알루미늄의 융점: 순수한 알에서 합금까지

1. 소개

알루미늄은 오늘날 사용되는 가장 다양하고 풍부한 금속 중 하나입니다., 항공 우주에서 소비자 전자 제품에 이르기까지 토대 산업.

그것의 조합 가벼운 무게, 좋은 전도도, 그리고 부식 저항 필수 불가결합니다.

제조, 재활용, 또는 알루미늄에 효과적으로 가입하십시오, 엔지니어는 고체에서 액체로 전환시기를 정확히 알아야합니다..

이 기사에서, 우리는 알루미늄의 녹는 점 (정확한 가치)을 탐구합니다, 영향 요인, 측정 기술, 산업적 영향.

이러한 세부 사항을 명확히하여, 우리는 재료 과학자와 생산 엔지니어를 장비하여 알루미늄의 녹는 행동에 의존하는 프로세스를 최적화하기위한 실행 가능한 통찰력을 갖추는 것을 목표로합니다..

2. 녹는 점은 무엇입니까??

열역학에서, 그만큼 녹는 점 고체와 액체 상이 평형에서 공존하는 온도를 표시합니다..

이 정확한 온도에서, 고체는 결정 격자를 파괴하기에 충분한 열을 흡수합니다.,

녹기가 완료 될 때까지 일정한 온도를 유지하면서 액체로 변환.

몇 가지 요인이 평형 온도에 영향을 미칩니다:

• 청정: 순수한 물질은 날카 롭습니다, 잘 정의 된 용융점. 미량 불순물조차도 용융 범위를 넓히고 발병 온도를 줄일 수 있습니다..
• 압력: 압력이 상승함에 따라, 녹는 점에 따라 융점이 일반적으로 증가합니다 클레이 리론 관계,
  부피 및 엔트로피 차이를 통해 위상 경계에서 압력 및 온도의 변화를 연결합니다..
• 합금: 알루미늄을 실리콘이나 구리와 같은 원소와 혼합합니다 액체 그리고 solidus 위상 다이어그램의 선.
  액체는 합금이 완전히 액체 인 온도를 나타냅니다.,
  Solidus는 아래 온도를 완전히 단단합니다.. 이 두 줄 사이, 고체 및 액체 공존.

3. 순수한 알루미늄의 융점

표준 값: 660.32 ° C (1220.58 ° F)

표준 대기압에서 (0.1 MPA), 순수한 알류미늄 녹는다 660.32 ° C (1,220.58 ° F).

실험실은 고도로 고정 점 셀을 사용 하여이 값을 확인하고 인증 된 참조 자료와 비교합니다..

산업용 열전대,
따라서 운영자는 일반적으로 퍼니스 설정 점을 설정했습니다 680–700 ° C 쏟아지기 전에.

알루미늄의 용융점에 영향을 미치는 요인

합금 요소의 효과

합금 알루미늄, 다음과 같은 요소 규소 (그리고), 마그네슘 (Mg), 구리 (Cu), 그리고 아연 (Zn) 녹는 거동을 변경합니다:

• 규소 (Al- 예) 합금 (예를 들어, A356, A319) 주위에 공허 구성을 전시합니다 12.6 wt % 그리고. 그들의 공적 혼합물이 녹습니다 577 ° C, 반면에 액체는 근처에 있습니다 615 ° C.
• 마그네슘 (Al – MG) 추가 (예를 들어, 6061 합금) 액체를 대략적으로 밀어 넣으십시오 650 ° C 그리고 solidus 582 ° C, 대략적인 용융 범위를 만듭니다 68 ° C.
• 구리 (al-cu) 그리고 아연 (Al – Zn) 교대 용융 범위가 더 있습니다: 예를 들어, 7075 (al -zn -mg-) 근처에 액체가 있습니다 635 ° C 그리고 주위의 solidus 475 ° C, ~ 160 ° C의 스프레드.
• 각 합금의 용융 범위는 위상 다이어그램에 나타납니다, 제조업체는 캐스팅을 목표로해야합니다
  또는 얇은 부분의 완전한 유동성과 적절한 공급을 보장하기 위해 액체보다 훨씬 높은 압출 온도.

불순물 및 액체 / 고형 우울증

소량의 양 철 (Fe), 니켈 (~ 안에), 또는 크롬 (Cr) 불순물로 작용하십시오,

종종 금속 간 화합물을 형성합니다 (예를 들어, Al₃fe) 그리고 액체 온도를 몇도 줄어 듭니다.

