Алюминий, как легкий, устойчивый к коррозии, и высококовкий цветной металл, играет незаменимую роль в аэрокосмической отрасли., Автомобильное производство, электроника, и строительной отрасли.
Температура плавления алюминия, определяемая как температура, при которой алюминий переходит из твердого состояния в жидкое при стандартном атмосферном давлении, является фундаментальным теплофизическим свойством, определяющим его обработку., сплав дизайн, и промышленное применение.
1. Физические свойства чистого алюминия — ключевые данные о температуре плавления
| Свойство | Ценить (И) | Ценить (Имперский) | Примечания |
| Температура плавления (равновесие, 1 банкомат) | 660.32 °С (933.47 К) | 1220.58 °Ф | Стандартная эталонная температура для чистого (99.999%) Ал. |
| Термодинамическая температура | 933.47 К | - | Абсолютный температурный эквивалент. |
| Скрытая теплота плавления | 397 кДж·кг⁻¹ | ≈ 170.68 БТЕ·фунт⁻¹ | Энергия, необходимая для плавления 1 кг (или 1 фунт) при температуре плавления. |
Удельная теплоемкость (твердый, примерно, около 25 °С) |
897 J · kg⁻ · k⁻ | ≈ 0.2143 БТЕ·фунт⁻¹·°F⁻¹ | Используйте температурно-зависимый cp для точных расчетов тепла.. |
| Плотность (твердый, ~20 °С) | 2,700 кг·м⁻³ | ≈ 168.6 фунт·фут⁻³ | Плотность жидкости немного ниже и зависит от температуры.. |
| Точка кипения (атмосферный) | ≈ 2,470 °С | ≈ 4,478 °Ф | Полезная верхняя граница для высокотемпературной обработки. |
2. Ключевые факторы, влияющие на температуру плавления алюминия
Хотя чистый алюминий плавится при 660.32 °С, многие практические факторы изменяют эффективное поведение плавления/затвердевания:
Химия сплавов — солидус и ликвидус
Алюминиевые сплавы делают нет иметь одну точку плавления. У них есть жидкость (температура, выше которой полностью жидкая) и солидус (температура, ниже которой полностью затвердевает).
Присутствие легирующих элементов (И, мг, Cu, Зн, Фе, и т. д.) смещает эти границы и часто приводит к образованию области плавления (мягкая зона) с важными последствиями кастинга.
- Эвтектика: некоторые системы сплавов имеют эвтектический состав, который плавится при температуре ниже это чистый Ал (пример: Эвтектика Al–Si при ≈ 577 °С для ~12,6 мас.% Si).
- Практический эффект: сплавы с широким диапазоном замерзания более склонны к горячему разрыву., усадочная пористость и сегрегация.
Примеси и посторонние элементы
Следы загрязнения (например, Пб, Биографический, Медь из смешанного лома) может образовывать легкоплавкие фазы или хрупкие интерметаллиды, вызывать локальные аномалии плавления и изменять пути затвердевания; это имеет решающее значение в операциях по переработке отходов.
Давление
Температура плавления зависит от давления (Отношение Клапейрона); в промышленности этот эффект незначителен, поскольку плавка осуществляется при атмосферном давлении..
Зерноочистители и инокулянты
Химические измельчители зерна не меняют температуру плавления как таковую., но они влияют на поведение зародышеобразования во время затвердевания (переохлаждение, количество ядер), таким образом изменяя практический путь затвердевания и микроструктуру.
Поверхностные явления и оксидные пленки
Алюминий образует стабильную пленку оксида алюминия. (Al₂o₃) на поверхности. Пока оксид не меняет объемную температуру расплава, влияет на теплообмен на поверхности, поведение окалины и поведение термоблока, обнаруженное контактными / пирометрическими методами.
3. Диапазоны плавления обычных алюминиевых сплавов
Ниже приведены два кратких, профессиональные таблицы, показывающие типичное плавление (Твердое вещество → жидкость) диапазоны для общего коричневый (ковка) алюминиевые сплавы и литье алюминиевых сплавов.
Важный: эти цифры являются ориентировочными типичными диапазонами, используемыми для планирования процесса и выбора материалов..
