El punto de fusión es una de las propiedades más consultadas en la elección de un material, pero también una de las más malinterpretadas. Se confunde a menudo con la temperatura máxima de servicio o con el reblandecimiento. Además, a veces se comparan parámetros diferentes, como el punto de fusión de los metales y el HDT de los polímeros, como si fueran equivalentes.
Comprender esta magnitud ayuda a elegir el material correcto, prever su comportamiento durante el mecanizado y diseñar de forma más fiable. En esta guía veremos qué es el punto de fusión, cómo se mide y cuáles son los valores de los principales materiales industriales.
El punto de fusión (abreviado Tm o mp) es la temperatura a la que un material pasa del estado sólido al estado líquido, a una determinada presión. Durante el proceso absorbe energía en forma de calor latente y, en las sustancias puras, la temperatura permanece prácticamente constante hasta la finalización de la fusión.
En los materiales cristalinos puros, como los metales, el hielo y las sales, este valor es preciso y reproducible. El agua funde a 0 °C, el aluminio puro a aproximadamente 660,3 °C y el hierro puro a aproximadamente 1.538 °C, a la presión atmosférica estándar.
En las aleaciones metálicas, en cambio, el paso se produce generalmente en un intervalo comprendido entre el solidus, que indica su inicio, y el liquidus, más allá del cual el material está completamente líquido. Un acero al carbono, por ejemplo, puede empezar a fundir alrededor de 1.425 °C y completar el proceso hacia 1.530 °C, en función de la composición.
Para los polímeros la distinción es más marcada:
Los métodos de medida varían en función del tipo de material.
Para los metales, la temperatura de fusión puede determinarse mediante análisis térmico (curvas de calentamiento y enfriamiento) o con la calorimetría diferencial de barrido (DSC). Esta técnica mide el flujo de calor absorbido por la muestra y detecta el pico endotérmico asociado a la fusión.
En las aleaciones, que funden generalmente en un intervalo, la DSC permite identificar la temperatura de solidus (inicio de la fusión) y la de liquidus (fusión completa). Estos valores son particularmente importantes en los procesos de fundición, soldadura y tratamiento térmico.
Para los polímeros semicristalinos se utiliza comúnmente la DSC, según ISO 11357 o ASTM D3418. La muestra se calienta a velocidad controlada (típicamente 10 °C/min) y se registra el pico endotérmico producido por la fusión de la fase cristalina. La temperatura en el vértice del pico se indica generalmente como Tm.
Para valorar el comportamiento de los polímeros a las altas temperaturas se consideran también otros parámetros:
Confundir estos dos valores es uno de los errores más comunes y potencialmente más costosos. El punto de fusión indica la temperatura a la que el material pasa al estado líquido, mientras que la temperatura máxima de servicio es el límite dentro del cual un componente puede funcionar manteniendo prestaciones y fiabilidad adecuadas. Esta última es por tanto siempre mucho más baja.
Para los metales, la temperatura de servicio está limitada por el creep (deformación progresiva bajo carga en el tiempo) y por la oxidación, que se manifiestan a temperaturas inferiores a la fusión. Un acero al carbono funde a ~1.500 °C pero pierde resistencia estructural antes de los 500 °C.
Para los polímeros, el dato de referencia es el HDT, no el punto de fusión. Un PEEK puede tener una Tm de aproximadamente 343 °C, pero un HDT a 1,8 MPa de aproximadamente 152 °C en el caso de un componente impreso en FDM y recocido. Análogamente, un PA12 puede tener una Tm de aproximadamente 187 °C y un HDT a 1,8 MPa cercano a 95 °C.
