Il punto di fusione di un metallo è la temperatura alla quale passa da solido a liquido. Per i metalli puri, questa transizione avviene normalmente ad una temperatura ben definita. Per le leghe tecniche come acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, ottone, alluminio 6061 e alluminio 7075, tuttavia, la fusione avviene solitamente attraverso un intervallo di temperatura piuttosto che in un punto esatto.
Per un rapido riferimento:
- Alluminio: circa 660°C / 1220°F
- Rame: circa 1085°C / 1985°F
- Acciaio al carbonio: generalmente circa 1370–1540°C / 2500–2800°F a seconda della composizione
- Acciaio inossidabile 304: circa 1400–1450°C / 2550–2640°F
- Ferro puro: circa 1538°C / 2800°F
- Titanio: circa 1668°C / 3034°F
- Tungsteno: circa 3420°C / 6190°F
Il punto ingegneristico importante è questo il punto di fusione non coincide con la temperatura massima di servizio. Un metallo può perdere resistenza, ossidarsi, deformarsi o deformarsi di centinaia di gradi prima di avvicinarsi alla temperatura di fusione.
Grafico del punto di fusione dei metalli
La tabella seguente mette a confronto i metalli puri comuni e le leghe ingegneristiche.
Per i metalli puri, il solidus e il liquidus hanno essenzialmente la stessa temperatura. Per le leghe i due valori possono essere separati da decine o addirittura centinaia di gradi.
| Metallo o lega | Solidus / Inizio fusione | Liquidus / Completamente fuso | ca. Gamma °F | Tipo di materiale |
|---|---|---|---|---|
| Stagno | 232°C | 232°C | 449°F | Metallo puro |
| Guida | 327°C | 327°C | 621°F | Metallo puro |
| Zinco | 420°C | 420°C | 788°F | Metallo puro |
| 7075 Alluminio | 477°C | 635°C | 890–1175°F | Lega |
| 2024 Alluminio | ~502°C | 638°C | ~935–1180°F | Lega |
| 6061 alluminio | 582°C | 652°C | 1080–1205°F | Lega |
| 5052 Alluminio | ~607°C | 649°C | 1125–1200°F | Lega |
| 6063 Alluminio | 615°C | 655°C | 1139–1211°F | Lega |
| Alluminio puro | 660°C | 660°C | 1220°F | Metallo puro |
| Ottone giallo | ~905°C | ~932°C | ~1660–1710°F | Lega |
| Rame | 1085°C | 1085°C | 1985°F | Metallo puro |
| Ghisa | ~1125°C | ~1205°C | ~2060–2200°F | Lega |
| Acciaio al carbonio | ~1370°C* | ~1540°C | ~2500–2800°F | Lega |
| Acciaio inossidabile 316/316L | ~1375°C | ~1400°C | ~2507–2552°F | Lega |
| Acciaio inossidabile 304/304L | ~1400°C | ~1450°C | ~2552–2642°F | Lega |
| Nichel | ~1455°C | ~1455°C | ~2651°F | Metallo puro |
| Ferro puro | 1538°C | 1538°C | 2800°F | Metallo puro |
| Titanio | ~1668°C | ~1668°C | ~3034°F | Metallo puro |
| Molibdeno | ~2620°C | ~2620°C | ~4750°F | Metallo puro |
| Tantalio | ~3017°C | ~3017°C | ~5463°F | Metallo puro |
| Tungsteno | ~3420°C | ~3420°C | ~6190°F | Metallo puro |
*L'acciaio al carbonio copre un'ampia gamma di composizioni. Molti acciai comuni a basso e medio tenore di carbonio iniziano a fondere a temperature più vicine a circa 1425°C, mentre i materiali ad alto contenuto di carbonio o legati in modo diverso possono avere temperature di solidus inferiori.
I valori nelle tabelle dei punti di fusione dovrebbero quindi essere trattati come valori di riferimento ingegneristici piuttosto che specifiche di lavorazione universali. Il comportamento esatto della fusione dipende dalla composizione chimica e, per alcune leghe, dalla storia della lavorazione.
