Punto de fusión del aluminio: una guía completa

El aluminio (Al) es un elemento versátil. Es famoso por su alta relación resistencia-peso, sus propiedades anticorrosivas y su conductividad superior. Sin embargo, una característica crucial que tiene un impacto en las técnicas de procesamiento y las aplicaciones es la fusión del aluminio. El punto de fusión es un parámetro importante para la transición del metal de la fase sólida a la líquida. Los ingenieros y los metalúrgicos siempre lo consideran un elemento clave en cualquier proceso industrial para aplicaciones de alta temperatura. En este artículo se analiza la importancia del punto de fusión del aluminio y su efecto en múltiples propiedades.

¿Cuál es el punto de fusión del aluminio?

El punto de fusión es la temperatura a la que cualquier sólido pasa al estado líquido. El punto de fusión del aluminio puro al 99.99 % es de 660,37 °C. Puede haber una ligera diferencia en la temperatura de fusión con la diferencia de pureza. Por ejemplo, el punto de fusión del aluminio al 99.5 % es de 657 °C y el del aluminio al 99.0 % es de 643 °C.

Comprender los puntos de fusión

¿El aluminio tiene un punto de fusión o un intervalo de fusión?

El aluminio puro tiene un punto de fusión definido de aproximadamente 660.3 °C. Sin embargo, la mayor parte del aluminio utilizado en la fabricación no es puro, sino una aleación compuesta por elementos como magnesio, silicio, cobre o zinc. Por ello, muchas aleaciones de aluminio no se funden a una temperatura exacta, sino que lo hacen en un rango de temperaturas. El extremo inferior de este rango se denomina solidus, donde comienza la fusión, y el extremo superior, liquidus, donde la aleación se encuentra en estado líquido.

Esta diferencia es crucial en la producción real. Cuando los ingenieros evalúan procesos de fundición, soldadura, soldadura fuerte o procesamiento térmico, el intervalo de punto de fusión de la aleación de aluminio suele ser más útil que el punto de fusión del aluminio puro. Por eso, la ficha técnica de las aleaciones 6061 o 7075 a menudo muestra un intervalo de fusión en lugar de un solo valor. En la fabricación, comprender cuándo una aleación comienza a ablandarse y cuándo se funde por completo ayuda a reducir defectos, controlar el aporte térmico y seleccionar el rango de temperatura adecuado para el proceso.

Punto de fusión del aluminio en grados Kelvin

El punto de fusión del Al en Kelvin es 933.5 K.

¿Por qué es importante el punto de fusión?

Se debe reconocer la importancia del punto de fusión porque se trata de aplicaciones industriales o de altas temperaturas. Es importante conocer la temperatura de fundición del aluminio o la temperatura de soldadura del aluminio. Una temperatura de fusión insuficiente o incorrecta puede provocar defectos estructurales y debilidad, un rendimiento de producción deficiente y errores en los tratamientos térmicos, la soldadura o cualquier otro método. Esto puede acabar provocando un aumento de los costes.

Cambio de volumen para un metal puro (estructura cristalina) y vidrio (estructura no cristalina) 

Punto de ebullición del aluminio

El punto de ebullición del aluminio es de 2,470 °C. Un punto de ebullición más alto significa que los iones están más juntos, lo que aumenta la fuerza de sus enlaces y, en última instancia, el punto de ebullición.

Rangos de fusión de aleaciones de aluminio comunes utilizadas en la fabricación

En la fabricación, las aleaciones de aluminio se utilizan con más frecuencia que el aluminio puro, por lo que el intervalo de fusión suele ser más práctico que un único valor de punto de fusión.

Puntos de fusión de los grados de aluminio más comunes

Las temperaturas de fusión de los distintos grados de aluminio son significativamente diferentes a las del aluminio puro. Esto se debe a su composición, estructura, formas del aluminio y porcentaje de elementos de aleación.