La regla práctica para el diseñador es sencilla: no dimensiones nunca un componente sobre la base del solo punto de fusión. Usa siempre el HDT (para los polímeros) o los datos de resistencia en caliente (para los metales) para definir la temperatura máxima de servicio.
| Material | Punto de fusión (°C) | Notas |
|---|---|---|
| Estaño (Sn) | 232 | Base para aleaciones de soldadura |
| Plomo (Pb) | 327 | Aleaciones de soldadura (en retirada RoHS) |
| Zinc (Zn) | 420 | Recubrimientos galvánicos, fundición a presión |
| Magnesio (Mg) | 650 | Aleaciones ultraligeras |
| Aluminio puro | 660 | - |
| Aleaciones de aluminio (6082, 7075) | 555-650 | Intervalo solidus-liquidus |
| Latón (CuZn37) | 900-920 | Intervalo |
| Cobre puro (Cu) | 1.083 | - |
| Bronce (CuSn8) | 880-1.000 | Intervalo |
| Aceros al carbono | 1.425-1.530 | Intervalo solidus-liquidus |
| Aceros inoxidables austeníticos (304, 316) | 1.400-1.450 | - |
| Fundición gris | 1.140-1.200 | Intervalo |
| Titanio puro (Gr2) | 1.668 | - |
| Titanio Gr5 (Ti6Al4V) | 1.604-1.660 | Intervalo |
| Hierro puro | 1.538 | Referencia |
| Níquel (Ni) | 1.455 | Superaleaciones |
| Tungsteno (W) | 3.422 | Punto de fusión más alto entre los metales |
| Polímero | Punto de fusión Tm (°C) | HDT 1,8 MPa (°C) |
|---|---|---|
| PE-HD (polietileno de alta densidad) | 130-135 | 75 |
| PP (polipropileno) | 160-170 | 55-65 |
| Nylon PA12 (MJF) | 187 | 95 |
| Nylon PA6 | 220 | 55-80 |
| Nylon PA66 | 260 | 70-100 |
| POM (poliacetal) | 175 | 110 |
| PBT | 225 | 60 |
| PEEK (Recocido) | 343 | 152 |
| PEEK CF | 343 | 315 (0,45 MPa) |
| PPS | 280-290 | 260 |
| Polímero | Tg (°C) | Vicat (°C) |
|---|---|---|
| ABS | 105 | 95-110 |
| ABS Médico | - | 104 |
| PC (policarbonato) | 147 | 145-150 |
| PMMA (plexiglás) | 105 | 95-100 |
| PS (poliestireno) | 95 | 85-95 |
| ULTEM (PEI) | 217 | 210-215 |
Para los polímeros amorfos no existe un punto de fusión: la Tg y la Vicat son las referencias para la estabilidad térmica.
El punto de fusión es un parámetro fundamental no solo en la elección del material, sino también en la definición de los procesos con los que se transforma.
En los procesos aditivos, las temperaturas de fusión y reblandecimiento contribuyen a definir las condiciones operativas:
En los mecanizados por arranque de viruta, la temperatura en la zona de contacto entre herramienta y pieza debe mantenerse bajo control. Un excesivo calentamiento puede causar reblandecimiento, alteraciones metalúrgicas o degradación del material.
El fenómeno es particularmente crítico en los polímeros, que tienen generalmente una baja conductividad térmica. El calor tiende por tanto a concentrarse cerca del filo, provocando fusión local, adhesión de la viruta a la herramienta y un empeoramiento del acabado superficial.
Las temperaturas de fusión del material base y del material de aportación influyen en la elección de los parámetros de soldadura, entre ellos la corriente, la velocidad, el gas protector y el precalentamiento. Un acero inox austenítico (Tm ~1.450 °C) requiere parámetros diferentes de un aluminio (Tm ~600 °C) y de un titanio (Tm ~1.650 °C).
En fundición, el parámetro más relevante es la temperatura de liquidus, a la que se añade un adecuado sobrecalentamiento para garantizar la fluidez del metal durante la colada. Estos valores contribuyen a determinar las características del horno, de la cuchara de colada y de todo el proceso.