Обычный Кованый / Ковка алюминиевых сплавов — типичный диапазон плавления
| Сплав сплав | Диапазон плавления (°С) | Диапазон плавления (°Ф) | Диапазон плавления (К) | Технические примечания |
| 1050 / 1100 (Технически чистый Al) | ~660,3 – 660.3 | ~1220,6 – 1220.6 | ~933,5 – 933.5 | Плавление почти в одной точке благодаря очень высокой чистоте. |
| 2024 (Аль-Ку) | ~500 – 638 | ~932 – 1180 | ~773 – 911 | Широкий диапазон заморозки; чувствителен к началу плавления. |
| 2014 (Аль-Ку) | ~500 – 638 | ~932 – 1180 | ~773 – 911 | Похоже на: 2024; более высокое содержание Cu влияет на горячую обрабатываемость. |
| 5083 (Аль – Мг) | ~570 – 640 | ~1058 – 1184 | ~843 – 913 | Повышенный диапазон плавления из-за Mg; отличная устойчивость к коррозии. |
| 5454 (Аль – Мг) | ~595 – 645 | ~1103 – 1193 | ~868 – 918 | Часто используется в сосудах под давлением и резервуарах.. |
6061 (Al–Mg–Si) |
~555 – 650 | ~1031 – 1202 | ~828 – 923 | Широко используемый конструкционный сплав; диапазон плавления, критический для термообработки. |
| 6082 (Al–Mg–Si) | ~555 – 650 | ~1031 – 1202 | ~828 – 923 | Более прочная версия серии 6xxx.. |
| 7075 (Al–Zn–Mg–Cu) | ~477 – 635 | ~891 – 1175 | ~750 – 908 | Очень широкий диапазон плавления.; склонен к локальному плавлению. |
| 3003 (Аль-Мн) | ~640 – 660 | ~1184 – 1220 | ~913 – 933 | Поведение при плавлении близко к чистому алюминию.. |
Распространенные литейные алюминиевые сплавы — типичный диапазон плавления
| Сплав сплав | Диапазон плавления (°С) | Диапазон плавления (°Ф) | Диапазон плавления (К) | Технические примечания |
| Эвтектика Al – Si (~12,6% Да) | ~577 – 577 | ~1070,6 – 1070.6 | ~850,1 – 850.1 | Эвтектический состав с резкой температурой плавления.. |
| А356 / АлСи7Мг | ~558 – 613 | ~1036 – 1135 | ~831 – 886 | Отличная литейность и термообработка. |
| А357 (модифицированный А356) | ~555 – 605 | ~1031 – 1121 | ~828 – 878 | Повышенная прочность и усталостная стойкость. |
| А380 (Al–Si–Cu) | ~515 – 585 | ~959 – 1085 | ~788 – 858 | Стандартный сплав для литья под давлением с низкой температурой ликвидуса. |
319 (Al–Si–Cu) |
~525 – 605 | ~977 – 1121 | ~798 – 878 | Хороший баланс литейных качеств и механической прочности.. |
| АЦП12 (JIS сплав для литья под давлением) | ~500 – 580 | ~932 – 1076 | ~773 – 853 | Широко используемый сплав для литья под давлением; контроль примесей имеет решающее значение. |
| ALSI9CU3(Фе) | ~510 – 600 | ~950 – 1112 | ~783 – 873 | Универсальный литейный сплав для изделий сложной геометрии.. |
| A413 (сплав с высоким содержанием кремния) | ~560 – 620 | ~1040 – 1148 | ~833 – 893 | Подходит для высокотемпературных и герметичных отливок.. |
3. Методы точного измерения температуры плавления алюминия
Точное измерение температуры плавления алюминия имеет решающее значение для определения характеристик материала и оптимизации процесса..
Общие методы включают:
Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)
ДСК является наиболее широко используемым методом измерения температуры плавления металлов благодаря своей высокой точности и чувствительности..
Принцип заключается в нагревании небольшого образца алюминия. (5–10 мг) и справочный материал (инертный, например, глинозем) с постоянной скоростью (5–10℃/мин) при этом контролируя разницу тепловых потоков между ними.
Точка плавления определяется как температура начала эндотермического пика. (соответствующий процессу синтеза).
ДСК может измерять температуру плавления с точностью ± 0,1 ℃., что делает его пригодным для анализа алюминия и сплавов высокой чистоты.
Метод визуального наблюдения (Метод капиллярной трубки)
Этот традиционный метод предполагает запечатывание небольшого количества алюминиевого порошка в капиллярную трубку., который нагревается вместе с термометром в нагревательной ванне (например, силиконовое масло).
