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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