El punto de fusión es una propiedad fundamental para comprender cómo se transforma un material, pero no coincide con su temperatura máxima de servicio. En los metales puros corresponde a un valor definido, mientras que en las aleaciones la fusión se produce generalmente en un intervalo comprendido entre solidus y liquidus. En los polímeros semicristalinos está asociado a la fusión de la fase cristalina, mientras que en los polímeros amorfos no existe un verdadero punto de fusión.
Para dimensionar correctamente un componente hay que considerar por tanto el HDT, la Tg, la temperatura Vicat, las propiedades mecánicas en caliente y las condiciones efectivas de uso.
Conocer la diferencia entre estos parámetros permite elegir el material más adecuado, prevenir errores de diseño y dialogar con proveedores y laboratorios de forma más precisa.
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El punto de fusión (Tm) corresponde al paso del estado sólido al líquido. El punto de reblandecimiento indica en cambio la temperatura a la que un material, típicamente un polímero amorfo o una cera, pierde rigidez y empieza a deformarse bajo carga, sin una transición de fase neta. Para los polímeros, uno de los valores de referencia es la temperatura Vicat (ISO 306), definida como la temperatura a la que un penetrador estandarizado se hunde 1 mm en la probeta sometida a una determinada carga.
El acero no tiene un único punto de fusión, porque es una aleación. El paso al estado líquido se produce en un intervalo comprendido entre la temperatura de solidus (inicio de la fusión) y la de liquidus (fusión completa).
En los aceros al carbono, este intervalo está generalmente comprendido entre aproximadamente 1.425 y 1.530 °C y varía en función de la composición. Al aumentar el contenido de carbono, la temperatura de inicio de fusión tiende a disminuir.
Los aceros inoxidables austeníticos, como AISI 304 y AISI 316, funden indicativamente entre 1.400 y 1.450 °C. Los aceros para herramientas y los aceros rápidos, caracterizados por un contenido más elevado de elementos de aleación, presentan en general temperaturas de fusión ligeramente inferiores.
Los valores exactos dependen siempre de la composición específica del acero.
El aluminio puro funde a 660,3 °C. Las aleaciones de aluminio funden en cambio a temperaturas variables en función de la composición: la 6082 presenta un intervalo indicativo de aproximadamente 555–650 °C, mientras que la 7075 funde entre aproximadamente 475 y 635 °C.
La temperatura máxima de servicio es mucho más baja. En las aleaciones tratadas térmicamente, como las en estado T6, la exposición prolongada al calor puede provocar sobreenvejecimiento y una consecuente pérdida de resistencia mecánica. El límite de uso debe por tanto definirse considerando la aleación, el estado metalúrgico, la carga y la duración de la exposición.
El PEEK funde a aproximadamente 343 °C, una de las temperaturas más elevadas entre los polímeros termoplásticos. Por esto, en la impresión FDM se extruye generalmente entre 380 y 420 °C y requiere máquinas dotadas de cámara calentada.
La temperatura máxima de servicio es sin embargo mucho más baja y depende de la formulación, del proceso productivo y de la carga aplicada. Un PEEK recocido e impreso en FDM puede presentar un HDT a 1,8 MPa de aproximadamente 152 °C, mientras que algunas formulaciones reforzadas con fibra de carbono alcanzan valores de hasta aproximadamente 315 °C a 0,45 MPa.
Para diseñar un componente, el punto de fusión no es suficiente. En los polímeros hay que considerar el HDT, la Tg y los datos mecánicos a la temperatura de servicio; en los metales, en cambio, son fundamentales la resistencia en caliente, el creep y la oxidación.
El punto de fusión indica cuándo el material pierde el estado sólido y es por tanto particularmente útil en la definición de los procesos de transformación (impresión 3D, soldadura y fundición). El HDT describe en cambio el comportamiento de un polímero bajo una carga y en condiciones de prueba específicas.
Para definir la temperatura máxima de servicio es necesario valorar también la carga aplicada, la duración de la exposición, el ambiente y los márgenes de seguridad previstos por el proyecto.
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