예를 들어, 단지 0.1 wt % Fe 액체를 ~ 2–3 ° C로 낮출 수 있습니다.

파운드리는 플럭스를 사용하여 이것을 완화합니다 (클로라이드 또는 불소 기반) 산화물과 수소를 제거하기 위해 degassing,

따라서 용융 고원을 선명하게하고 Solidus와 Liquidus 사이의 간격을 줄입니다..

용융의 압력 의존성 (클레이 리론 관계)

높은 압력으로, 알루미늄의 녹는 점은 대략 상승률로 상승합니다 6 K/GPA.

대부분의 산업 공정에서 또는 그 근처에서 작동합니다 1 ATM, 이 효과는 무시할 수있는 것으로 판명됩니다.

하지만, 고압 연구 (예를 들어, 다이아몬드 - 안빌 세포 실험) 그것을 드러냅니다 1 GPA, 알루미늄의 녹는 점이 주위로 올라갑니다 666 ° C.

표준 캐스팅에는 직접적으로 적용 할 수는 없습니다, 이 정보는 압력이 고체 - 액체 평형에 어떤 영향을 미치는지 강조합니다.

4. 합금 시스템 및 용융 범위

아래는 일반 알루미늄 합금과 대략적인 고체/액체에 대한 비 유명하지만 광범위한 목록입니다. (녹는) 온도.

많은 경우에, 각 합금은 a 범위 solidus 사이 (녹는 발병) 그리고 액체 (완전히 액체) 합금 및 공융 반응으로 인해.

메모 및 관찰:

• 순수한 알루미늄 (1100) 정확히 녹습니다 660.3 ° C (1 220.5 ° F); 광고 1100 약간의 ±를 나타낼 수 있습니다 1 ° C (± 1.8 ° F) 미량 불순물로 인한 변화.
• Al – SI 캐스팅 합금 (A356, A380, ADC12, A413) 특징 Solidus 값 546 ° C (1 015 ° F) 에게 ~ 577 ° C (1 071 ° F), 595–615 ° C 근처의 액체 (1 103–1 139 ° F).
  일부에서는 비교적 좁은 동결 간격 (예를 들어, A356) 미세한 미세 구조와 우수한 기계적 특성을 생성합니다.
• Mg-bearing 단쇄 합금 (5052, 5083, 6061, 6082, 6063) 보여주다 사이의 고체 온도 545 ° C (1 013 ° F) 그리고 582 ° C (1 080 ° F),
  액체는 사이에 있습니다 640 ° C (1 184 ° F) 그리고 655 ° C (1 211 ° F).
  MG 함량이 상승함에 따라, solidus는 낮아집니다, 용융 범위를 넓 힙니다.
• 강도가 높습니다 7000 시리즈 (7050, 7075) 매우 전시회 넓은 동결 범위,
  470-475 ° C 근처의 공학학 (878–887 ° F) 및 약 635-640 ° C의 액체 (1 175–1 184 ° F).
  신중한 프로세스 제어 (진공 주조, HPDC) 뜨거운 균열을 방지하는 데 필수적입니다.
• 구리가 풍부한 알루미늄 합금 (2024, 2014) 가지다 490–502 ° C 근처의 고체 값 (914–935 ° F)
  그리고 640-642 ° 100 근처 (1 184–1 188 ° F)- ~ 140 ° C의 매우 큰 간격 (≈ 252 ° F), 결함을 피하기 위해 정확한 온도 관리를 요구합니다.
• 신흥 합금 (al -li, 스케일, albemet, 나노 합금) 녹는 동작을 몇 도만 조정하지만 고유 한 기계식 또는 처리 장점을 제공합니다..

5. 측정 및 결정 방법

알루미늄의 녹는 점을 정확하게 정확히 정확하게 정확하게 찾아 내려면 제어 된 실험실 방법이 필요합니다. 엔지니어와 연구원은 의존합니다:

차동 스캐닝 열량 측정 (DSC)

DSC는 작은 알루미늄 샘플로의 열 흐름을 측정합니다 (5–10 mg) 알려진 속도로 온도 경사로 (예를 들어, 10 ° C/분).

그만큼 흡열 피크 ~에 660.3 ° C는 융합의 잠열에 해당합니다 (대충 10.71 KJ/mol, 또는 394 J/G).

고등 DSC 기기는 Indium과 같은 1 차 참조로 교정하여 ± 0.5 ° C 정확도를 달성합니다. (녹는 점 156.6 ° C) 그리고 아연 (419.5 ° C).

