¿Cuál es el punto de fusión del aluminio y por qué es importante?

Al evaluar el aluminio para una aplicación de producto, los diseñadores generalmente se interesan más en propiedades como su alta relación resistencia-peso, su resistencia a la corrosión o incluso su valor como disipador de calor. Esto significa que el punto de fusión del aluminio puede pasarse por alto fácilmente. Aunque esto puede no importar dependiendo de cómo se utilice un producto, plantea un problema si el material pudiera estar expuesto a temperaturas muy altas.

En su forma pura, el aluminio elemental tiene un punto de fusión de 1220.58°F (660.32°C). Sin embargo, casi todas las aplicaciones del aluminio son como una aleación en lugar de un elemento puro. Y dependiendo de la composición de la aleación en cuestión, esto puede reducir significativamente la temperatura de fusión en comparación con el aluminio puro.

Este artículo explora el punto de fusión de las aleaciones de aluminio y discute cómo el calentamiento del aluminio puede afectar sus usos.

¿Cuál es el rango de fusión de las aleaciones de aluminio?

Como hemos mencionado, añadir elementos de aleación al aluminio puro reduce su temperatura de fusión. Este efecto se conoce como “depresión del punto de fusión”. Y a diferencia del aluminio puro, que tiene un punto de fusión muy preciso, la gran mayoría de las aleaciones tienen un rango de fusión.

Dentro de su rango de fusión, una aleación puede ser tanto parcialmente líquida como parcialmente sólida. Si la temperatura se incrementa por encima del rango de fusión, la aleación se vuelve completamente líquida, y por debajo del rango, es completamente sólida.

Aquí están los rangos de fusión de algunas de las aleaciones más populares de fundición a presión y extrusión de aluminio:

Aleaciones forjadas1

Aleaciones fundidas2

Estos rangos de fusión no reflejan las temperaturas de procesamiento de fundición a presión.

Como podemos ver, los elementos de aleación utilizados y su concentración pueden tener un impacto significativo en la temperatura en la que una aleación comienza a fundirse, e incluso en la temperatura a la que se vuelve completamente líquida. El aluminio reciclado también puede llevar impurezas de etapas anteriores de su ciclo de vida del producto que afectan su rango de fusión y otras propiedades de maneras impredecibles.

El rendimiento del aluminio en aplicaciones de alta temperatura

El aluminio se utiliza en todo nuestro entorno, desde piezas automotrices hasta laptops y teléfonos móviles, pasando por utensilios de cocina. Aunque muchas de nuestras aplicaciones diarias para productos de aluminio no implican calor extremo, el aluminio es tan ampliamente utilizado que aún se expone a algunas aplicaciones de alta temperatura. Estas podrían incluir componentes de equipos de procesamiento industrial, ensamblajes aeroespaciales y piezas automotrices.

Un ejemplo más relatable es el de los utensilios de cocina domésticos. Aunque menos comunes que los de acero inoxidable, las ollas, sartenes, ollas a presión y bandejas para hornear de aluminio pueden calentarse rápidamente y distribuir el calor uniformemente. Sin embargo, ¡las cocinas modernas de gas y eléctricas pueden alcanzar temperaturas iguales o superiores al punto de fusión del aluminio!

¿Esto significa que solo puedes usar utensilios de cocina de aluminio en configuraciones de calor "bajo" o "medio"? En términos generales… no, todavía puedes usar de manera segura utensilios de cocina de aluminio a alta temperatura de la misma manera que otros utensilios de cocina. Esto se debe a su alta conductividad térmica y a la gran superficie de la olla o sartén que puede conducir eficientemente el calor desde el quemador hacia la comida y el aire circundante.

Dicho esto, si los utensilios de cocina de aluminio se dejan a alta temperatura sin comida ni agua dentro, el metal eventualmente puede fundirse en algunas cocinas. En resumen, siempre que se utilice correctamente, los utensilios de cocina de aluminio son una excelente y duradera adición a la cocina.

Otra consideración para los diseñadores de productos debería ser que un producto de aluminio expuesto a alta temperatura puede fallar mucho antes de que cualquier parte de la aleación de aluminio comience a entrar en la fase líquida. De hecho, los componentes de aluminio expuestos regularmente a temperaturas de solo 300 a 400°F (150 a 200°C) pueden experimentar una reducción notable en su resistencia. Esto hace que el aluminio sea más susceptible a otros mecanismos de falla, como el estrés aplicado excesivo o la fluencia.

Calentamiento y fusión durante la fabricación de aluminio

Hay muchas formas diferentes en que el calentamiento del aluminio puede afectar las propiedades del material. El calentamiento y el enfriamiento pueden aumentar o disminuir la dureza, tenacidad, resistencia, resistencia a la corrosión y más del aluminio, incluso después de que las temperaturas vuelvan a la normalidad.

Si bien los tratamientos térmicos estándar se completan mejor en un horno, la fabricación y el procesamiento del aluminio también pueden calentar o incluso fundir partes del aluminio como efecto secundario, cambiando sus propiedades. Esto a veces significa efectos positivos, como la reducción del estrés residual mediante laminado en caliente en comparación con el laminado en frío. Pero también podría significar un exterior excesivamente duro y quebradizo durante el forjado o la fundición que conduce a grietas en el futuro.

Ya sea durante la vida útil de un producto o como resultado de la fabricación y el procesamiento, los cambios extremos de temperatura pueden tener un impacto significativo en la forma en que el aluminio se desempeña. Educarte sobre el comportamiento de calentamiento y fusión del aluminio, así como obtener una mejor comprensión de cómo se fabrica el aluminio, puede ayudarte a gestionar el rendimiento del material y obtener el máximo provecho de tus piezas de aluminio.

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