Reines Aluminium schmilzt bei 660,3°C (1220,6°F, 933,5 K). Kommerzielle Legierungen haben keinen einzelnen Schmelzpunkt. Sie schmelzen über einen Bereich, der irgendwo bei etwa 475°C bis 645°C beginnt und bei ungefähr 595°C bis 657°C endet, je nach Legierung. Die verbreitete 6061 zum Beispiel beginnt bei etwa 582°C zu schmelzen und ist bei etwa 652°C vollständig flüssig.
Das ist niedrig für ein Konstruktionsmetall. Stahl benötigt die mehr als doppelte Temperatur. Kupfer schmilzt bei 1.085°C. Der niedrige Schmelzpunkt ist der Grund, warum Aluminium so einfach zu gießen und so preiswert zu recyceln ist, und auch warum es überall dort, wo Wärme eine Rolle spielt, vorsichtig behandelt werden muss.
Wir sind Wuxi Zhongxin Special Steel (ZHX Steel). Wir schmelzen kein Aluminium. Wir liefern kornunorientiertes Siliziumstahl und kornorientiertes Elektroband. Aber der Schmelzpunkt von Aluminium prägt überraschend vieles von dem, was mit unserem Stahl nach dem Verlassen unseres Werks geschieht, besonders in Druckguss-Motorläufern. Dazu kommen wir nach den grundlegenden Zahlen.
Wichtige Erkenntnisse
- Reines Aluminium schmilzt bei 660,3°C / 1220,6°F. Es siedet bei etwa 2.470°C.
- Legierungen schmelzen über einen Solidus-Liquidus-Bereich. 6061: ~582–652°C. 7075: ~477–635°C. 1100: ~643–657°C.
- Aluminium verliert einen großen Teil seiner Festigkeit weit unterhalb des Schmelzpunktes. Wärmbehandelte Sorten wie 6061-T6 werden merklich weich, wenn sie über etwa 200°C gehalten werden.
- Es gibt keine visuelle Warnung: Aluminium glüht nicht wie Stahl, bevor es schmilzt, was es leicht macht, versehentlich zu überheizen.
- Das Umschmelzen von Schrott benötigt etwa 5 % der Energie, die für die Herstellung von neuem Aluminium erforderlich ist, größtenteils dank des niedrigen Schmelzpunktes.
- In Induktionsmotoren wird geschmolzenes Aluminium direkt in Stapel von Siliziumstahl-Lamellen gegossen. Daher muss jede Spannungsarmglühung des Stahls, typischerweise 750°C oder höher, vor dem Gießen stattfinden, nicht danach.
660°C in Celsius, Fahrenheit und Kelvin
| Eigenschaft | °C | °F | K |
|---|---|---|---|
| Schmelzpunkt (reines Al) | 660,3 | 1220,6 | 933,5 |
| Siedepunkt | ~2.470 | ~4.478 | ~2.743 |
| Typische Gießtemperatur | ~700–760 | ~1.290–1.400 | ~973–1.033 |
| Schmelzpunkt von Aluminiumoxid (Al₂O₃) | 2.072 | 3.762 | 2.345 |
Die letzte Zeile erklärt etwas, das jeder anfängliche Gießer bemerkt. Die Oxidschicht auf geschmolzenem Aluminium schmilzt nicht bei 660°C. Es ist eine Keramik, die über 2.000°C schmilzt, daher schwimmt sie als Schlacke auf der Schmelze und muss abgeschöpft werden. Dieselbe zähe Oxidschicht ist der Grund, warum Aluminium bei Raumtemperatur korrosionsbeständig ist.
Einige nützliche physikalische Grundlagen für die Dimensionierung eines Schmelzofens: Die spezifische Wärmekapazität von Aluminium beträgt etwa 0,90 J/g·K und die Schmelzenthalpie etwa 397 J/g. Um 1 kg von Raumtemperatur bis zur vollständigen Schmelze zu bringen, benötigt man theoretisch etwa 0,97 MJ oder etwa 0,27 kWh. Reale Öfen benötigen ein Mehrfaches davon wegen der Wärmeverluste.
