El punto de fusión del aluminio puro
La fusión del aluminio, al igual que la de otras sustancias, tiene lugar con el suministro de energía calorífica al mismo, fuera o directamente en su volumen, Como ocurre, por ejemplo, en el calentamiento por inducción.
El punto de fusión del aluminio depende de su pureza:
- La temperatura de fusión del aluminio ultrapuro 99,996 %: 660,37 ° C.
- Cuando el contenido de aluminio 99,5 % de fusión comienza a 657 ° C.
- Cuando el contenido de aluminio 99,0 % La fusión comienza a 643 ° C.
Punto de fusión de los metales
Metales y no metales
Cualquier pieza de metal, por ejemplo, el aluminio, millones de cristales individuales, llamados granos. Cada grano tiene una orientación única de la red cristalina, pero juntos grano orientado dentro de esta pieza de forma aleatoria. Tal estructura se llama un policristalino.
materiales amorfos, por ejemplo, el vidrio, diferente de los materiales cristalinos, por ejemplo, el aluminio, por dos diferencias importantes, que están relacionados entre sí:
- ausencia de orden de largo alcance de la estructura molecular
- diferencias en la naturaleza de la fusión y la expansión térmica.
diferencia de la estructura molecular se puede ver en la Figura 1. A la izquierda se muestra la estructura cristalina ordenada y apretada. El material amorfo se muestra a la derecha: estructura menos densa con disposición aleatoria de los átomos.
Figura 1 – La estructura de los materiales cristalinos (a) y amorfos (b).
Estructura cristalina: ordenada, repetitiva y densa,
Estructura amorfa – más suelta
una disposición desordenada de los átomos.
Fusión de metales
Esta diferencia en la estructura se manifiesta en la fusión de los metales, incluyendo, la fusión del aluminio de varias purezas y sus aleaciones. Los átomos menos densos dan un aumento de volumen (disminución de la densidad) en comparación con el mismo metal en estado sólido cristalino.
Los metales con la fusión experimentan un aumento de volumen. En los metales puros, este cambio de volumen se produce muy rápidamente y a una temperatura constante: la temperatura de fusión, como se muestra en la figura 2. Este cambio es la brecha entre las líneas inclinadas a ambos lados del punto de fusión. Estas dos líneas oblicuas caracterizan la expansión térmica del metal, que suele ser una variedad de estado líquido y sólido.
Figura 2 – El cambio característico del volumen del metal puro
comparado con el cambio del volumen del material amorfo :
Tg – temperatura de transición vítrea (transición de un estado líquido a un sólido);
Tm – la temperatura de fusión
El calor de fusión
Con este aumento dramático en el volumen de metal en la transición del estado sólido al líquido debido a una cierta cantidad de calor, que se llama el calor latente de fusión. Este calor hace que los átomos pierdan una estructura cristalina ordenada y densa. Este proceso es reversible, Él trabaja en ambas direcciones – y al calentar, y el enfriamiento.
La temperatura de fusión de equilibrio
Como se muestra arriba, sustancia cristalina pura, por ejemplo, los metales puros, tienen una temperatura de fusión característica, a menudo referido como «punto de fusión». A esta temperatura, es un sólido cristalino puro se funde y se convierte en un líquido. La transición entre el estado sólido y líquido para pequeñas muestras de metales puros es tan pequeña, que puede medirse con una precisión de 0,1 oC.
Los líquidos tienen una temperatura característica, donde se convierten en sólidos. Esta temperatura se llama temperatura de solidificación o punto de solidificación. En teoría -en condiciones de equilibrio- la temperatura de fusión del sólido de equilibrio es la misma, y que la temperatura de solidificación de equilibrio. En la práctica, pueden observarse pequeñas diferencias entre estos valores (Figura 3).
Figura 3 – Curvas de enfriamiento y calentamiento de un metal puro.
Fenómenos visibles de sobreenfriamiento al enfriar, y de sobrecalentamiento al calentar.
En la solidificación temprana se observa depresión en la curva de enfriamiento,
que se explica por el retraso en el inicio de la cristalización
Temperatura liquidus y solidus
- La temperatura de inicio de la fusión se denomina temperatura solidus (o punto solidus)
- Temperatura de fin de la fusión – temperatura liquidus (o punto liquidus).
«Solidus» significa, comprensiblemente, sólido, y «liquidus» – líquido: a la temperatura solidus toda la aleación más sólida, y a la temperatura liquidus – todo ya líquido.
Cuando esta aleación se solidifica a partir de un estado líquido, la temperatura del inicio de la cristalización (solidificación) será la misma temperatura liquidus, una cristalización de cierre – la misma temperatura solidus. Cuando la temperatura de la aleación entre sus temperaturas solidus y liquidus se encuentra en semi-sólido, estado blando.
Fusión de aluminio
La influencia de los elementos de aleación y las impurezas
La adición de otros elementos al aluminio, incluyendo la aleación, disminuye su temperatura de fusión, más precisamente – comienza su fusión. Así, algunas aleaciones de aluminio de fundición con un alto contenido de silicio y magnesio temperatura de inicio de fusión se reduce a casi 500 ° C. En absoluto, el término «temperatura de fusión» sólo se aplica a los metales puros y otras sustancias cristalinas. Las aleaciones, por el contrario, no tienen un punto de fusión específico: el proceso de su fusión (y solidificación) se produce en un determinado rango de temperaturas.
