Температура плавления алюминия

Что такое температура плавления

Силы, которые притягивают одну молекулу к другой, определяют температуру плавления или, как еще говорят, точку плавления, вещества. Молекулярные вибрации, которые вызывает нагрев, превышают межмолекулярные силы именно тогда, когда температура достигает точки плавления. В металлах атомы не образуют молекул – они притягиваются друг к другу за счет металлических связей. Когда вибрации от нагрева превышают силы этих связей, атомы отрываются друг от друга и металл плавится.

Плавление алюминия

Плавление алюминия, как и других веществ, происходит при подводе к нему тепловой энергии, снаружи или непосредственно в его объём, как это происходит, например, при индукционном нагреве.

Чистота алюминия

Температура плавления алюминия зависит от его чистоты:

  • Температура плавления сверхчистого алюминия 99,996 %: 660,37 °С.
  • При содержании алюминия 99,5 %  плавление начинается при 657 °С.
  • При содержании алюминия 99,0 % плавление начинается при 643 °С.

Давление

Температура плавления алюминия повышается с увеличением давления. Зависимость температуры плавления алюминия от давления представлена на графике ниже.

temperatura-plavleniya-alyuminiya-davlenie

Другие термические свойства

Другие термические свойства алюминия [1]:

  • температура кипения: 2494 ºС
  • скрытая теплота плавления: 397 кДж/г
  • удельная теплота испарения: 1,18 · 10-4 MДж/(г·К)
  • теплота сгорания: 31,05 МДж/кг
  • теплоемкость: 0,900 кДж/(г·К) при 25 ºС;
    1,18 кДж/(г·К) при 660,4 ºС (жидкий)

Влияние легирующих элементов и примесей

Добавление в алюминий других элементов, в том числе легирующих, снижает температуру его плавления. Так, у некоторых литейных алюминиевых сплавов с большим содержанием кремния и магния температура начала плавления снижается почти до 500 °С. Вообще, понятие «температура плавления» распространяется только на чистые металлы и другие кристаллические вещества. У сплавов же нет определённой температуры плавления: процесс их плавления (и затвердевания) происходит в некотором интервале температур.

Температура кристаллизации

При плавлении сплава температура начала плавления называется температурой солидус (или точкой слоидус), а температура окончания плавления – температурой ликвидус (или точкой ликвидус). «Солидус» означает, понятно, твердый, а «ликвидус» — жидкий: при температуре солидуса весь сплав еще твердый, а при температуре ликвидуса – весь уже жидкий. При затвердевании этого сплава из жидкого состояния температура начала кристаллизации (затвердевания) будет та температурой ликвидус, а конца кристаллизации – та же температура солидус. При температуре сплава между его температурами солидуса и ликвидуса он находится в полужидком-полутвердом, кашеобразном состоянии.

Плавление силумина

Не все сплавы имеют интервал между температурами солидус и ликвидус. Такие сплавы называют эвтектическим. Например, у алюминиевого сплава с содержанием 12,5 % кремния точки ликвидуса и солидуса сводятся в точку: этот сплав как и чистые металлы имеет не интервал, а точку плавления. Эта точка и температура называются эвтектическими. Этот сплав относится к знаменитым литейным алюминиево-кремниевым сплавам – силуминам с узким интервалом солидус-ликвидус, что и дает их лучшие литейные свойства.

В двойном сплаве Al-Si температура солидус постоянна и составляет 577 °С. При увеличении содержания кремния температура ликвидус снижается от максимального значения для чистого алюминия 660 °С и до совпадения с температурой солидуса 577 °С при содержании кремния 12,6 %.

Среди других легирующих элементов алюминия сильнее всего понижает температуру плавления магний: эвтектическая температура 450 °С достигается при содержании магния 18,9 %. Медь дает эвтектическую температуру 548 °С, а марганец – всего лишь 658 °С! Большинство сплавов являются не двойными, а тройными и даже четверными. Поэтому при совместном влиянии нескольких легирующих элементов температура солидуса – начала плавления или конца затвердевания может быть еще ниже.

Интервалы тепературы плавления сплавов

В таблице ниже представлены температуры ликвидуса и солидуса некоторых промышленных деформируемых сплавов. Необходимо иметь в виду, что понятия температур солидус и ликвидус определены для равновесных превращений жидкой фазы в твердую и обратно, то есть при бесконечной длительности процессов. На практике надо делать поправки с учетом скорости нагрева или охлаждения.

temperatury-likvidus-solidus-alyuminiya

Температура плавления других металлов

Температура плавления некоторых других чистых металлов составляет (градусы Цельсия) [1]:

  • ртуть: минус 39
  • литий: 181
  • олово: 232
  • свинец: 328
  • цинк: 420
  • магний: 650
  • медь: 1085
  • никель: 1455
  • железо: 1538
  • титан: 1670

Источники:
1. Aluminum and Aluminum Alloys, AMS International, 1993.
2. Handbook of Aluminum: Vol. 1, ed. G. E. Totten, D. S. MacKenzie