenha um papel insubstituível na indústria aeroespacial, Fabricação automotiva, eletrônica, e indústrias de construção.
O ponto de fusão do alumínio - definido como a temperatura na qual o alumínio transita do estado sólido para o líquido sob pressão atmosférica padrão - é uma propriedade termofísica fundamental que rege o seu processamento., design de liga, e aplicação industrial.
1. Propriedades físicas do alumínio puro — dados importantes sobre o ponto de fusão
| Propriedade | Valor (E) | Valor (Imperial) | Notas |
| Ponto de fusão (equilíbrio, 1 atm) | 660.32 °C (933.47 K) | 1220.58 °F | Temperatura de referência padrão para puro (99.999%) Al. |
| Temperatura termodinâmica | 933.47 K | - | Equivalente de temperatura absoluta. |
| Calor latente de fusão | 397 kJ·kg⁻¹ | ≈ 170.68 BTU·lb⁻¹ | Energia necessária para derreter 1 kg (ou 1 Libra) no ponto de fusão. |
Calor específico (sólido, aprox., aproximar 25 °C) |
897 J · kg⁻¹ · k⁻¹ | ≈ 0.2143 BTU·lb⁻¹·°F⁻¹ | Use cp dependente da temperatura para cálculos precisos de calor. |
| Densidade (sólido, ~20°C) | 2,700 kg·m⁻³ | ≈ 168.6 lb·ft⁻³ | A densidade do líquido é ligeiramente menor e depende da temperatura. |
| Ponto de ebulição (atmosférico) | ≈ 2,470 °C | ≈ 4,478 °F | Limite superior útil para processamento em alta temperatura. |
2. Principais fatores que influenciam o ponto de fusão do alumínio
Embora o alumínio puro derreta a 660.32 °C, muitos fatores práticos alteram o comportamento efetivo de fusão/solidificação:
Química da liga – solidus e liquidus
As ligas de alumínio fazem não tem um único ponto de fusão. Eles têm um líquido (temperatura acima da qual totalmente líquido) e um Solidus (temperatura abaixo da qual totalmente sólido).
A presença de elementos de liga (E, mg, Cu, Zn, Fé, etc.) muda esses limites e muitas vezes produz uma faixa de fusão (zona mole) com importantes consequências de elenco.
- Eutética: alguns sistemas de liga possuem composições eutéticas que fundem em temperaturas abaixo o do Al puro (exemplo: Al – Si eutético em ≈ 577 °C para ~12,6% em peso de Si).
- Efeito prático: ligas com ampla faixa de congelamento são mais propensas a rasgos a quente, contração, porosidade e segregação.
Impurezas e elementos residuais
Traços de contaminação (por exemplo, PB, Bi, Cu de sucata mista) pode criar fases de baixo ponto de fusão ou intermetálicos frágeis, causar anomalias de fusão locais e alterar os caminhos de solidificação; isso é fundamental nas operações de reciclagem.
Pressão
A temperatura de fusão depende da pressão (Relação Clapeyron); industrialmente, este efeito é insignificante, uma vez que a fusão é realizada à pressão atmosférica.
Refinadores de grãos e inoculantes
Os refinadores químicos de grãos não alteram o ponto de fusão por si só, mas eles influenciam o comportamento da nucleação durante a solidificação (subresfriamento, número de núcleos), alterando assim o caminho prático de solidificação e a microestrutura.
Fenômenos de superfície e filmes de óxido
O alumínio forma um filme de alumina estável (Al₂o₃) na superfície. Embora o óxido não altere a temperatura de fusão a granel, afeta a transferência de calor na superfície, comportamento de escória e comportamento de parada térmica detectado por métodos de contato/pirométricos.
3. Faixas de fusão de ligas de alumínio comuns
Abaixo estão dois concisos, mesas profissionais mostrando fusão típica (Sólido → líquido) intervalos para comum forjado (forjamento) ligas de alumínio e fundição de ligas de alumínio.
Importante: esses números são faixas típicas indicativas usadas para planejamento de processos e seleção de materiais.