Schmelzbereiche handelsüblicher Aluminiumlegierungen
Eine Legierung beginnt bei ihrer Solidustemperatur zu schmelzen und wird bei ihrer Liquidustemperatur vollständig flüssig. Dazwischen liegt ein Brei aus festen Körnern und flüssigem Metall vor. Beim Schweißen, Löten und bei der Wärmebehandlung ist die Solidustemperatur die maßgebliche Größe, denn dort beginnen Bauteile zu versagen.
| Legierung | Typ | Solidus (°C) | Liquidus (°C) | Liquidus (°F) |
|---|---|---|---|---|
| 1100 | Handelsreines Aluminium | ~643 | ~657 | ~1.215 |
| 3003 | Al-Mn | ~643 | ~654 | ~1.210 |
| 5052 | Al-Mg | ~607 | ~649 | ~1.200 |
| 6061 | Al-Mg-Si | ~582 | ~652 | ~1.206 |
| 6063 | Al-Mg-Si | ~616 | ~654 | ~1.210 |
| 2024 | Al-Cu | ~502 | ~638 | ~1.180 |
| 7075 | Al-Zn-Mg-Cu | ~477 | ~635 | ~1.175 |
| A356 | Gusslegierung Al-Si-Mg | ~555 | ~615 | ~1.139 |
| A380 | Druckgusslegierung Al-Si-Cu | ~540 | ~595 | ~1.103 |
Veröffentlichte Werte variieren je nach Quelle und exakter Zusammensetzung um etwa ±10 °C. Behandeln Sie diese Angaben als typische Richtwerte, nicht als garantierte Grenzwerte.
Betrachten Sie die hochfesten Legierungen am unteren Ende des Diagramms. 7075 beginnt bei etwa 477°C zu schmelzen, fast 200°C unter reinem Aluminium. Seine Zink- und Kupferphasen mit niedrigem Schmelzpunkt liegen entlang der Korngrenzen vor. Das ist ein Grund, warum 7075 als nicht schweißbar durch herkömmliches Schmelzschweißen gilt: Das Metall neben der Schweißnaht schmilzt teilweise und reißt.
Die Gusslegierungen erzählen die gegenteilige Geschichte. Silizium und Aluminium bilden bei 12,6 % Silizium ein Eutektikum, das bei einer einzigen Temperatur von 577°C schmilzt. Legierungen nahe dieser Zusammensetzung, wie A380, fließen gut und füllen dünne Druckgusshohlräume aus, genau das, was ein Gießer braucht. Silizium senkt den Schmelzpunkt von Aluminium. Im Stahl spielt Silizium eine völlig andere Rolle, wie wir weiter unten sehen werden.
Die Dichte verschiebt sich mit Legierungszusätzen ebenfalls, allerdings weit weniger als der Schmelzbereich. Unsere Anleitung zu Aluminiumdichte enthält die Werte für jede einzelne Legierung.
Warum Aluminium bei viel niedrigerer Temperatur schmilzt als Stahl
| Metall | Schmelzpunkt (°C) | Schmelzpunkt (°F) |
|---|---|---|
| Zinn | 232 | 449 |
| Blei | 327 | 621 |
| Zink | 420 | 787 |
| Magnesium | 650 | 1,202 |
| Aluminium | 660 | 1,221 |
| Kupfer | 1,085 | 1,984 |
| Silizium | 1,414 | 2,577 |
| Kohlenstoffstahl | ~1.425–1.540 | ~2.600–2.800 |
| Eisen (rein) | 1.538 | 2.800 |
| Titan | 1.668 | 3.034 |
Der Schmelzpunkt beschreibt, wie fest Atome aneinander gebunden sind. Die metallischen Bindungen von Aluminium sind relativ schwach, daher lösen sich seine Atome bei einer geringen Temperatur aus dem Kristallgefüge. Die Bindungen von Eisen sind deutlich stärker, weshalb Stahl etwa 800 bis 900°C höher schmilzt.