Qual è il punto di fusione di un metallo?
Un punto di fusione è la temperatura alla quale le fasi solida e liquida di un materiale possono coesistere sotto una pressione specifica.
Per un metallo relativamente puro, la transizione è netta.
L'alluminio puro, ad esempio, si scioglie a circa 660,3°C. Il rame puro si scioglie a circa 1084,6°C, mentre il ferro puro fonde a circa 1538°C.
I materiali tecnici sono più complicati perché la maggior parte dei metalli utilizzati nelle strutture, nei macchinari, nei veicoli e nelle attrezzature industriali non sono elementi puri.
L'acciaio contiene ferro più carbonio e altri elementi.
L'acciaio inossidabile 304 contiene ferro, cromo, nichel e altre aggiunte controllate.
L'alluminio 6061 contiene magnesio, silicio, rame e altri elementi.
L'ottone è principalmente una lega di rame e zinco.
Poiché questi elementi di lega cambiano fase a temperature diverse e interagiscono tra loro, una lega normalmente non passa istantaneamente dal 100% solido al 100% liquido.
Passa invece attraverso a intervallo di fusione.
Punto di fusione e intervallo di fusione
Questa distinzione è una delle cose più importanti da capire quando si legge un grafico del punto di fusione dei metalli.
I metalli puri hanno un punto di fusione definito
Un metallo puro solitamente ha una temperatura di fusione caratteristica.
Gli esempi includono:
| Metallo puro | Punto di fusione approssimativo |
|---|---|
| Alluminio | 660°C |
| Rame | 1085°C |
| Nichel | 1455°C |
| Ferro | 1538°C |
| Titanio | 1668°C |
| Tungsteno | ~3420°C |
Quando l'alluminio puro raggiunge circa 660°C in condizioni atmosferiche normali, la transizione di fase solido-liquido avviene intorno a quella temperatura.
Le leghe hanno solitamente un intervallo di fusione
Una lega contiene due o più elementi, quindi fasi diverse all'interno del materiale non necessariamente si fondono simultaneamente.
Gli esempi includono:
- acciaio al carbonio
- acciaio inossidabile
- alluminio 6061
- Alluminio 7075
- ottone
- bronzo
- leghe di nichel
Per questi materiali è più tecnicamente utile specificare:
Temperatura del solido → Temperatura del liquido
piuttosto che un solo “punto di fusione”.
Quali sono le temperature dei solidi e dei liquidi?
IL temperatura del solido è la temperatura al di sotto della quale una lega è completamente solida.
IL temperatura del liquido è la temperatura al di sopra della quale è completamente liquido.
Tra di loro coesistono fasi solide e liquide.
Sotto il Solidus
Il materiale rimane completamente solido.
Per l'alluminio 6061, ad esempio, il tipico solidus è in giro 582°C.
A temperature inferiori a tale valore il materiale rimane sostanzialmente solido.
Tra solido e liquido
Si verifica una fusione parziale.
Alcune fasi sono liquide mentre altre rimangono solide.
Questa regione semisolida è importante in:
- fusione
- saldatura
- brasatura
- Trattamento termico
- raffinazione dei metalli
- produzione additiva
- formatura semisolida
Sopra il Liquidus
La lega è completamente fusa.
Per l'alluminio 6061, ciò si verifica approssimativamente 652°C.
Ciò non significa che una fonderia debba semplicemente operare a 652°C. I processi di fusione e fusione normalmente richiedono temperature superiori a quelle del liquidus per mantenere la fluidità e compensare la perdita di calore durante il trasferimento e il versamento.
Qual è il punto di fusione dell'acciaio?
Non esiste un unico punto di fusione universale per l’acciaio.
L'acciaio è una lega a base di ferro e il suo comportamento di fusione cambia con:
- contenuto di carbonio
- contenuto di manganese
- cromo
- nichel
- molibdeno
- silicio
- altri elementi di lega
Un ampio intervallo di riferimento per gli acciai al carbonio è di circa 1370–1540°C (2500–2800°F).
