Punto de fusión del aluminio: temperatura, aleaciones y aplicaciones

Cuando un fabricante de maquinaria pregunta sobre el punto de fusión del aluminio, normalmente no tiene intención de fundir nada. Están comprobando un plano de pieza soldada, especificando una carcasa de fundición a presión o confirmando que un marco de perfil extruido puede ubicarse cerca de una fuente de calor. La respuesta es simple: el aluminio puro se funde a 660,32ºC , o 933,47 K / 1220,58°F. Todo lo que supere ese valor depende del grado de la aleación, las condiciones de calentamiento y el proceso que se utilice.

Ese número es más que una respuesta de trivia: decide si una pieza debe fundirse, extruirse, soldarse o mecanizarse, y explica por qué el aluminio se comporta de manera diferente que el acero en el taller. Las secciones siguientes cubren el valor de referencia, cómo las aleaciones lo amplían a un rango de fusión y cómo aplicar esa información en la producción real.

El punto de fusión del aluminio de un vistazo

El aluminio tiene uno de los puntos de fusión más bajos entre los metales estructurales comunes. El valor de referencia aceptado para el aluminio puro es:

• 660,32ºC (degrees Celsius)
• 933,47 K (Kelvin)
• 1220,58°F (grados Fahrenheit)

Este valor se mide en aluminio con una pureza de aproximadamente el 99,996%. Es un verdadero punto de fusión en el sentido termodinámico: a 660,32°C las fases sólida y líquida existen en equilibrio, y el calor adicional convierte el aluminio sólido en líquido sin cambiar la temperatura. Los grados de pureza comercial, las aleaciones fundidas y las aleaciones forjadas se comportan de manera diferente porque las impurezas y las adiciones intencionales extienden la transición en un rango de temperaturas.

Por qué es importante el punto de fusión en fundición, soldadura y extrusión

Casi todos los procesos de producción de aluminio se sitúan en relación con el punto de fusión. La fundición funciona encima, la extrusión funciona debajo y la soldadura lo cruza localmente. Saber dónde se encuentra su proceso previene las fallas de calidad más comunes.

Fundición: trabajar con la fase líquida

La fundición es el único proceso convencional que cruza completamente el punto de fusión. Las aleaciones de fundición a presión se mantienen entre aproximadamente 680 °C y 740 °C para que el metal tenga suficiente sobrecalentamiento para llenar secciones delgadas del molde antes de congelarse. El líquido le dice a la fundición cuánto recalentamiento está disponible; el sólido les indica cuándo la pieza fundida está lo suficientemente estable como para ser expulsada. La gravedad y la fundición en arena siguen la misma lógica a temperaturas ligeramente diferentes.

Soldadura: fusión local con consecuencias prácticas

La soldadura calienta una pequeña zona por encima del punto de fusión, pero el aluminio hace que esto sea más difícil de lo que sugiere la temperatura por sí sola. Cada superficie de aluminio lleva una fina capa de óxido que se funde a aproximadamente 2072°C, por lo que la piel de óxido permanece sólida mientras que el metal base que se encuentra debajo ya está fundido. Es por eso que la soldadura TIG y MIG depende de la corriente alterna y de la acción de limpieza de óxido, y por qué una mala preparación conduce a inclusiones de óxido y porosidad. El aluminio tampoco da ninguna advertencia visual antes de fundirse: no brilla en rojo como el acero, por lo que un baño de soldadura sobrecalentado puede colapsar sin ninguna señal obvia.

Extrusión: conformado en caliente por debajo del punto de fusión.

La extrusión mantiene deliberadamente el metal en estado sólido. Los tochos de aleaciones 6xxx se precalientan a aproximadamente 450-500°C, muy por debajo del solidus, por lo que el material se vuelve blando y plástico, pero nunca parcialmente fundido. Esto es lo que permite empujar secciones transversales complejas a través de una matriz manteniendo tolerancias estrictas. Como fabricante de perfiles industriales de extrusión de aluminio , tratamos la temperatura de la palanquilla como uno de los parámetros más controlados en la prensa: demasiado frío y el perfil se rompe, demasiado caliente y la calidad de la superficie se degrada, y en el solidus la sección comienza a agrietarse. Para secciones de estructura estándar como nuestra Perfiles de extrusión de aluminio con ranura en T serie 2020 , el precalentamiento estable mantiene la sección transversal precisa desde el primer metro hasta el último.

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Solidus y liquidus: cómo las aleaciones amplían el punto de fusión

El aluminio puro se funde a una sola temperatura aguda. Tan pronto como se añaden elementos de aleación, la transición se extiende en una gama. el solidus es la temperatura más alta a la que la aleación todavía está completamente sólida; el liquidus es la temperatura más baja a la que es completamente líquido. Entre ambas conviven fases sólidas y líquidas, lo cual es normal en fundición pero peligroso en tratamientos térmicos y soldadura.

Tenga en cuenta la diferencia: 6061 ya está parcialmente fundido por encima de los 582 °C, aunque no está completamente líquido hasta los 652 °C. Los troqueles de extrusión permanecen debajo del sólido para evitar grietas en caliente. En el tratamiento térmico, exceder el solidus provoca una fusión incipiente que destruye permanentemente las propiedades mecánicas de la pieza.

Factores que afectan el punto de fusión del aluminio.

Varias variables del mundo real cambian el comportamiento del punto de fusión teórico en el taller.

Elementos de aleación

El silicio y el cobre reducen el rango de fusión más que cualquier otra adición común. El eutéctico de aluminio y silicio se encuentra a unos 577 °C con aproximadamente un 12,6 % de silicio, razón por la cual la mayoría de las aleaciones de fundición siguen siendo viables a temperaturas en las que las aleaciones forjadas aún son sólidas. El magnesio y el zinc también deprimen el solidus, como muestra la fila 7075 en la Tabla 1. Por tanto, la selección de la aleación es inseparable de la selección del proceso.