Точку плавления регистрируют, когда алюминиевый порошок полностью плавится в жидкость.. Несмотря на простоту и дешевизну, этот метод имеет меньшую точность (±1–2℃) и в основном используется для качественного анализа или приложений с низкой точностью..
Метод лазерной плавки
Для измерения температуры плавления при высоком давлении и высокой температуре., применяется метод лазерной вспышки.
Импульсный лазер быстро нагревает поверхность образца алюминия, а процесс плавления контролируется оптическими датчиками (например, пирометры, интерферометры).
Этот метод позволяет измерять температуры плавления при экстремальных давлениях. (до 10 ГПа) с высоким временным разрешением, предоставление данных для аэрокосмических и ядерных применений.
Метод электрического сопротивления
Электрическое сопротивление алюминия существенно меняется во время плавления. (жидкий алюминий имеет более высокое сопротивление, чем твердый алюминий, из-за нарушения электронной проводимости.).
Путем измерения сопротивления алюминиевой проволоки при ее нагреве., температура плавления определяется как температура, при которой сопротивление резко возрастает..
Этот метод подходит для мониторинга на месте во время промышленных процессов. (например, сварка, кастинг).
4. Промышленные последствия температуры плавления алюминия
Умеренная температура плавления алюминия является ключевым фактором, способствующим его широкому промышленному применению., поскольку он балансирует технологичность и производительность:
Процессы литья
Температура плавления алюминия (660℃) значительно ниже, чем у черных металлов, обеспечение энергоэффективного литья:
- Литье под давлением: Эвтектические сплавы Al-Si (диапазон плавления 577–600 ℃) широко используются при литье под давлением, поскольку их низкая температура плавления снижает износ матрицы и потребление энергии., возможность крупносерийного производства сложных компонентов (например, Автомобильные детали двигателя, электронные корпуса).
- Литье в песок: Чистый алюминий и низколегированный алюминий отливают в песчаные формы., с температурой заливки обычно на 50–100 ℃ выше температуры ликвидуса (700–750℃) обеспечить полное заполнение полости формы.
Термическая обработка и сварка
- Термическая обработка: Температура плавления алюминия ограничивает максимальную температуру процессов термообработки..
Например, Термическую обработку на раствор сплавов серии 6ххх проводят при температуре 530–570℃, что значительно ниже температуры солидуса. (580℃)— во избежание частичного плавления (горящий) сплава. - Сварка: Для сварки алюминия требуются источники тепла, которые могут быстро достигать точки плавления, сводя при этом к минимуму тепловые деформации..
Распространенные методы включают сварку TIG. (температура дуги ~6000℃) и сварка MIG, температура сварки контролируется на уровне 660–700 ℃, чтобы обеспечить плавление основного металла без чрезмерного роста зерна..
Высокотемпературные применения
Температура плавления алюминия накладывает ограничения на его использование при высоких температурах.: чистый алюминий сохраняет только 50% своей прочности при комнатной температуре при 200 ℃ и значительно размягчается при температуре выше 300 ℃..
Расширить область применения при высоких температурах., легирующие элементы (например, никель, кобальт) добавляются с образованием тугоплавких интерметаллидов., продление срока эксплуатации алюминиевых сплавов до 300–400℃. (например, 2618 сплав для компонентов авиационных двигателей).
Переработка алюминия
Умеренная температура плавления алюминия делает его пригодным для вторичной переработки..
Для вторичной переработки алюминия требуется всего 5% энергии, необходимой для производства первичного алюминия, как плавка алюминиевого лома (при 660–700 ℃) потребляет гораздо меньше энергии, чем добыча алюминия из бокситов.
Эта энергоэффективность, обусловлено характеристиками плавления алюминия, делает его одним из наиболее перерабатываемых металлов в мире..