Per molti acciai comuni a basso e medio tenore di carbonio, gli intervalli di fusione pratici sono spesso concentrati più vicino a circa 1425–1540°C.
Ecco perché dire semplicemente:
“L’acciaio fonde a 1500°C”
può essere utile come stima approssimativa ma non è sufficientemente precisa per l'ingegneria di processo.
Ferro puro contro acciaio al carbonio
Il ferro puro si scioglie a circa 1538°C.
L'aggiunta di carbonio modifica il sistema della fase ferro-carbonio e generalmente abbassa le temperature alle quali inizia la fusione.
Questo è il motivo per cui la ghisa, che contiene sostanzialmente più carbonio rispetto al tipico acciaio al carbonio strutturale, può iniziare a fondere a temperature molto più basse.
Un confronto semplificato è:
| Materiale a base di ferro | Comportamento di fusione approssimativo |
|---|---|
| Ghisa | ~1125–1205°C |
| Acciaio al carbonio | ~1370–1540°C |
| Acciaio inossidabile 304 | ~1400–1450°C |
| Ferro puro | 1538°C |
Il contenuto di carbonio è solo una parte della selezione del materiale. Due acciai a basso tenore di carbonio possono comunque avere specifiche, proprietà meccaniche e applicazioni previste diverse. Ad esempio, la nostra guida a 1018 contro acciaio A36 spiega perché due materiali che sono entrambi comunemente descritti come acciaio a basso tenore di carbonio non dovrebbero essere automaticamente trattati come intercambiabili.
Qual è il punto di fusione dell'acciaio inossidabile?
Anche l'acciaio inossidabile non ha un punto di fusione.
Diversi gradi di acciaio inossidabile contengono diverse combinazioni di cromo, nichel, molibdeno, manganese e altri elementi leganti.
Gli intervalli di fusione tipici includono:
| Grado di acciaio inossidabile | Intervallo di fusione approssimativo |
|---|---|
| 304 | 1400–1450°C |
| 304L | 1400–1450°C |
| 316 | 1375–1400°C |
| 316l | 1375–1400°C |
| 321 | 1400–1425°C |
| 310 | 1400–1450°C |
| 2205 Duplex | ~1385–1445°C |
| 430 | ~1425–1510°C |
| 410 | ~1480–1530°C |
Un risultato interessante è questo un intervallo di fusione più elevato non significa necessariamente migliori prestazioni di servizio ad alta temperatura.
Ad esempio, la composizione della lega che migliora la resistenza all'ossidazione o le prestazioni al creep potrebbe non aumentare in modo significativo il punto di fusione.
Questa distinzione è importante quando si sceglie il materiale inossidabile per componenti di forni, sistemi di scarico, scambiatori di calore o altre apparecchiature a temperatura elevata.
Steel1Stop fornisce diversi gradi di acciaio inossidabile e specifiche per tubi, inclusi i gradi 304/304L, 316/316L, 321, 310S e duplex. Vedi il nostro guida per tubi metrici in acciaio inossidabile per la selezione del grado nelle applicazioni reali dei tubi.
Qual è il punto di fusione dell'alluminio?
L'alluminio puro fonde a circa:
660,3°C / 1220,5°F
Quel numero appare in quasi tutti i grafici del punto di fusione dell'alluminio.
Tuttavia, la maggior parte dei prodotti in alluminio utilizzati in ingegneria sono leghe di alluminio anziché alluminio commercialmente puro.
L'aggiunta di magnesio, silicio, rame, zinco e altri elementi leganti modifica sia le proprietà meccaniche che il comportamento di fusione.
Grafico dell'intervallo di fusione delle leghe di alluminio
| Lega di alluminio | Solido | liquido | Portata approssimativa |
|---|---|---|---|
| Alluminio puro | 660°C | 660°C | 660°C |
| 6061 | 582°C | 652°C | 582–652°C |
| 6063 | 615°C | 655°C | 615–655°C |
| 2024 | ~502°C | 638°C | ~502–638°C |
| 5052 | ~607°C | 649°C | ~607–649°C |
| 7075 | 477°C | 635°C | 477–635°C |
Perché il 7075 inizia a fondere a una temperatura inferiore rispetto all'alluminio puro?