차동 열 분석 (DTA)

DTA에서, 참조 (비활성 재료) 알루미늄 샘플은 동일한 가열 프로그램을 공유합니다. 그들 사이의 온도 차이는 녹는 발병을 나타냅니다.

DSC보다 덜 정확하지만, DTA는 ± 1 ° C 해상도를 제공합니다, 냉각 곡선과 쌍을 이룰 때 합금 범위를 특성화하는 데 유용하게 만듭니다..

열전대 기반 퍼니스 테스트

산업 파운드리는 종종 의존합니다 유형 k (Nicr - 시니어) 또는 타입 n (NICRSI-SOME) 용융 알루미늄에 삽입 된 열전대.

샘플에 도달함에 따라 660 ° C, 운영자는 임시를 기록합니다 고원 (아이스 포인트 퍼니스 스타일) 잠재 열 흡수를 나타냅니다.

하지만, 과열 명백한 온도를 밀 수 있습니다 680–700 ° C 실제 액체로 떨어지기 전에.

기준 금속에 대한 반복적 인 교정은 체계적인 오류를 수정하는 데 도움이되지만 산화 관련 편향을 완전히 제거 할 수는 없습니다..

정밀한 도전 (산화, 과열)

녹은 알루미늄은 빠르게 an을 형성합니다 알루미나 (알 ₂ 오 ₂) 표면에 영화, 내부 액체 절연 및 스케팅 온도 판독 값.

동시에, 벌크 알루미늄이 자주 과열 핵 생성 장벽이 녹는 발병을 지연시키기 때문에 액체 위로 20-30 ° C까지.

이러한 문제를 극복하기 위해, 실험실은 불활성 가스에서 샘플을 교반합니다 (아르곤) 또는 측정하기 전에 산화물 필름을 깨기 위해 플럭스를 적용하십시오..

또한 고정점 셀을 장착하여 인증 된 표준에 대해 열전대를 교정합니다..

6. 산업용 녹고 캐스팅 관행

산업 환경에서, 알루미늄은 거의 분리되지 않습니다; 운영자는 양질의 주물을 생산하기 위해 일련의 전문 실습을 통해 만족합니다:

전형적인 용광로 유형

• 유도 용광로: 전자기 코일은 스크랩이나 잉곳을 빠르게 가열합니다.
  유도는 금속 내에서 열을 집중시키기 때문입니다, 이 용광로는 알루미늄을 효율적으로 녹입니다 700–750 ° C.
• 잔향 용광로: 가스 유발 난로는 큰 배치를 허용합니다 (최대 몇 톤) 녹는다 700–720 ° C. 최소한의 온도 오버 슈트를 유지하면서 연산자는 드 로스를 피합니다.
• 로타리 용광로: 기울어 진 드럼은 회전하여 가열과 교반을 결합합니다, 주위에 균일 한 온도를 유지합니다 700–750 ° C 합금 균질성을위한 좋은 혼합을 제공합니다.
• 도가니 용광로: 소규모 용량 단위 (50–200kg) 전기 요소 또는 프로판을 통해 알루미늄을 가열합니다, 근처에 금속을 잡고 있습니다 680–700 ° C 쏟아 질 때까지.

플럭스 및 탈기

용융 알루미늄은 수소를 쉽게 트랩합니다 (최대 용해도 0.7 cm³ H 100/100 g al ~에 700 ° C).

최소화합니다 수축 다공성, 파운드리 버블 불활성 가스 (아르곤, 질소) 용융을 통해, 수소가 탈출하도록 장려.

그들은 또한 소개합니다 플럭스- 특히 염화물 또는 불소의 혼합 - 알루미나를 용해시키고 떠 다니는, 탈지하기 쉽게 만듭니다.

효과적인 플럭스는 산화물 포함을 더 이상 감소시킵니다 80 %, 최종 캐스팅 무결성을 직접 개선합니다.

에너지 소비 및 효율성 고려 사항

용융 1 차 알루미늄이 소비됩니다 13킬로그램 당 –15kWh 생산 된 금속.

대조적으로, 반성 (재활용) 알류미늄 만 필요합니다 1.8킬로그램 당 –2.2kWh- 대략 85 % 에너지 절약.

현대 용광로 레버리지 세라믹 섬유 라이닝, 재생 버너, 그리고 폐기물 복구 추가로 에너지 사용을 줄입니다 15–20 %.

파운드리 트랙 톤당 에너지 비용 밀어 넣습니다, 가열로서 최대의 가열을 설명합니다 60 % 총 캐스팅 비용.