Diese Differenz zeigt sich in der Fertigung. Aluminium wird bei etwa 700°C in einem einfachen Schmelztiegel gegossen. Die Stahlherstellung läuft bei deutlich über 1.500°C ab, und selbst das Warmwalzen von Elektroband-Brammen findet bei Temperaturen statt, die über dem Schmelzpunkt von Aluminium liegen. Unser Artikel zum CRGO-Spulenfertigung-Verfahren erläutert diese Schritte.
Haben Sie sich je gefragt, warum Aluminiumtöpfe auf einem Gasbrenner nicht schmelzen, obwohl die Flamme nahe 1.900°C erreicht? Der Topf leitet die Wärme sehr schnell ins Essen und Wasser ab, sodass das Metall weit unter 660°C bleibt. Lässt man jedoch einen leeren Topf bei starker Hitze längere Zeit stehen, kann der Boden aufweichen oder sogar schmelzen.
Es wird lange vor dem Schmelzen schwach
Für die Konstruktion ist der Schmelzpunkt fast nie die echte Grenze. Es ist die Festigkeit.
Wärmebehandelte Legierungen erhalten ihre Festigkeit durch feine Ausscheidungen, die während des Auslagerns entstehen. Halten Sie sie lange genug warm, vergröbern diese Ausscheidungen. Ein 6061-T6-Teil verliert sein Temperverhalten, sobald es längere Zeit über etwa 200 °C verbringt, und bei etwa 300 °C behält es nur noch einen Bruchteil seiner Festigkeit bei Raumtemperatur. Schweißen bewirkt dasselbe lokal, weshalb die Zone neben einer Schweißnaht in 6061-T6 schwächer ist als das Grundmaterial.
Feuer ist der Extremfall. Eine Aluminiumkonstruktion kann einen Großteil ihrer Tragfähigkeit verlieren, lange bevor ein Teil davon schmilzt. Bauvorschriften behandeln die Brandleistung von Aluminium aus diesem Grund ganz anders als die von Stahl.
Wenn also jemand fragt: „Kann dieses Aluminiumteil 400 °C aushalten?", ist die ehrliche Antwort normalerweise: „Es schmilzt nicht, aber danach ist es auch nicht mehr dasselbe Teil."
Aluminium trifft auf Siliziumstahl: Druckgussläufer
Dies ist der Teil der Aluminiumgeschichte, mit dem unsere Kunden direkt zu tun haben.
Die meisten Asynchronmotoren verwenden einen Käfigläufer. Er beginnt als ein Stapel gestanzter Siliziumstahl-Lamellen. Dann wird geschmolzenes Aluminium, typischerweise bei 700 °C oder höher, durch die Nuten druckgegossen, um die Leiterenstäbe und Endringverbindungen in einem Arbeitsgang zu bilden. Der Stahl führt den magnetischen Fluss, und das Aluminium führt den induzierten Strom.
Dieser Gießprozess setzt drei Regeln für die Lamellen fest.
Die Glühung muss zuerst erfolgen. Das Stanzen belastet die Kante jeder Lamelle und erhöht ihren Ummagnetisierungsverlust. Motoren-Hersteller stellen dies oft durch eine Spannungsfreigabe-Glühung wieder her, typischerweise um 750 bis 800°C. Das liegt über dem Schmelzpunkt von Aluminium. Einmal die Käfig gegossen, kann der Rotor nicht wieder in den Ofen, daher muss jede Glühung vor dem Gießen erfolgen.
Die Beschichtung muss die Hitze überstehen. Der vorgwärmte Schichtstapel und das flüssige Aluminium setzen die Elektroband-Oberfläche mehreren hundert Grad aus. Rein organische Isolationsbeschichtungen können bei diesen Temperaturen verkohlen oder abbauen. Die Beschichtungswahl für gegossene Käfige neigt daher zu anorganischen oder halborganischen Typen. Unser Leitfaden zu Elektroband-Beschichtungstypen vergleicht deren Temperaturbeständigkeit.