Questo è un eccellente esempio del perché il comportamento di fusione delle leghe può sembrare controintuitivo.
Il 7075 è sostanzialmente più resistente dell'alluminio puro a temperatura ambiente, ma la sua temperatura di solidus è molto più bassa.
Il motivo è la composizione.
7075 contiene una quantità significativa di zinco insieme a magnesio, rame e altri elementi leganti. Queste aggiunte rafforzano la lega ma modificano anche le relazioni di fase all'interno del materiale.
Perciò:
Una maggiore resistenza meccanica non significa un punto di fusione più elevato.
Questo è importante nella saldatura e nel trattamento termico. Una lega di alluminio può subire una fusione incipiente localizzata in determinate fasi anche se il materiale sfuso è ancora al di sotto della temperatura che le persone associano alla “fusione dell’alluminio”.
Gamma di fusione dell'alluminio 6061
6061 ha tipicamente un intervallo di fusione di circa:
582–652°C / 1080–1205°F
6061 è una delle leghe di alluminio ingegneristiche più utilizzate perché combina buona resistenza, saldabilità, lavorabilità e resistenza alla corrosione.
Se stai selezionando il tubo anziché semplicemente confrontare le proprietà termiche, consulta il nostro Guida per tubi in alluminio 6061.
Gamma di fusione dell'alluminio 6063
6063 tipicamente si scioglie approssimativamente:
615–655°C / 1139–1211°F
È particolarmente comune nelle estrusioni architettoniche per la sua eccellente estrudibilità e finitura superficiale.
Per applicazioni, stati e forme disponibili, cfr Tubo in alluminio 6063.
Gamma di fusione dell'alluminio 2024
L'alluminio 2024 ha tipicamente un intervallo di fusione di circa:
502–638°C / 935–1180°F
La sua chimica ricca di rame gli conferisce elevata resistenza e buone prestazioni alla fatica, rendendolo particolarmente importante nelle strutture aerospaziali, ma contribuisce anche a un solidus significativamente inferiore rispetto all'alluminio puro.
Vedi il nostro dettagliato Guida tubo in alluminio 2024 per le sue proprietà meccaniche, temperamenti e applicazioni.
Per un confronto più ampio tra i gradi di alluminio e le forme dei tubi disponibili, visitare il nostro guida per tubi in alluminio.
Punti di fusione del rame, dell'ottone e del bronzo
Il rame fonde a circa:
1084,6°C / 1984°F
A differenza del rame, l'ottone e il bronzo sono leghe, quindi generalmente si fondono in diversi intervalli.
I valori di riferimento tipici includono:
| Materiale | Temperatura di fusione approssimativa |
|---|---|
| Rame puro | 1085°C |
| Ottone giallo | ~905–932°C |
| Ottone rosso | ~990–1025°C |
| Bronzo | comunemente intorno agli 850–1050°C a seconda della composizione |
| Bronzo alluminio | comunemente intorno a 1025–1040°C a seconda del grado |
L'ampia variazione nel bronzo è particolarmente importante.
"Bronzo" non descrive una composizione chimica. Il bronzo allo stagno, il bronzo all'alluminio, il bronzo al silicio e altre leghe di rame possono comportarsi in modo molto diverso.
Per l'approvvigionamento o la produzione, identificare sempre la designazione effettiva della lega prima di utilizzare un valore generico del punto di fusione.
Quale metallo ha il punto di fusione più alto?
Tra i metalli elementari, il tungsteno ha il punto di fusione più alto.
La sua temperatura di fusione è di circa:
3420°C / 6190°F
I valori di riferimento pubblicati differiscono leggermente, comunemente appaiono intorno a 3414–3422°C a seconda del set di dati di riferimento e della convenzione di arrotondamento.