품질을위한 처리 및 온도 제어

일관된 합금 조성을 보장하고 거시 분리를 최소화합니다, 연산자는 기계적 임펠러 또는 전자기 교반을 사용하여 용융 알루미늄 교반.

그들은 용융을 가졌다 700–720 ° C 간단한 담금 (5–10 분) 홀딩 용광로로 옮기기 전에.

온도 컨트롤러 - 종종 링크 적외선 불꽃계- ± 5 ° C 안정성을 유지합니다, 박사 주조의 유동성을 보장하면서 과도한 과열 방지.

7. 산업적이고 실질적인 영향

야금: 용융 및 주조 과정

파운드리는 금형의 완전한 충전을 보장하기 위해 합금의 액체 위로 20-40 ° C로 용광로를 교정합니다..

온도가 너무 낮습니다 (예를 들어, 보다 적습니다 50 ° C 액체) 감기가 닫히고 오해를 유발합니다,

과도한 과열 동안 (예를 들어, > 150 ° C 액체) 산화 및 드로스 형성을 가속화합니다.

용융 품질은 기계적 특성에 직접 영향을 미칩니다: 잘 통제 된 용융 수율 신장

~ 위에 12 % A356 캐스팅에서, 제어가 좋지 않으면 연성이 아래로 줄어들 수 있습니다 5 %.

항공 우주, 자동차, 건축 용도

• 항공 우주: Al -LI 합금의 정밀 투자 캐스팅 (액체 ~ 640 ° C, solidus ~ 510 ° C) 임계 제트 엔진 구성 요소의 다공성을 피하기 위해 용융 청결을 요구합니다..
• 자동차: A380의 고압 다이 캐스팅 (액체 ~ 595 ° C) 전송 케이스의 경우 곰팡이 가열이 필요합니다 240–260 ° C 오한을 피하기 위해.
• 건설: 압출 6061 창 프레임이 발생합니다 500–520 ° C, hequileus 아래, 차원 안정성으로 균형을 맞추고 있습니다.

용접 및 첨가제 제조 고려 사항

• 퓨전 용접: 가스 텅스텐 아크 용접 (gtaw) 6061-T6의 DC 전극 음성 용접 풀을 유지하기 위해 열 입력으로 650–700 ° C.
  하지만, 열 영향 구역 (위험요소) 아래로 떨어질 수 있습니다 500 ° C, 재 지정하지 않으면 연화를 유발합니다.
• 첨가제 제조 (SLM/EBM): 고급 알루미늄 분말 (입자 크기 15–45 µm) ~에
  분말 침대 융합에는 로컬 온도를 생성하는 레이저 또는 전자 빔이 필요합니다. 1,000 ° C+ 높은 반사율과 전도도를 보상합니다.
  프로세스 매개 변수는 키 홀링 및 스 패터를 최소화해야합니다, 알루미늄의 강철보다 녹는 점에도 불구하고.

열처리 설계 & 뜨거운 작업

단조 또는 압출 일정은 Solidus보다 훨씬 낮습니다 350–550 ° C (662–1 022 ° F)- 초기 용융을 피하기 위해.

형성 후, 합금은 종종 근처에 해결책을 겪습니다 515–535 ° C (959–995 ° F) 그리고 T6 또는 다른 성사를 확립하기위한 담금질.

재활용 효율

2 차 알루미늄 제련소는 대부분의 합금을 녹입니다 700–720 ° C (1 292–1 328 ° F),

달성 90–95 % 회복 ~ 0.5–0.8 kWh/kg-재발하는 강철보다 낮은 에너지 (1,400–1,600 ° C / 2-4 kWh/kg).

8. 다른 금속과 비교

9. 결론

알루미늄의 융점, 660.32 ° C, 앵커 수많은 산업 운영, 1 차 제련에서 고급 첨가제 제조까지.

녹는 임계 값이 상대적으로 낮 으면 에너지 소비가 줄어 듭니다, 재활용을 가속화합니다,

구리 및 강철과 같은 고수 금속에 비해 주조를 단순화합니다..

산업이 계속 더 가벼워진다, 더 강력합니다, 더 복잡한 알루미늄 성분,

알루미늄의 녹는 행동을 이해하고 관리하는 것은 여전히 ​​중요합니다.

나노 합금에 대한 추가 연구, 극심한 압력 용융, 에너지 효율적인 난방 방법 약속

현대 야금에서 알루미늄의 역할을 정의하는 이러한 기초 전환 (통신으로)에 대한 이해를 심화시키기 위해.