Comum Forjado / Forjamento de ligas de alumínio – Faixa de fusão típica
| Grau de liga | Faixa de fusão (°C) | Faixa de fusão (°F) | Faixa de fusão (K) | Notas Técnicas |
| 1050 / 1100 (Al comercialmente puro) | ~660,3 – 660.3 | ~1220,6 – 1220.6 | ~933,5 – 933.5 | Fusão próxima de ponto único devido à pureza muito alta. |
| 2024 (Al-Cu) | ~500 – 638 | ~932 – 1180 | ~773 – 911 | Ampla faixa de congelamento; sensível à fusão incipiente. |
| 2014 (Al-Cu) | ~500 – 638 | ~932 – 1180 | ~773 – 911 | Semelhante a 2024; maior teor de Cu afeta a trabalhabilidade a quente. |
| 5083 (Al–Mg) | ~570 – 640 | ~1058 – 1184 | ~843 – 913 | Faixa de fusão elevada devido ao Mg; excelente resistência à corrosão. |
| 5454 (Al–Mg) | ~595 – 645 | ~1103 – 1193 | ~868 – 918 | Frequentemente usado em vasos de pressão e tanques. |
6061 (Al–Mg–Si) |
~555 – 650 | ~1031 – 1202 | ~828 – 923 | Liga estrutural amplamente utilizada; faixa de fusão crítica para tratamento térmico. |
| 6082 (Al–Mg–Si) | ~555 – 650 | ~1031 – 1202 | ~828 – 923 | Versão de maior resistência da série 6xxx. |
| 7075 (Al–Zn–Mg–Cu) | ~477 – 635 | ~891 – 1175 | ~750 – 908 | Faixa de fusão muito ampla; propenso a fusão localizada. |
| 3003 (Al–Mn) | ~640 – 660 | ~1184 – 1220 | ~913 – 933 | Comportamento de fusão próximo ao alumínio puro. |
Ligas de alumínio fundido comuns – faixa de fusão típica
| Grau de liga | Faixa de fusão (°C) | Faixa de fusão (°F) | Faixa de fusão (K) | Notas Técnicas |
| Al-Si eutético (~12,6% Sim) | ~577 – 577 | ~1070,6 – 1070.6 | ~850,1 – 850.1 | Composição eutética com ponto de fusão acentuado. |
| A356 / AlSi7Mg | ~558 – 613 | ~1036 – 1135 | ~831 – 886 | Excelente moldabilidade e tratável termicamente. |
| A357 (A356 modificado) | ~555 – 605 | ~1031 – 1121 | ~828 – 878 | Maior força e resistência à fadiga. |
| A380 (Al-Si-Cu) | ~515 – 585 | ~959 – 1085 | ~788 – 858 | Liga de fundição sob pressão padrão com baixa temperatura liquidus. |
319 (Al-Si-Cu) |
~525 – 605 | ~977 – 1121 | ~798 – 878 | Bom equilíbrio entre fundibilidade e resistência mecânica. |
| ADC12 (Liga de fundição sob pressão JIS) | ~500 – 580 | ~932 – 1076 | ~773 – 853 | Liga de fundição amplamente utilizada; o controle de impurezas é crítico. |
| ALSI9CU3(Fé) | ~510 – 600 | ~950 – 1112 | ~783 – 873 | Liga de fundição versátil para geometrias complexas. |
| A413 (liga de alto silício) | ~560 – 620 | ~1040 – 1148 | ~833 – 893 | Adequado para fundições estanques a alta temperatura e pressão. |
3. Métodos precisos de medição do ponto de fusão do alumínio
A medição precisa do ponto de fusão do alumínio é crítica para a caracterização do material e otimização do processo.
Métodos comuns incluem:
Calorimetria de Varredura Diferencial (DSC)
DSC é o método mais utilizado para medir pontos de fusão de metais devido à sua alta precisão e sensibilidade.
O princípio envolve aquecer uma pequena amostra de alumínio (5–10mg) e um material de referência (inerte, por exemplo, alumina) a uma taxa constante (5–10℃/min) enquanto monitora a diferença de fluxo de calor entre eles.
O ponto de fusão é determinado como a temperatura de início do pico endotérmico (correspondente ao processo de fusão).
DSC pode medir pontos de fusão com uma precisão de ±0,1℃, tornando-o adequado para análise de alumínio e ligas de alta pureza.
Método de observação visual (Método do tubo capilar)
Este método tradicional envolve selar uma pequena quantidade de pó de alumínio em um tubo capilar, que é aquecido junto com um termômetro em um banho de aquecimento (por exemplo, óleo de silicone).
O ponto de fusão é registrado quando o pó de alumínio derrete completamente em um líquido. Embora simples e de baixo custo, este método tem menor precisão (±1–2℃) e é usado principalmente para análise qualitativa ou aplicações de baixa precisão.