Altri metalli ad alto punto di fusione includono:
| Metallo | Punto di fusione approssimativo |
|---|---|
| Titanio | 1668°C |
| Cromo | ~1907°C |
| Molibdeno | ~2620°C |
| Tantalio | ~3017°C |
| Tungsteno | ~3420°C |
La temperatura di fusione estremamente elevata del tungsteno è uno dei motivi per cui viene utilizzato in applicazioni a temperature molto elevate.
Tuttavia, ancora una volta, il punto di fusione da solo non determina se un materiale è adatto a un particolare ambiente ad alta temperatura.
La resistenza all'ossidazione, allo shock termico, al creep, alla fragilità, all'atmosfera e al costo possono essere più importanti.
Quale metallo ha il punto di fusione più basso?
Quando si considerano tutti i metalli elementari, il mercurio ha un punto di fusione eccezionalmente basso di circa -38,8°C, motivo per cui è liquido a temperatura ambiente normale.
Anche molti altri metalli insoliti fondono a temperatura ambiente.
Per i metalli ingegneristici solidi convenzionali, alcuni esempi familiari a basso punto di fusione sono:
- Stagno: circa 232°C
- Piombo: circa 327°C
- Zinco: circa 420°C
- Magnesio: circa 650°C
- Alluminio: circa 660°C
Pertanto, affermazioni come “il piombo ha il punto di fusione più basso dei metalli” sono vere solo all’interno di un elenco ristretto di materiali, non nella tavola periodica.
Perché metalli diversi hanno punti di fusione diversi?
La fusione richiede energia termica sufficiente per interrompere la struttura solida ordinata di un materiale.
La quantità di energia necessaria dipende da diversi fattori.
Legame atomico
Un legame più forte tra gli atomi richiede generalmente più energia per essere superato.
Ciò aiuta a spiegare perché i metalli refrattari come il tungsteno rimangono solidi a temperature alle quali l’alluminio o il rame sarebbero già liquidi.
Struttura cristallina
I metalli possono avere diverse strutture cristalline, tra cui:
- cubica a corpo centrato
- cubico a facce centrate
- esagonale compatto
La struttura cristallina influenza la disposizione degli atomi e contribuisce al comportamento termico e meccanico del metallo.
Composizione chimica
Nelle leghe, l'aggiunta di altri elementi modifica la stabilità di fase.
Il carbonio modifica il comportamento di fusione del ferro.
Nichel e cromo modificano l'acciaio inossidabile.
Magnesio e silicio modificano l'alluminio della serie 6000.
Il rame influenza fortemente l’alluminio della serie 2000.
Lo zinco è un importante elemento di lega nell'alluminio della serie 7000.
Fasi multiple
Molte leghe tecniche contengono più di una fase.
Diverse fasi possono iniziare a fondersi a temperature diverse, creando la gamma solidus-liquidus osservata nelle schede tecniche delle leghe.
Come la lega modifica la temperatura di fusione
Un malinteso comune è:
Se una lega è più forte, deve anche resistere a una temperatura più elevata prima di fondersi.
Questo non è generalmente vero.
Consideriamo tre esempi.
Alluminio puro contro alluminio 7075
Alluminio puro:
Punto di fusione di ~660°C
Alluminio 7075:
Intervallo di fusione ~477–635°C
Il 7075 è molto più forte a temperatura ambiente, ma la sua prima fase liquida può apparire molto al di sotto del punto di fusione dell'alluminio puro.
Ferro puro contro acciaio al carbonio
Ferro puro:
1538°C
Acciaio al carbonio:
generalmente fonde in un intervallo inferiore o vicino al ferro puro a seconda del contenuto di carbonio e lega.
L'aggiunta di carbonio modifica radicalmente il diagramma di fase ferro-carbonio.
Rame contro ottone
Rame puro:
1085°C
Ottone giallo:
circa 905–932°C
L'aggiunta di zinco abbassa l'intervallo di fusione producendo al contempo una lega con diversa resistenza, lavorabilità, caratteristiche di corrosione e aspetto.