Figura 4- Cambio en el volumen específico del metal puro (aluminio) y
de la aleación de este metal (aleación de aluminio)
Intervalos de temperatura de fusión
La siguiente tabla muestra la temperatura de solidus y liquidus de algunas aleaciones forjadas comerciales. Hay que tener en cuenta que los conceptos de las temperaturas de liquidus y solidus se definen para reacciones de equilibrio en la fase líquida y un sólido posterior, es decir, en procesos de duración infinita. En la práctica, es necesario hacer ajustes en función de la velocidad de calentamiento o enfriamiento.
Siluminio de fusión
No todas las aleaciones tienen el espacio entre las temperaturas de solidus y liquidus. Tales aleaciones se llaman eutécticas. por ejemplo, la aleación de aluminio que contiene 12,5 % de silicio, los puntos liquidus y solidus se reducen a un punto: esta aleación, como los metales puros, no tiene ningún intervalo, un punto de fusión. Este punto se llama temperatura eutéctica. Esta aleación pertenece a la conocida fundición de aleaciones de aluminio-silicio – silumin estrecho intervalo solidus-líquido, lo que les da las mejores propiedades de fundición.
Las aleaciones binarias Al-Si temperatura solidus es constante en 577 ° C. Al aumentar el contenido de silicio disminuye la temperatura de liquidus del valor máximo para el aluminio puro 660 ° C, y para coincidir con la temperatura solidus 577 ° C con el contenido de silicio 12,6%.
Entre otros elementos de aleación de aluminio, magnesio disminuye el punto de fusión más: la temperatura eutéctica 450 ° C se alcanza cuando el contenido de magnesio 18,9%. ¡La temperatura eutéctica del cobre da 548 ° C, y el manganeso – sólo 658 ° C! La mayoría de las aleaciones no son dobles, y triples, e incluso cuádruples. Por lo tanto, cuando el efecto conjunto de varios elementos de aleación temperatura solidus – inicio de fusión o final de la solidificación puede ser menor.
solidificación de aluminio
Aluminio puro
metales puros, incluyendo, aluminio puro, tienen un claro punto de fusión – punto de fusión. La solidificación o «congelación» del aluminio puro también se produce a una temperatura constante. Cuando el aluminio puro fundido se enfría, su temperatura cae al punto de congelación y permanece a esa temperatura, hasta que todo él (aluminio líquido) se endurece. En las figuras 5 y 6 se muestran las curvas de enfriamiento típicas del metal puro con su transición de líquido a sólido.
Figura 5 – Curva de enfriamiento del metal desnudo (Ej, aluminio)
Figura 6 – Solidificación del aluminio puro
Aleación de aluminio
Durante la solidificación de la aleación de aluminio, que consiste en aluminio disuelto en ella y el elemento de aleación, por ejemplo, silicio o cobre, la curva de enfriamiento de la aleación muestra, que el comienzo de la solidificación se produce a una temperatura, y el final es a una temperatura diferente (figura 7).
Figura 7 – Curva de enfriamiento de la aleación (por ejemplo, aleación de aluminio)
Fundición de aleación de aluminio fundido
Para una aleación de aluminio calentada a una temperatura de estado líquido, en la que se pueden hacer las operaciones de fundición, se utilizan hornos de fusión de varios tipos. La energía térmica, que se requiere con el fin, para calentar el metal a una temperatura de estado líquido, en el que se puede verter en moldes, consiste en la suma de los siguientes componentes:
- Calor, para elevar la temperatura del metal hasta el punto de fusión
- El calor de fusión, para convertir el metal del estado sólido al líquido
- El calor para calentar el metal fundido hasta una temperatura de colada predeterminada
Temperatura de colada – una temperatura del metal fundido, a la que se vierte en un molde. Un factor importante es la diferencia de temperatura entre la temperatura de colada y la temperatura a la que comienza la solidificación. Esta temperatura es el punto de fusión (punto) para el aluminio puro o la temperatura de liquidus para la aleación de aluminio. Esta diferencia de temperatura se denomina a veces recalentamiento. El término también se puede aplicar a la cantidad de calor, que debe estar fuera del metal líquido entre la fundición y el inicio de la solidificación.
Temperatura de ebullición
- El punto de ebullición del aluminio puro es de 2494 ºS
Otras propiedades térmicas del aluminio :
- calor latente de fusión: 397 kJ/g
- calor específico de vaporización: 1,18 – 10-4 MJ / (g K)
- valor calorífico: 31,05 MJ / kg
- capacidad calorífica: 0,900 kJ / (g K) a 25 ºS;
1,18 kJ / (g K) a 660,4 ºС (líquido)
Temperatura de fusión de varios metales
El punto de fusión de algunos otros metales netos es (grados Celsius) :
- mercurio: menos 39
- litio: 181
- plomo: 232
- plomo: 328
- zinc: 420
- magnesio: 650
- cobre: 1085
- níquel: 1455
- hierro: 1538
- titanio: 1670