Método de fusão por flash a laser
Para medições de ponto de fusão em alta pressão e alta temperatura, o método de flash a laser é empregado.
Um laser pulsado aquece rapidamente a superfície de uma amostra de alumínio, e o processo de fusão é monitorado por sensores ópticos (por exemplo, pirômetros, interferômetros).
Este método pode medir pontos de fusão sob pressões extremas (até 10 GPa) com alta resolução temporal, fornecendo dados para aplicações aeroespaciais e nucleares.
Método de resistência elétrica
A resistência elétrica do alumínio muda significativamente durante a fusão (o alumínio líquido tem maior resistência do que o alumínio sólido devido à interrupção da condução de elétrons).
Medindo a resistência de um fio de alumínio à medida que é aquecido, o ponto de fusão é identificado como a temperatura onde a resistência apresenta um aumento repentino.
Este método é adequado para monitoramento in-situ durante processos industriais (por exemplo, soldagem, fundição).
4. Implicações industriais do ponto de fusão do alumínio
O ponto de fusão moderado do alumínio é um fator chave que impulsiona a sua ampla aplicação industrial, pois equilibra processabilidade e desempenho:
Processos de fundição
O ponto de fusão do alumínio (660℃) é significativamente inferior ao dos metais ferrosos, permitindo fundição com eficiência energética:
- Fundição sob pressão: Ligas eutéticas Al-Si (faixa de fusão 577–600°C) são amplamente utilizados em fundição sob pressão, pois sua baixa temperatura de fusão reduz o desgaste da matriz e o consumo de energia, permitindo a produção em alto volume de componentes complexos (por exemplo, Peças automotivas do motor, caixas eletrônicas).
- Fundição em Areia: Alumínio puro e alumínio de baixa liga são fundidos em moldes de areia, com temperaturas de vazamento normalmente 50–100°C acima da temperatura liquidus (700–750°C) para garantir o preenchimento completo da cavidade do molde.
Tratamento Térmico e Soldagem
- Tratamento térmico: O ponto de fusão do alumínio limita a temperatura máxima dos processos de tratamento térmico.
Por exemplo, o tratamento térmico em solução de ligas da série 6xxx é conduzido a 530–570°C – bem abaixo da temperatura solidus (580℃)—para evitar fusão parcial (queimando) da liga. - Soldagem: A soldagem de alumínio requer fontes de calor que possam atingir rapidamente o ponto de fusão, minimizando a distorção térmica.
Os métodos comuns incluem soldagem TIG (temperatura do arco ~6000℃) e soldagem MIG, com temperaturas de soldagem controladas entre 660–700°C para garantir a fusão do metal base sem crescimento excessivo de grãos.
Aplicações de alta temperatura
O ponto de fusão do alumínio impõe limitações ao seu uso em altas temperaturas: o alumínio puro retém apenas 50% de sua resistência à temperatura ambiente em 200 ℃ e suaviza significativamente acima de 300 ℃.
Para expandir sua aplicabilidade em altas temperaturas, elementos de liga (por exemplo, níquel, cobalto) são adicionados para formar compostos intermetálicos de alto ponto de fusão, estendendo a temperatura de serviço das ligas de alumínio para 300–400°C (por exemplo, 2618 liga para componentes de motores aeroespaciais).
Reciclagem de Alumínio
O ponto de fusão moderado do alumínio o torna altamente reciclável.
O alumínio reciclado requer apenas 5% da energia necessária para produzir alumínio primário, como derretimento de sucata de alumínio (a 660–700℃) consome muito menos energia do que extrair alumínio da bauxita.
Esta eficiência energética, impulsionado pelas características de fusão do alumínio, torna-o um dos metais mais reciclados do mundo.