Questi esempi illustrano un importante principio di selezione dei materiali:
La lega viene utilizzata per progettare una combinazione di proprietà, non semplicemente per massimizzare la temperatura di fusione.
Il punto di fusione non è la temperatura massima di servizio
Questo è forse il più grande errore pratico quando si utilizzano i grafici del punto di fusione dei metalli.
Supponiamo che l'acciaio non si sciolga fino a circa 1450°C.
Questo sì non significa che un componente in acciaio può funzionare in sicurezza a 1300°C.
Molto prima che avvenga la fusione, l’alta temperatura può causare grandi cambiamenti.
Perdita di forza
Il limite di snervamento e il carico di rottura normalmente diminuiscono all'aumentare della temperatura.
Un componente può deformarsi permanentemente sotto un carico che sarebbe completamente sicuro a temperatura ambiente.
Strisciamento
Il creep è una deformazione lenta e dipendente dal tempo sotto carico sostenuto a temperatura elevata.
Può verificarsi mentre il materiale rimane completamente solido.
Ciò rende la resistenza al creep particolarmente importante per:
- forni
- caldaie
- apparecchiature per la produzione di energia
- scambiatori di calore
- sistemi di pressione
- tubazioni ad alta temperatura
Ossidazione e ridimensionamento
Molti metalli reagiscono più rapidamente con l'ossigeno all'aumentare della temperatura.
L'acciaio al carbonio può formare scaglie di ossido pesante ben al di sotto del suo punto di fusione.
Gli acciai inossidabili resistono più efficacemente all'ossidazione ad alta temperatura grazie al loro strato protettivo di ossido contenente cromo, sebbene le loro prestazioni dipendano ancora fortemente dal grado e dall'atmosfera.
Distorsione
Il riscaldamento irregolare crea dilatazione termica.
Quando diverse regioni di un componente sono esposte a temperature diverse, le sollecitazioni termiche risultanti possono produrre:
- deformazione
- distorsione
- instabilità
- screpolature
- instabilità dimensionale
Cambiamenti metallurgici
Le temperature elevate possono anche cambiare:
- dimensione del grano
- precipita
- durezza
- temperare
- equilibrio di fase
- tensione residua
Per le leghe di alluminio trattate termicamente, la resistenza meccanica può essere seriamente compromessa a temperature molto al di sotto dell'intervallo di fusione.
Perciò:
Il punto di fusione è una proprietà assoluta di cambiamento di fase. La temperatura massima di servizio è un limite di progettazione tecnica.
Non dovrebbero mai essere trattati come lo stesso numero.
Perché il punto di fusione è importante nella produzione
Anche se il punto di fusione da solo non dovrebbe determinare la scelta del materiale, è estremamente importante nella produzione.
| Processo | Perché la temperatura di fusione è importante |
|---|---|
| Casting | Determina i requisiti di temperatura del forno e di colata |
| Saldatura | Influisce sulla formazione del bagno di saldatura e sull'apporto di calore |
| Brasatura | Il materiale di base deve rimanere solido mentre il metallo d'apporto si scioglie |
| Saldatura | Utilizza metalli d'apporto con punti di fusione relativamente bassi |
| Forgiatura | Aiuta a definire le finestre di temperatura adatte per il funzionamento a caldo |
| Trattamento termico | Previene il surriscaldamento e l'incipiente scioglimento |
| Riciclaggio dei metalli | Aiuta a pianificare la cernita, la rifusione e la raffinazione |
| Produzione additiva | Influenza l'apporto di energia e il comportamento del bacino di fusione |
| Progettazione della fornace | Determina i requisiti refrattari e del sistema di riscaldamento |
| Produzione di leghe | Liquidus e solidus influiscono sulla fusione e sulla solidificazione |
Casting
Per la colata non è sufficiente raggiungere la temperatura del liquidus.
Il metallo fuso generalmente richiede un certo grado di surriscaldamento sopra il liquidus in modo che rimanga fluido mentre viene travasato e versato.
