Температура плавления алюминия¶
Температура плавления алюминия — физическая константа, характеризующая переход чистого алюминия из твёрдого состояния в жидкое при нормальном давлении. Значение составляет 660,32 °C (933,47 K), что делает алюминий одним из самых распространённых конструкционных металлов с относительно низкой температурой плавления. Данная характеристика определяет технологические режимы литья, сварки и термической обработки сплавов на основе алюминия.
¶Физические свойства
Алюминий (Al, атомный номер 13) — серебристо-белый металл, относящийся к лёгким металлам. При нормальных условиях плотность чистого алюминия составляет около 2,70 г/см³, что примерно втрое меньше плотности стали. Температура кипения алюминия — 2519 °C, то есть диапазон между плавлением и кипением составляет более 1800 °C.
При достижении температуры плавления алюминий переходит в жидкое состояние с характерными изменениями физических свойств:
- Плотность снижается примерно до 2,375 г/см³ (на 12 %);
- Электрическое сопротивление увеличивается;
- Теплопроводность меняется незначительно;
- Объём при плавлении увеличивается примерно на 6,5 %.
Температура плавления алюминия существенно зависит от его чистоты. Чем выше содержание примесей, тем ниже температура плавления. Например, технический алюминий с содержанием примесей до 0,5 % плавится при 650–658 °C, а сплавы с примесями железа, кремния, меди и марганца могут плавиться при температурах на 20–60 °C ниже чистого металла.
¶Влияние примесей и легирующих добавок
Легирование алюминия позволяет изменять как механические свойства, так и температуру плавления сплавов. Основные легирующие элементы и их влияние на температуру плавления:
| Легирующий элемент | Влияние на температуру плавления |
|---|---|
| Кремний (Si) | Снижает до 577 °C (эвтектика Al–Si) |
| Медь (Cu) | Снижает до 548 °C (эвтектика Al–Cu) |
| Магний (Mg) | Снижает до 450 °C (эвтектика Al–Mg) |
| Цинк (Zn) | Снижает до 382 °C (эвтектика Al–Zn) |
| Марганец (Mn) | Незначительно снижает |
| Титан (Ti) | Незначительно влияет |
Наиболее распространённый сплав — силумин (алюминий с кремнием), содержит 4–22 % кремния и имеет температуру плавления около 577 °C. Сплавы системы Al–Cu (дюралюминий) плавятся в диапазоне 548–640 °C в зависимости от содержания меди.
¶Технологическое значение
Температура плавления алюминия определяет параметры основных технологических процессов:
¶Литьё
При литье алюминия температура заливки обычно составляет 700–750 °C, то есть перегрев над температурой плавления составляет 40–90 °C. Для литья под давлением температура металла может достигать 650–720 °C. Точное соблюдение температурного режима критически важно для качества отливок — перегрев приводит к образованию пор и усадочных раковин, недогрев — к недоливу и холодным швам.
¶Сварка
При сварке алюминия температура дуги может достигать 6000–8000 °C, однако температура свариваемого металла контролируется и не должна существенно превышать температуру плавления. Основные методы сварки алюминия:
- Ручная дуговая сварка вольфрамым электродом (TIG) — температура сварочного ванны 660–750 °C;
- Полуавтоматическая сварка (MIG) — аналогичный температурный режим;
- Сварка трением — температура ниже точки плавления (около 500–600 °C).
¶Термическая обработка
Закалка дюралюминия проводится при температуре 495–505 °C, что ниже точки плавления, но достаточно высоко для растворения легирующих элементов. Отжиг сплавов системы Al–Mg выполняется при 350–420 °C.
¶Сравнение с другими металлами
| Металл | Температура плавления, °C |
|---|---|
| Алюминий | 660,32 |
| Магний | 650 |
| Цинк | 419,5 |
| Свинец | 327,5 |
| Медь | 1085 |
| Железо | 1538 |
| Титан | 1668 |
| Вольфрам | 3422 |
Как видно из таблицы, алюминий плавится при значительно более низкой температуре, чем большинство конструкционных металлов, что обусловливает его широкое применение в литейном производстве и облегчает технологические процессы переработки.
¶Практические аспекты
Температура плавления алюминия имеет практическое значение при:
- Переработке вторичного алюминия — переплавка отходов осуществляется при 700–750 °C, что позволяет экономить до 95 % энергии по сравнению с производством первичного металла;
- Пайке — припои на основе алюминия плавятся при 577–610 °C;
- Пожарной безопасности — алюминиевая пыль воспламеняется при 640 °C, а алюминиевый лом в виде стружки может самовоспламеняться при нагреве выше 550 °C;
- Криогенных технологиях — при температурах ниже −200 °C алюминий сохраняет пластичность, в отличие от большинства сталей.
Российская промышленность производит алюминий различных марок — от высокочистого (А99,99) до технического (А5, А6), каждая из которых имеет свою температуру плавления в пределах 650–660 °C.
¶Источники
- ГОСТ 613-79. Алюминий первичный. Технические условия.
- Справочник химика. Том 2. Химические свойства неорганических веществ.
- Ливанов В. А. Металлургия алюминия. — М.: Металлургия, 1978.
- Попович В. С. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. — Киев: Вища школа, 1984.