Aluminium kann die Lamellen überbrücken. Unter Gießdruck sickert flüssiges Aluminium manchmal zwischen die Lamellen oder verschmiert über die Schlitzwände. Das Ergebnis ist elektrischer Kontakt zwischen Blechen, die isoliert sein sollten, was Streubelastungsverlust hinzufügt. Enge Schlitztoleranzen und ein gut kontrollierter Schichtstapeldruck halten das in Schach.
Diese Kompromisse sind der Grund, warum hocheffiziente Motoren manchmal stattdessen mit gegossenem Kupfer gebaut werden. Kupfer leitet besser, aber es wird bei über 1.100°C gegossen, was viel härter für die Formen und den Elektroband-Schichtstapel ist. Für Elektrofahrzeug-Traktionsmotoren vermeiden viele Konstrukteure das Problem ganz mit Dauermagneten-Rotoren, die überhaupt keinen gegossenen Käfig brauchen.
Transformatorwicklungen: Die Grenze liegt bei 200°C, nicht bei 660°C
Aluminiumwicklungen sind in Verteiltransformatoren weit verbreitet, und die maßgebliche Temperaturgrenze liegt deutlich unter 660°C.
Nach IEC 60076-5 muss ein ölgekühlter Transformator mit einem Isolationssystem 105°C die durchschnittliche Wicklungstemperatur nach einem Kurzschluss auf höchstens 250°C für Kupfer und 200°C für Aluminium begrenzen. Die Aluminiumgrenze ist niedriger, da Aluminiumleiter bei niedrigeren Temperaturen erweichen und ihre Festigkeit verlieren als Kupferleiter. Eine Wicklung, die an Festigkeit verliert, kann sich unter den enormen elektromagnetischen Kräften eines Fehlers verformen.
In der Praxis bedeutet dies, dass eine aluminiumgewickelte Einheit einen etwas größeren Leiterquerschnitt oder engere Schutzeinstellungen benötigt, um innerhalb ihrer Kurzschluss-Wärmebelastungsgrenze zu bleiben. Der Kernstahl ist hier nicht der begrenzende Faktor. Körperinduzierter Siliziumstahl bewältigt diese Fehlertemperaturen problemlos. Weitere Informationen dazu, wie Kern- und Wicklungswahl zusammenpassen, finden Sie auf unserer Seite zu Verteiltransformatoren.
Sicherheitshinweise und warum Recycling so kostengünstig ist
Keine Glüherscheinung. Stahl wird rot, dann orange, dann gelb, wenn er erhitzt wird. Aluminium bleibt bis zum Schmelzpunkt silbrig und sackt zusammen, ohne wesentliche Veränderung zu zeigen. Wer Aluminium mit einem Brenner erhitzt, sollte davon ausgehen, dass es heißer ist, als es aussieht.
Wasser ist die Hauptgefahr. Feuchtigkeit in Schrott, Werkzeugen oder Formen kann unter geschmolzenem Aluminium zu Dampf blitzen und Metall gewaltsam fortschleudern. Gießereien heizen deshalb Werkzeuge vor und halten Schrott trocken.
Recycling zahlt sich aus, weil der Schmelzpunkt niedrig ist. Die Herstellung von neuem Aluminium aus Erz erfordert enorme Strommengen. Das Umschmelzen von Schrott benötigt nach Angaben des International Aluminium Institute nur etwa 5 % dieser Energie. Die globalen Werte liegen bei etwa 186 GJ pro Tonne für Primäraluminium gegenüber etwa 8,3 GJ pro Tonne für Recyclingmaterial.
Zuvor müssen Schrotthändler Aluminium von Stahl trennen. Da Aluminium nicht von Magneten angezogen wird, zieht ein Magnet zuerst den Stahl ab. Die Physik erklären wir in Is Aluminum Magnetic?.