L'importo corretto dipende da:
- lega
- metodo di fusione
- spessore della sezione
- materiale dello stampo
- distanza di colata
- forno
- microstruttura desiderata
Saldatura
Durante la saldatura per fusione, il bagno di saldatura supera la temperatura locale del liquidus.
La zona circostante interessata dal calore non si scioglie, ma la sua microstruttura e le proprietà meccaniche possono ancora cambiare drasticamente.
Ciò è particolarmente importante con le leghe di alluminio trattate termicamente e alcuni acciai ad alta resistenza.
Trattamento termico
I dati di fusione definiscono un limite superiore rigido.
Alcune leghe hanno un margine ristretto tra la normale temperatura di trattamento della soluzione e l'inizio della fusione localizzata.
Ciò rende essenziale un controllo accurato della temperatura.
Come selezionare un metallo per applicazioni ad alta temperatura
Se la tua applicazione prevede temperature elevate, non classificare i materiali utilizzando solo il punto di fusione.
Considerare l'ambiente operativo completo.
1. Temperatura operativa continua
Un componente esposto continuamente a 600°C è un problema di progettazione molto diverso da un componente che raggiunge brevemente i 600°C durante la lavorazione.
2. Carico meccanico alla temperatura
Controllare l'alta temperatura:
- forza di snervamento
- resistenza alla trazione
- forza di scorrimento
- prestazione alla rottura da stress
I valori di resistenza a temperatura ambiente potrebbero non rappresentare le prestazioni a temperature elevate.
3. Resistenza all'ossidazione
L'atmosfera conta.
Un materiale può comportarsi diversamente in:
- aria
- vapore
- atmosfera riducente
- vuoto
- gas di combustione
- condizioni di cementazione
4. Dilatazione termica
Il riscaldamento e il raffreddamento ripetuti possono produrre:
- cambiamenti dimensionali
- fatica termica
- stress articolare
- cedimento del rivestimento
5. Conducibilità termica
Il rame e l'alluminio conducono rapidamente il calore.
L'acciaio inossidabile conduce il calore molto più lentamente.
Ciò può influenzare i gradienti di temperatura, la velocità di raffreddamento e la distorsione termica.
6. Ambiente di corrosione
L'alta temperatura e la corrosione possono agire insieme.
Ad esempio, un materiale selezionato solo per un'elevata temperatura di fusione può funzionare in modo scarso in un ambiente contenente cloruri, zolfo o fortemente ossidante.
7. Requisiti di fabbricazione
Considerare inoltre se il materiale deve essere:
- saldato
- lavorato
- piegato
- estruso
- forgiato
- lancio
- anodizzato
- lucido
Il materiale migliore è quello che soddisfa l’insieme completo di requisiti operativi e produttivi, non necessariamente quello con il punto di fusione più alto.
Conversione del punto di fusione da Celsius a Fahrenheit
Le temperature di fusione dei metalli sono comunemente elencate sia in gradi Celsius che in Fahrenheit.
Utilizzo:
°F = (°C × 9/5) + 32
Ad esempio, l’alluminio puro fonde a circa 660°C:
(660 × 9/5) + 32 ≈ 1220°F
Per convertire Fahrenheit in Celsius:
°C = (°F − 32) × 5/9
Per i lavori di ingegneria, utilizzare i valori di temperatura indicati nelle specifiche del materiale pertinente o nei dati tecnici per il grado esatto anziché fare affidamento su conversioni arrotondate quando è richiesto un rigoroso controllo del processo.
Domande frequenti
Qual è il punto di fusione dell'acciaio?
L'acciaio non ha un punto di fusione esatto perché è una lega. Gli acciai al carbonio generalmente fondono per circa 1370–1540°C (2500–2800°F), con gli esatti solidus e liquidus a seconda della composizione.
Qual è il punto di fusione dell'acciaio inossidabile?
Dipende dal grado. L'acciaio inossidabile 304 fonde tipicamente a una temperatura di circa 1400–1450°C, Mentre 316/316L è tipicamente intorno a 1375–1400°C.
Qual è il punto di fusione dell'alluminio?
L'alluminio puro si scioglie a circa 660,3°C / 1220,5°F.
