Температура плавления алюминия: температура, сплавы и применение

Когда машиностроитель спрашивает о температуре плавления алюминия, он обычно не планирует ничего плавить. Они проверяют чертеж сварной детали, определяют литой корпус или подтверждают, что рама из экструдированного профиля может располагаться рядом с источником тепла. Ответ прост: чистый алюминий плавится при 660,32°С , или 933,47 К/1220,58°F. Все, что выходит за это значение, зависит от марки сплава, условий нагрева и используемого процесса.

Это число — нечто большее, чем простой ответ: оно решает, следует ли деталь отливать, прессовать, сваривать или подвергать механической обработке, и объясняет, почему в цеху алюминий ведет себя иначе, чем сталь. В разделах ниже рассказывается об эталонном значении, о том, как сплавы расширяют его диапазон плавления и как применять эту информацию в реальном производстве.

Краткий обзор температуры плавления алюминия

Алюминий имеет одну из самых низких температур плавления среди обычных конструкционных металлов. Принятое эталонное значение для чистого алюминия составляет:

• 660,32°С (degrees Celsius)
• 933,47 К (Кельвин)
• 1220,58°F (градусов по Фаренгейту)

Это значение измерено на алюминии чистотой около 99,996%. Это настоящая точка плавления в термодинамическом смысле: при 660,32°C твердая и жидкая фазы существуют в равновесии, а дополнительное тепло превращает твердый алюминий в жидкость без изменения температуры. Сплавы технической чистоты, литые и деформируемые сплавы ведут себя по-разному, поскольку примеси и преднамеренные добавки расширяют переход в температурном диапазоне.

Почему температура плавления имеет значение при литье, сварке и экструзии

Почти каждый процесс производства алюминия связан с температурой плавления. Над ним работает литье, под ним – экструзия, локально пересекает сварка. Знание того, где находится ваш процесс, предотвращает наиболее распространенные нарушения качества.

Литье: работа с жидкой фазой

Литье — единственный основной процесс, который полностью пересекает точку плавления. Сплавы для литья под давлением выдерживаются при температуре примерно от 680°C до 740°C, поэтому металл имеет достаточный перегрев, чтобы заполнить тонкие секции формы перед замерзанием. Ликвидус сообщает литейному цеху, какой уровень перегрева имеется; солидус сообщает им, когда отливка достаточно устойчива, чтобы ее можно было выбросить. Гравитация и литье в песок следуют одной и той же логике при несколько разных температурах.

Сварка: локальное плавление с практическими последствиями

При сварке небольшая зона нагревается выше точки плавления, но алюминий делает это сложнее, чем можно предположить по одной только температуре. Каждая алюминиевая поверхность имеет тонкий оксидный слой, который плавится примерно при 2072°C, поэтому оксидная оболочка остается твердой, в то время как основной металл под ней уже расплавлен. Вот почему сварка TIG и MIG основана на переменном токе и очистке от оксидов, а плохая подготовка приводит к появлению оксидных включений и пористости. Алюминий также не дает визуального предупреждения перед плавлением: он не светится красным, как сталь, поэтому перегретая сварочная ванна может разрушиться без какого-либо очевидного сигнала.

Экструзия: горячая формовка ниже температуры плавления.

Экструзия намеренно сохраняет металл в твердом состоянии. Заготовки из сплавов 6ххх предварительно нагревают примерно до 450–500°C, что значительно ниже температуры солидуса, поэтому материал становится мягким и пластичным, но никогда не расплавляется частично. Именно это позволяет проталкивать через матрицу изделия сложного сечения с соблюдением жестких допусков. Как производитель промышленные алюминиевые профили экструзии , мы рассматриваем температуру заготовки как один из наиболее контролируемых параметров на прессе: слишком холодно — и профиль рвется, слишком жарко — качество поверхности ухудшается, а при солидусе сечение начинает трескаться. Для стандартных секций каркаса, таких как наш Алюминиевые экструзионные профили с Т-образными пазами серии 2020 , стабильный предварительный нагрев обеспечивает точность поперечного сечения от первого до последнего метра.

Алюминиевый экструзионный профиль серии OEM 2020 с Т-образным пазом 6 мм Поставщики, Com Компания Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd. - это алюминиевый профиль экструзии серии 2020 оптом в Китае с конструкцией Т-образного паза 6 мм. Посмотреть продукт →

Солидус и ликвидус: как сплавы увеличивают температуру плавления

Чистый алюминий плавится при одной резкой температуре. Как только добавляются легирующие элементы, переход растекается в диапазон. солид — самая высокая температура, при которой сплав еще полностью тверд; тот ликвидус — это самая низкая температура, при которой он становится полностью жидким. Между ними сосуществуют твердая и жидкая фазы, что нормально при литье, но опасно при термообработке и сварке.

Обратите внимание на разброс: 6061 уже частично расплавлен при температуре выше 582°C, хотя он не становится полностью жидким до 652°C. Экструзионные матрицы остаются ниже солидуса, чтобы избежать образования горячих трещин. При термообработке превышение солидуса вызывает начало плавления, которое навсегда разрушает механические свойства детали.

Факторы, влияющие на температуру плавления алюминия

Несколько реальных переменных меняют поведение теоретической точки плавления в цехе.

Легирующие элементы

Кремний и медь снижают интервал плавления больше, чем любые другие распространенные добавки. Эвтектика алюминий-кремний имеет температуру около 577°C и содержит примерно 12,6% кремния, поэтому большинство литейных сплавов остаются работоспособными при температурах, при которых деформируемые сплавы все еще тверды. Магний и цинк также понижают солидус, как показывает строка 7075 в таблице 1. Поэтому выбор сплава неотделим от выбора процесса.