6. Análise Comparativa com Outros Metais e Ligas
| Metal / Liga | Ponto de fusão (°C) | Ponto de fusão (°F) | Ponto de fusão (K) | Notas principais |
| Alumínio (Al, puro) | 660.3 | 1220.6 | 933.5 | Baixo ponto de fusão; excelente para fundição e conformação leve. |
| Cobre (Cu, puro) | 1085 | 1985 | 1358 | Alta condutividade térmica; requer temperaturas de processamento mais altas do que Al. |
| Ferro (Fé, puro) | 1538 | 2800 | 1811 | Ponto de fusão significativamente mais alto; amplamente utilizado na siderurgia. |
| Aço (Aço carbono, ~0,2%C) | 1425–1540 | 2600–2800 | 1698–1813 | A faixa de fusão depende da composição; superior às ligas de alumínio. |
| Titânio (De, puro) | 1668 | 3034 | 1941 | Alta relação resistência-peso; comportamento refratário. |
Magnésio (mg, puro) |
650 | 1202 | 923 | Um pouco menor que Al; altamente reativo e leve. |
| Zinco (Zn, puro) | 419.5 | 787 | 692.7 | Baixo ponto de fusão; usado para fundição e galvanização. |
| Níquel (Em, puro) | 1455 | 2651 | 1728 | Excelente resistência à corrosão; ligas de alto ponto de fusão para indústria aeroespacial. |
| Latão (Cu -zn, 60/40) | 900–940 | 1652–1724 | 1173–1213 | Faixa de fusão da liga inferior à do Cu puro; adequado para fundição. |
| Bronze (Cu-Sn, 88/12) | 950–1050 | 1742–1922 | 1223–1323 | Um pouco menor que o cobre; melhor moldabilidade e resistência à corrosão. |
6. Equívocos e armadilhas comuns
Confundindo ponto de fusão com temperatura de amolecimento
A temperatura de amolecimento do alumínio (≈300℃) é muitas vezes confundido com o seu ponto de fusão.
O amolecimento refere-se à redução no limite de escoamento devido ao deslizamento dos limites dos grãos e ao movimento de discordâncias., enquanto a fusão envolve uma transição de fase.
Essa confusão pode levar a um tratamento térmico inadequado, resultando em propriedades mecânicas reduzidas.
Ignorando a faixa de fusão em ligas
O alumínio puro tem um ponto de fusão acentuado, mas as ligas de alumínio apresentam uma faixa de fusão (líquido para sólido).
Não levar em conta esta faixa durante a fundição pode causar defeitos como porosidade de contração (se derramado muito perto da temperatura solidus) ou rachaduras quentes (se resfriado muito rapidamente na faixa de fusão).
Ignorando os efeitos das impurezas
Até vestígios de impurezas (por exemplo, 0.1% ferro) pode diminuir o ponto de fusão do alumínio e aumentar sua faixa de fusão.
Em aplicações de alta precisão (por exemplo, componentes aeroespaciais), o controle rigoroso do teor de impurezas é essencial para garantir um comportamento de fusão consistente e a qualidade do produto final.
7. Conclusão
O ponto de fusão do alumínio (660.32℃ para alumínio puro) é uma propriedade fundamental enraizada em sua estrutura atômica e ligação metálica, servindo como pedra angular para seu processamento e aplicação.
Vários fatores – incluindo pureza, elementos de liga, pressão externa, e história térmica - modifica seu comportamento de fusão, permitindo o projeto de ligas de alumínio adaptadas a diversas necessidades industriais.
Desde fundição em baixa temperatura de ligas de Al-Si até ligas de alta resistência da série 7xxx para o setor aeroespacial, o ponto de fusão do alumínio determina os parâmetros do processo, limites de desempenho, e eficiência de reciclagem.
À medida que as indústrias buscam redução de peso e eficiência energética, equilíbrio único do alumínio com ponto de fusão moderado, baixa densidade, e a reciclabilidade continuará a solidificar a sua posição como um material chave no cenário industrial global.
Perguntas frequentes
A temperatura do ponto de fusão do alumínio é a mesma para 6061 ou 7075?
Não. 6061 e 7075 são ligas com faixas solidus/liquidus que diferem do Al puro. Seu comportamento de fusão deve ser referenciado a dados específicos da liga ou medido por análise térmica.
Quanto superaquecimento devo usar para fundição sob pressão vs.. fundição em areia?
Os processos de matriz e de alta pressão geralmente requerem superaquecimento moderado (20–50 ° C.) por causa do enchimento rápido; peças fundidas em areia e seções mais espessas podem exigir maior superaquecimento efetivo (40–100 ° C.) para garantir o preenchimento completo. Otimize para a liga e o molde.
Por que a porosidade do hidrogênio é pior no alumínio?
A solubilidade do hidrogênio no alumínio líquido é muito maior do que no sólido. Durante a solidificação, o hidrogênio é rejeitado e forma poros de gás, a menos que seja removido previamente por desgaseificação..
A pressão altera o ponto de fusão do alumínio na prática?
O ponto de fusão muda com a pressão, mas para a prática padrão de fundição atmosférica o efeito é insignificante.