L’alluminio 6061 fonde a 660°C?
Non esattamente. 6061 è una lega e tipicamente fonde approssimativamente 582–652°C. L'alluminio puro fonde a circa 660°C.
Qual è il punto di fusione dell'alluminio 6063?
L'alluminio 6063 ha un intervallo di fusione tipico di circa 615–655°C / 1139–1211°F.
Qual è il punto di fusione dell'alluminio 7075?
L'alluminio 7075 ha tipicamente un solido attorno 477°C e liquidus intorno 635°C, conferendogli un intervallo di fusione relativamente ampio.
Perché una lega ha un intervallo di fusione?
Una lega contiene più elementi e può contenere più fasi. Queste fasi non necessariamente fondono contemporaneamente, quindi la fusione parziale inizia al solidus e continua fino al raggiungimento del liquidus.
Qual è la differenza tra solidus e liquidus?
IL solido è la temperatura al di sotto della quale una lega è completamente solida. IL liquido è la temperatura al di sopra della quale la lega è completamente liquida. Tra i due coesistono solido e liquido.
Quale metallo ha il punto di fusione più alto?
Il tungsteno ha il punto di fusione più alto tra i metalli elementari, a circa 3420°C / 6190°F.
Quale comune metallo tecnico ha un basso punto di fusione?
Lo stagno si scioglie solo a circa 232°C, mentre il piombo fonde a circa 327°C. Anche l'alluminio è relativamente basso rispetto ai materiali a base di ferro, fondendo a circa 660°C in forma pura.
Il contenuto di carbonio influisce sul punto di fusione dell'acciaio?
SÌ. Il carbonio modifica il sistema di fase ferro-carbonio e l'aumento del carbonio generalmente abbassa le temperature associate alla fusione rispetto al ferro puro. Anche altri elementi di lega influenzano il solidus e il liquidus.
L’acciaio inossidabile ha un punto di fusione più alto dell’acciaio al carbonio?
Non necessariamente. Le loro gamme si sovrappongono e il risultato dipende dai gradi e dalle composizioni specifiche confrontate.
Può un metallo rompersi prima di sciogliersi?
Assolutamente. I metalli possono perdere resistenza, deformarsi, ossidarsi, deformarsi o subire cambiamenti metallurgici centinaia di gradi al di sotto della loro temperatura di fusione.
Il punto di fusione è uguale alla resistenza al calore?
No. La resistenza al calore dipende da proprietà quali la resistenza all'ossidazione, la resistenza allo scorrimento viscoso, il mantenimento della resistenza, l'espansione termica e le condizioni ambientali. Il punto di fusione è solo una delle proprietà del materiale.
Asporto finale
Una tabella del punto di fusione dei metalli è utile per un rapido confronto, ma i materiali tecnici non dovrebbero essere selezionati solo da un numero di temperatura.
La distinzione più importante è:
Metallo puro → solitamente un punto di fusione definito
Lega tecnica → solitamente un intervallo di fusione da solido a liquido
L'alluminio puro fonde a circa 660°C, il rame a circa 1085°C, il ferro a circa 1538°C e il tungsteno a circa 3420°C. Ma le comuni leghe ingegneristiche come l’alluminio 6061, l’acciaio al carbonio e l’acciaio inossidabile fondono in intervalli determinati dalla loro composizione chimica.
Per la lavorazione e la scelta dei materiali, ricordiamo inoltre:
punto di fusione ≠ temperatura massima di servizio
La perdita di resistenza, lo scorrimento viscoso, l'ossidazione e la distorsione possono diventare critici molto prima che un materiale si sciolga.
Steel1Stop fornisce prodotti in acciaio al carbonio, acciaio inossidabile e alluminio in diversi gradi, specifiche e forme per progetti di produzione e fabbricazione globali. Quando si specifica il materiale per il servizio a temperatura elevata, identificare il lega o grado esatto, temperatura operativa, tempo di esposizione, atmosfera e carico meccanico piuttosto che selezionare un materiale solo in base al suo punto di fusione nominale.
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