Уровень чистоты

Алюминий чистотой 99,99% плавится за доли градуса при температуре 660,32°С. Марки технической чистоты 99,5–99,8% содержат следы железа и кремния, которые расширяют переход на несколько градусов. Для большинства строительных работ разница незначительна, но для пайки и точного литья меняется выбор наполнителя и время выдержки.

Оксидный слой

Оксид алюминия плавится при температуре примерно 2072°C, что примерно в три раза выше, чем температура металла под ним. При сварке и пайке слой необходимо разбивать или удалять, иначе расплавленный металл не сможет смочить соединение. Во время плавки для отливки оксидная пленка всплывает сверху и ее можно снять, но она также задерживает газ и включения, если их перемешивать с расплавом. Оксидный слой не меняет температуру плавления металла, но это основная причина, по которой алюминий сваривать труднее, чем сталь.

Давление и скорость нагрева

В инженерных целях ни давление, ни скорость нагрева практически не влияют на температуру плавления алюминия. Эффекты давления проявляются только в специализированных исследованиях высокого давления, и скорость нагрева влияет на то, насколько точно вы наблюдаете переход, а не на само равновесное значение. Доверяйте паспорту материала, а не показаниям пирометра.

Что означает температура плавления для алюминиевых профилей и рам

Для рама из алюминиевого профиля , температура плавления почти никогда не является расчетным пределом. Рамы спроектированы с учетом прогиба, предела текучести и жесткости соединений, а не плавления. Температура по-прежнему имеет двоякое значение.

Во-первых, непрерывная эксплуатация при температуре примерно выше 250–300°C смягчает стандартный отпуск 6xxx задолго до того, как происходит плавление: эффекты старения обращаются вспять, прочность падает, а зажатые соединения могут расползаться. Во-вторых, любая сварка или пайка рамы вызывает локальное плавление, отжигающее зону термического влияния. Если рама машины должна выдерживать нагрузку вблизи сварного соединения, проведите повторную эксплуатацию после сварки или перепроектируйте соединение.

Для несущих конструкций с вибрацией или точечными нагрузками низкий модуль упругости алюминия означает жесткость сечения. Мы часто рекомендуем более тяжелые секции стен, такие как утолщенные несущие алюминиевые профили 4040 с Т-образными пазами вместо того, чтобы компенсировать это более прочными сплавами, поскольку рама становится жестче без изменения характеристик сварки или плавления. Практическое инженерное руководство по сравнению серий и классов нагрузки Системы экструзии алюминия с Т-образными пазами экономит больше времени на проектирование, чем повторная проверка температуры плавления.

OEM HS-8-4040B Утолщенный несущий Т-образный алюминиевый профиль 4040, стена T толщиной 2,5 мм Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd. - оптовая продажа Китая HS-8-4040B Утолщенный несущий алюминиевый профиль с Т-образным пазом 4040... Посмотреть продукт →

Алюминий по сравнению с другими распространенными металлами: почему важна температура 660°C

Самое главное последствие – экономическое. Умеренный диапазон плавления алюминия — это именно то, что делает экструзию и литье под давлением быстрыми и доступными. Для плавления и формирования стали и нержавеющей стали требуется гораздо больше энергии, поэтому при тяжелых строительных работах по-прежнему предпочтение отдается стали, тогда как легкие каркасы, корпуса и теплорассеивающие компоненты предпочитают алюминий. Тот же температурный предел означает, что алюминию не место в непрерывной эксплуатации при температуре выше примерно 300°C: он не плавится, но теряет закалку и расползается под нагрузкой.

Практические советы по работе с алюминием

Заставьте температуру плавления работать в конструкторском бюро, а не только в печи:

• Считайте диапазон плавления пределом процесса, а не расчетным пределом. Предел текучести и поведение ползучести определяют применение в конструкциях.
• Для сварных узлов используйте сплавы 6xxx с соответствующим присадочным металлом и убедитесь, что зона термического влияния способна выдержать потерю прочности.
• Для обработанных деталей плавление не является проблемой. Резка происходит при температуре гораздо ниже 660°C, но неконтролируемое нагревание приводит к смещению размеров и износу инструмента, поэтому используйте СОЖ и подачу, как при любой точной работе.
• Никогда не угадывайте диапазон плавления по общей диаграмме. Запросите сертификат стана или технический паспорт для каждой плавки, особенно для отливок и паяных сборок.
• Держите мелкую алюминиевую стружку вдали от источников возгорания. Мелкодисперсная алюминиевая пыль может воспламениться значительно ниже температуры плавления в массе.

На наших производственных мощностях температура плавления определяет, как будет изготовлена ​​деталь, а не возможность ее изготовления. Если необходимо отлить геометрию, мы охлаждаем ее от ликвидуса с контролируемыми параметрами. Если его необходимо сваривать, мы управляем локальным тепловложением. Если его необходимо обработать, мы применяем обработка алюминия с ЧПУ с контролируемыми подачами, скоростями и расходом охлаждающей жидкости.

Оптовый завод по обработке алюминия с ЧПУ, производители Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd. - это китайские производители обработки алюминия с ЧПУ и факт обработки алюминия с ЧПУ ... Посмотреть продукт →

Знать, что чистый алюминий плавится при температуре 660,32°C, несложно. Настоящий инженерный вопрос заключается в том, из какого сплава, какого процесса и в каком температурном интервале получается нужная вам деталь. Начните с серии сплавов, проверьте солидус и ликвидус и продолжайте процесс.