Nivel de pureza

El aluminio con una pureza del 99,99% se funde en una fracción de grado de 660,32°C. Los grados de pureza comercial de 99,5-99,8% contienen trazas de hierro y silicio que amplían la transición unos pocos grados. Para la mayoría de los trabajos estructurales la diferencia es insignificante, pero para la soldadura fuerte y la fundición de precisión cambia la selección del relleno y los tiempos de remojo.

La capa de óxido

El óxido de aluminio se funde a aproximadamente 2072°C, aproximadamente tres veces más que el metal que se encuentra debajo. Durante la soldadura y la soldadura fuerte, la capa debe romperse o eliminarse, de lo contrario el metal fundido no puede mojar la junta. Durante la fusión para la fundición, la capa de óxido flota encima y se puede quitar, pero también atrapa gases e inclusiones si se mezcla con la masa fundida. La capa de óxido no cambia el punto de fusión del metal, pero es la razón principal por la que el aluminio es más difícil de soldar que el acero.

Presión y velocidad de calentamiento.

Para fines de ingeniería, ni la presión ni la velocidad de calentamiento tienen un efecto práctico sobre el punto de fusión del aluminio. Los efectos de la presión aparecen sólo en investigaciones especializadas sobre alta presión, y la velocidad de calentamiento afecta la precisión con la que se observa la transición, no el valor de equilibrio en sí. Confíe en la hoja de datos del material, no en la lectura del pirómetro.

Qué significa el punto de fusión para perfiles y marcos de aluminio

para un marco de perfil de aluminio , el punto de fusión casi nunca es el límite de diseño. Los marcos están diseñados para resistir la deflexión, el límite elástico y la rigidez de las juntas, sin fundirse. La temperatura sigue siendo importante de dos maneras.

En primer lugar, el servicio continuo por encima de aproximadamente 250-300 °C suaviza los templados estándar 6xxx mucho antes de que se produzca la fusión: los efectos del envejecimiento se invierten, la resistencia disminuye y las uniones sujetas pueden deformarse. En segundo lugar, cualquier soldadura o soldadura fuerte realizada en un marco introduce una fusión local que recoce la zona afectada por el calor. Si el bastidor de una máquina debe soportar carga cerca de una junta soldada, vuelva a envejecer después de soldar o rediseñe la junta.

Para estructuras portantes con vibración o cargas puntuales, el bajo módulo elástico del aluminio significa que la rigidez de la sección hace el trabajo. A menudo recomendamos secciones de pared más pesadas, como Perfiles de aluminio con ranura en T 4040 de soporte de carga engrosados en lugar de compensar con aleaciones más fuertes, porque el marco se vuelve más rígido sin cambiar el comportamiento de soldadura o las características de fusión. Cuando compara series y clases de carga, una guía práctica de ingeniería para Sistemas de extrusión de aluminio con ranura en T ahorra más tiempo de diseño que volver a verificar las temperaturas de fusión.

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Aluminio frente a otros metales comunes: por qué son importantes los 660 °C

La consecuencia más importante es económica. El rango de fusión moderado del aluminio es exactamente lo que hace que la extrusión y la fundición a presión sean rápidas y asequibles. El acero y el acero inoxidable necesitan mucha más energía para fundirse y formarse, razón por la cual los trabajos estructurales pesados ​​todavía prefieren el acero, mientras que los marcos, cerramientos y componentes livianos que disipan el calor prefieren el aluminio. El mismo límite de temperatura significa que el aluminio no tiene cabida en servicio continuo por encima de aproximadamente 300 °C: no se derretirá, pero perderá temperamento y se deslizará bajo carga.

Consejos prácticos para trabajar con aluminio

Ponga a trabajar el punto de fusión en la oficina de diseño, no sólo en el horno:

• Trate el rango de fusión como un límite del proceso, no como un límite de diseño. El límite elástico y el comportamiento de fluencia gobiernan las aplicaciones estructurales.
• Para conjuntos soldados, utilice aleaciones 6xxx con metal de aportación correspondiente y confirme que la zona afectada por el calor pueda aceptar la pérdida de resistencia.
• Para las piezas mecanizadas, la fusión no es un problema. El corte se produce muy por debajo de los 660 °C, pero el calor descontrolado provoca cambios dimensionales y desgaste de las herramientas, por lo que debe gestionar el refrigerante y los avances como en cualquier trabajo de precisión.
• Nunca adivines el rango de fusión a partir de un gráfico genérico. Solicite un certificado de fábrica o una hoja de datos para cada calor, especialmente para piezas fundidas y conjuntos soldados.
• Mantenga las virutas finas de aluminio alejadas de fuentes de ignición. El polvo de aluminio finamente dividido puede encenderse muy por debajo del punto de fusión global.

En nuestras instalaciones de producción, el punto de fusión decide cómo se fabrica una pieza, no si se puede fabricar. Si es necesario moldear una geometría, la enfriamos desde el líquido con parámetros controlados. Si hay que soldarlo, gestionamos el aporte de calor local. Si hay que mecanizarlo aplicamos Procesamiento de aluminio CNC con avances, velocidades y flujo de refrigerante controlados.

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Saber que el aluminio puro se funde a 660,32°C es la parte fácil. La verdadera cuestión de ingeniería es qué aleación, qué proceso y qué ventana de temperatura producen la pieza que necesita. Comience con la serie de aleaciones, verifique el solidus y el liquidus y deje que el proceso siga.