• Aleación de aluminio 6061: se funde a 580 – 650 °C
• Aluminio 6061 T6: se funde a 582 - 652 °C
• Aluminio 7075: se funde a 475 – 635 °C
• Aluminio 2024: se funde a 500 – 635 °C

Estas diferencias también importan en la fabricación, porque el rango de fusión de un grado de aluminio puede afectar:

• Control de soldadura: En el proceso de soldadura, los rangos de fusión más bajos pueden requerir un control más preciso del aporte de calor.
• Comportamiento en la fundición: Las diferentes aleaciones responden de manera diferente en los procesos de conformado y fundición basados ​​en calor.
• Selección de materiales: El comportamiento de fusión se revisa a menudo junto con la resistencia, la resistencia a la corrosión y maquinabilidadEspecialmente en proyectos personalizados o en la fabricación de prototipos.
• Seguridad del proceso: Un rango de fusión claro ayuda a definir límites de procesamiento térmico más seguros.
• Rendimiento de las piezas: En el caso de componentes expuestos al calor, el comportamiento de fusión de la aleación puede influir en las decisiones de diseño.

Temperatura de fusión del óxido de aluminio

El óxido de aluminio tiene un punto de fusión más alto que el aluminio puro, que es de 2,072 °C. Esto se debe a que el óxido de aluminio tiene un compuesto iónico junto con cierto carácter covalente. Tiene un enlace mucho más fuerte que el aluminio puro, que requiere mayor energía para romper el enlace durante la fusión. Esto finalmente da como resultado una temperatura de fusión más alta para obtener la fase líquida.

Relación entre el punto de fusión y otras propiedades físicas del aluminio

Las propiedades físicas, como las térmicas, están directamente relacionadas con la temperatura de fusión de cualquier metal. Estas propiedades, como la capacidad térmica, la conductividad térmica y la expansión térmica, tienen un impacto en la respuesta del aluminio a diferentes temperaturas. El aluminio es dúctil o tiene un comportamiento de fractura dúctil a todo tipo de temperatura. Pero las temperaturas más bajas o las temperaturas criogénicas cambian las propiedades de los materiales. Estos cambios pueden afectar la tenacidad, la durabilidad, la ductilidad y la resistencia del aluminio.

Solidificación del aluminio

Factores que afectan el punto de fusión del aluminio

Hay varios factores que pueden afectar el punto de fusión del Al.

Pureza y elementos de aleación

La pureza del metal tiene una gran influencia en las temperaturas de fusión. Si la cantidad de elemento de aleación es mayor, la temperatura de fusión será diferente a la del aluminio puro. Si se añaden silicio y hierro, el punto de fusión será menor. Sin embargo, su adición tiene un gran efecto en propiedades como la resistencia a la tracción y a la compresión.

El papel de las impurezas en la reducción del punto de fusión del aluminio

Durante la extracción y el procesamiento del aluminio se añaden impurezas comunes como cobre, silicio o hierro. Con estas adiciones, el punto de fusión disminuye y las propiedades mecánicas aumentan. Inicialmente, esto afecta la transición de fase y la estabilidad del metal, lo que luego altera los puntos de fusión.

El impacto de las microestructuras en el comportamiento de fusión del aluminio

Si el tamaño del grano es menor en la microestructura, el punto de fusión se desplaza hacia el punto más bajo y disminuye el calor de fusión. El recubrimiento de las piezas de aluminio aumenta el punto de fusión.

Presión

La presión también tiene un efecto significativo en el comportamiento de fusión del metal.

Efecto de la presión sobre el punto de fusión

Si la presión es alta, el punto de fusión del aluminio aumentará. Esto implica que cuando se aplica una presión alta, se requiere más calor para fundir el metal. Pero solo el hielo o el agua tienen una rara excepción en este caso: se derriten cuando se aplica presión.

Velocidad de calentamiento

Los comportamientos de fusión también cambian con la velocidad de calentamiento.

Calentamiento rápido vs. Calentamiento lento

 Si la velocidad de calentamiento es lenta, permite cambios más graduales y controlados en la estructura, lo que da como resultado una determinación precisa de la temperatura de fusión. Una velocidad de calentamiento más alta da como resultado una temperatura hemisférica y conduce a una temperatura de fusión elevada. Este fenómeno se conoce como histéresis de la temperatura de fusión.

Aplicaciones del punto de fusión del aluminio

Los puntos de fusión pueden afectar la fundición, la soldabilidad y el tratamiento térmico del aluminio.

Fundición de aluminio

La temperatura de fundición del aluminio debe ser media. Una temperatura de fusión baja produce defectos como encogimiento debido a la baja fluidez. Las temperaturas más altas pueden provocar grietas por calor y porosidad en la pieza final.

Curva de enfriamiento de la fundición de aluminio

Soldadura de aluminio

La temperatura de soldadura del aluminio debe ser la adecuada para obtener buenos resultados. Una temperatura de fusión más baja puede provocar grietas en frío. La diferencia de temperatura está directamente relacionada con la tasa de pérdida de calor.