6. Сравнительный анализ с другими металлами и сплавами
| Металл / Сплав | Точка плавления (°С) | Точка плавления (°Ф) | Точка плавления (К) | Ключевые примечания |
| Алюминий (Ал, чистый) | 660.3 | 1220.6 | 933.5 | Низкая температура плавления; отлично подходит для легкого литья и формовки. |
| Медь (Cu, чистый) | 1085 | 1985 | 1358 | Высокая теплопроводность; требует более высоких температур обработки, чем Al. |
| Железо (Фе, чистый) | 1538 | 2800 | 1811 | Значительно более высокая температура плавления; широко используется в сталелитейной промышленности. |
| Сталь (Углеродистая сталь, ~0,2%С) | 1425–1540 | 2600–2800 | 1698–1813 г. | Диапазон плавления зависит от состава; выше, чем у алюминиевых сплавов. |
| Титан (Из, чистый) | 1668 | 3034 | 1941 | Высокое соотношение прочности и веса; рефрактерное поведение. |
Магний (мг, чистый) |
650 | 1202 | 923 | Немного ниже, чем у Ал.; высокореактивный и легкий. |
| Цинк (Зн, чистый) | 419.5 | 787 | 692.7 | Низкая температура плавления; используется для литья под давлением и цинкования. |
| Никель (В, чистый) | 1455 | 2651 | 1728 | Отличная коррозионная стойкость; Сплавы с высокой температурой плавления для аэрокосмической промышленности. |
| Латунь (Cu -zn, 60/40) | 900–940 | 1652–1724 г. | 1173–1213 | Диапазон плавления легированных сплавов ниже, чем у чистой меди.; подходит для литья. |
| Бронза (Cu-Sn, 88/12) | 950–1050 | 1742–1922 г. | 1223–1323 | Немного ниже, чем медь; улучшенная литейность и устойчивость к коррозии. |
6. Заблуждения и распространенные ошибки
Путаница точки плавления с температурой размягчения
Температура размягчения алюминия (≈300℃) часто путают с температурой плавления.
Под размягчением понимается снижение предела текучести из-за скольжения границ зерен и движения дислокаций., при плавлении происходит фазовый переход.
Эта путаница может привести к неправильной термической обработке., что приводит к снижению механических свойств.
Игнорирование диапазона плавления сплавов
Чистый алюминий имеет острую температуру плавления., но алюминиевые сплавы имеют диапазон плавления (от жидкого до твердого).
Игнорирование этого диапазона во время литья может привести к таким дефектам, как усадочная пористость. (если налить слишком близко к температуре солидуса) или горячее растрескивание (при слишком быстром охлаждении в диапазоне плавления).
Упущение влияния примесей
Даже следы примесей (например, 0.1% железо) может снизить температуру плавления алюминия и увеличить диапазон его плавления.
В высокоточных приложениях (например, аэрокосмические компоненты), Строгий контроль содержания примесей необходим для обеспечения стабильного поведения при плавлении и качества конечного продукта..
7. Заключение
Температура плавления алюминия (660.32℃ для чистого алюминия) Это фундаментальное свойство, коренящееся в его атомной структуре и металлических связях., служит краеугольным камнем для его обработки и применения.
Множество факторов, включая чистоту, легирующие элементы, внешнее давление, и термическую историю — изменить поведение плавления, позволяющая разрабатывать алюминиевые сплавы, адаптированные к разнообразным промышленным потребностям..
От низкотемпературного литья под давлением сплавов Al-Si до высокопрочных сплавов серии 7ххх для аэрокосмической отрасли., температура плавления алюминия определяет параметры процесса, пределы производительности, и эффективность переработки.
Поскольку отрасли стремятся к облегчению веса и энергоэффективности, уникальный баланс алюминия с умеренной температурой плавления, низкая плотность, и возможность вторичной переработки будут продолжать укреплять свои позиции в качестве ключевого материала в мировом производственном ландшафте..
Часто задаваемые вопросы
Одинакова ли температура плавления алюминия для 6061 или 7075?
Нет. 6061 и 7075 это сплавы с диапазоном солидус/ликвидус, который отличается от чистого Al. Их поведение при плавлении должно быть сопоставлено с данными для конкретных сплавов или измерено с помощью термического анализа..
Какой перегрев следует использовать для литья под давлением по сравнению с. литье в песок?
Процессы штамповки и обработки под высоким давлением часто требуют умеренного перегрева. (20–50 ° C.) из-за быстрого заполнения; для песчаных отливок и отливок с более толстым профилем может потребоваться более высокий эффективный перегрев. (40–100 ° C.) чтобы обеспечить полное заполнение. Оптимизация для сплава и формы.
Почему водородная пористость хуже в алюминии?
Растворимость водорода в жидком алюминии значительно выше, чем в твердом.. Во время затвердевания водород выделяется и образует газовые поры, если его предварительно не удалить путем дегазации..
Изменяет ли давление температуру плавления алюминия на практике??
Температура плавления меняется с давлением, но для стандартной практики литейного производства при атмосферном давлении эффект незначителен..