Fazit
Die zu merkende Zahl ist 660°C (1.221°F) für reines Aluminium. Für Legierungen schauen Sie sich den Solidus an, denn dort beginnt das Problem: etwa 582°C für 6061 und so niedrig wie 477°C für 7075. Bei tragenden Teilen liegt die praktische Grenze noch darunter, da wärmebehandeltes Aluminium bereits unter 300°C an Festigkeit verliert.
Für Motorenhersteller bestimmt der Schmelzpunkt auch die Reihenfolge der Arbeitsvorgänge. Glühen Sie zuerst den Siliziumstahl-Schichtkern, dann gießen Sie den Aluminium-Käfig. Wenn Sie ein Rotorblechprogramm planen und Daten zu Sorte, Beschichtung oder Glühung für CRNGO-Stahlspulen benötigen, können wir die Angaben mit einem Angebot versenden.
Titelbild: Kambai Akau, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.
Häufig gestellte Fragen
Wie hoch ist der Schmelzpunkt von Aluminium in Fahrenheit?
Reines Aluminium schmilzt bei 1.220,6 °F (660,3 °C). Gängige Legierungen schmelzen bei niedrigeren Temperaturen, beispielsweise etwa 1.080 °F bei 6061 und etwa 891 °F bei 7075.
Bei welcher Temperatur schmilzt die Aluminium-Legierung 6061?
6061 schmilzt über einen Temperaturbereich: es beginnt bei etwa 582 °C (1.080 °F), dem Solidus, und ist vollständig flüssig bei etwa 652 °C (1.206 °F), dem Liquidus. Die Festigkeit der T6-Ausscheidungshärtung nimmt bereits deutlich früher ab, wenn sie über etwa 200 °C hinaus gehalten wird.
Schmilzt Aluminium bei einer niedrigeren Temperatur als Stahl?
Ja, deutlich niedriger. Aluminium schmilzt bei 660 °C, während Kohlenstoffstahl bei etwa 1.425–1.540 °C und reines Eisen bei 1.538 °C schmilzt. Deshalb kann geschmolzenes Aluminium direkt in Stahlblechpakete und Stahlmatrizen gegossen werden.
Kann man Aluminium mit einem Propanbrenner schmelzen?
Die Flamme eines Propanbrenners ist heiß genug, kann aber nicht genug Wärme übertragen, um größere Mengen Aluminium schnell zu schmelzen, da Aluminium Wärme sehr schnell abgibt. Kleine Teile können geschmolzen werden. Größere Mengen erfordern einen Ofen und einen Tiegel.
Warum glüht Aluminium nicht, bevor es schmilzt?
Sichtbares Glühen ist temperaturabhängig. Metalle beginnen bei etwa 500–550 °C dunkelrot zu glühen, und dieses Glühen ist bei normalem Licht schwach. Aluminium schmilzt bei 660 °C und erreicht daher nie das helle Orange oder Gelb, das Stahl bei Schmiedetemperaturen zeigt. Geschmolzenes Aluminium sieht silbrig aus, was es leicht machen kann, seine Temperatur zu unterschätzen.
Wie heiß kann Aluminium werden, bevor es an Festigkeit verliert?
Ja. Wärmbehandelte Legierungen wie 6061-T6 verlieren ihre Vergütung oberhalb von etwa 200 °C und behalten nur einen Bruchteil ihrer Festigkeit bei etwa 300 °C. Für Struktur- und Brandschutzauslegung ist der Festigkeitsverlust die eigentliche Grenze, nicht das Schmelzen.
Quellen
- Wikipedia — Aluminium
- Rapid Protos — Aluminum Melting Point: Alloy Ranges & Casting Temperatures
- Wikipedia — Aluminium–silicon alloys
- Buehler — The Al-Si Phase Diagram
- IEC — IEC 60076-5: Power transformers – Ability to withstand short circuit
- International Aluminium Institute — Aluminium recycling saves 95% of the energy needed for primary aluminium production
- Copper Development Association / NADCA — Materials & Modifications to Die Cast the Copper Conductors of the Induction Motor Rotor