Procesos de soldadura por fusión

La temperatura de soldadura de aluminio incorrecta puede resultar en una menor fusión del metal de soldadura con el metal base. Los ajustes de calor o el punto de fusión incorrectos pueden provocar una falta de penetración, lo que puede generar grietas en la soldadura.

Procesos de soldadura de estado sólido

Una temperatura de soldadura de aluminio más alta o más baja puede debilitar las soldaduras. Una temperatura más baja provoca una menor penetración y provoca puntos de soldadura débiles. Las temperaturas más altas debilitan las piezas de aluminio debido al suministro excesivo de calor.

Medición y control del punto de fusión del aluminio

El punto de fusión adecuado y la garantía de alcanzarlo correctamente se comprueban mediante herramientas de medición y parámetros de control.

Herramientas de medición de temperatura

Existen muchas herramientas de medición de temperatura, como termopares, termómetros, etiquetas de temperatura, pirómetros, termistores y sensores inteligentes. A continuación, se describen las herramientas más comunes:

termopares

Es un sensor de medición de temperatura. Consta de dos cables metálicos diferentes que se conectan por un extremo al instrumento. Este puede aceptar la entrada del termopar y medir las lecturas.

pirómetros

Este dispositivo mide temperaturas relativamente altas, como las de los hornos. La mayoría de ellos funcionan midiendo la radiación del cuerpo del horno. Esto tiene una ventaja adicional de seguridad para evitar el contacto con el horno caliente.

Métodos de determinación del punto de fusión

El punto de fusión se puede determinar mediante muchos métodos. Los más comunes son el método capilar, el microscopio de barrido diferencial y el microscopio de platina caliente.

Calorimetría diferencial de barrido (DSC)

Es un aparato de análisis térmico que mide el cambio de las propiedades físicas con la temperatura y el tiempo. La temperatura y el flujo de calor relacionados con el comportamiento del material con respecto al tiempo y la temperatura se pueden medir mediante DSC.

Microscopía de platina caliente

Es una combinación de análisis térmico y microscopía que ayuda a estudiar el comportamiento del material con respecto al tiempo y la temperatura.

Comparación del punto de fusión del aluminio con el de otros metales

¿Qué se derrite más rápido, el aluminio o el acero?

El aluminio se funde más rápido porque tiene una temperatura de fusión de 660 °C y el acero tiene una temperatura de fusión de 1370 °C.

Punto de fusión del aluminio frente al cobre

El punto de fusión del aluminio es más bajo: el aluminio se funde a 660 °C, mientras que el cobre se funde a 1084 °C.

Punto de fusión del aluminio frente al hierro

El aluminio tiene un punto de fusión más bajo. El aluminio se funde a 660 °C, mientras que el hierro se funde a 1510 °C.

Punto de fusión del latón frente al aluminio

El aluminio tiene un punto de fusión más bajo. El aluminio se funde a 660 °C, mientras que el latón se funde a 930 °C.

Preguntas Frecuentes

¿Cuál es el metal más fácil de fundir?

El mercurio tiene el punto de fusión más bajo, que es -39 °C.

¿Puede una estufa de gas derretir el aluminio?

No, la estufa de gas no puede derretir el aluminio porque no tiene una temperatura lo suficientemente alta como para derretirlo.

Temperatura y fuente de calor

La temperatura es igual a la fuente constante de suministro de calor. Cuanto más alta sea la temperatura, más se calentará el objeto.

¿Por qué las piezas de aluminio pueden fallar antes de fundirse?

Las piezas de aluminio pueden fallar antes de fundirse, ya que el calor puede debilitar el material mucho antes de que se vuelva líquido. A medida que aumenta la temperatura, el aluminio puede ablandarse, deformarse o perder resistencia, lo que puede provocar que la pieza falle durante su uso incluso por debajo de su punto de fusión.

¿Qué metal tiene el punto de fusión más alto?

El tungsteno es un metal con un punto de fusión extremadamente alto, de 3,399 °C.

¿Cuál es el punto de congelación del aluminio?

El punto de congelación del aluminio es de aproximadamente 660.3 °C (1220.5 °F), que es prácticamente el mismo que su punto de fusión en condiciones normales. En el caso de las aleaciones de aluminio, el punto de congelación suele indicarse como un intervalo de temperatura en lugar de una temperatura exacta.