Temperatura de fusión zamak en fundición a presión: guía técnica completa

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La temperatura de fusión del zamak en fundición a presión es el parámetro térmico que define todo el proceso en cámara caliente: determina la viabilidad industrial, la vida útil del molde, la calidad superficial de la pieza fundida e incluso la correcta adhesión de los acabados galvánicos posteriores. Las cuatro aleaciones ZP normalizadas por EN 12844 funden en un intervalo muy estrecho, comprendido entre aproximadamente 379 °C y 390 °C, pero se inyectan a temperaturas más altas (típicamente 440-460 °C) para garantizar la fluidez y el llenado óptimo del molde. En esta guía técnica aclaramos de forma definitiva la diferencia entre punto de fusión, temperatura de inyección y límite de trabajo en servicio, comparamos las aleaciones Zamak 3, Zamak 5, Zamak 2 y ZP8, y explicamos por qué Micrometal, con 11 prensas de cámara caliente en sus instalaciones de Erbusco (Brescia, Italia), considera el control térmico la clave de la calidad de proceso.

Qué es la temperatura de fusión del zamak: solidus, liquidus e intervalo de solidificación

En metalurgia no existe un único «punto de fusión» para una aleación: existen dos temperaturas bien diferenciadas. La temperatura de solidus es aquella por debajo de la cual la aleación está completamente sólida; la temperatura de liquidus es aquella por encima de la cual está completamente líquida. Entre ambas se extiende el intervalo de solidificación, una zona bifásica en la que coexisten cristales sólidos y fase líquida. Cuanto más estrecho es este intervalo, más uniforme resulta la solidificación y mayor es la reproducibilidad dimensional de la pieza fundida a presión.

El zamak es una familia de aleaciones de base zinc con composición típica: zinc ~96 %, aluminio ~4 %, magnesio en trazas (0,03-0,06 %) y cobre en cantidades variables según la aleación (desde ~0,25 % en el Zamak 3 hasta ~2,7 % en el Zamak 2). El aluminio al 4 % es el verdadero protagonista térmico: sitúa a la aleación cerca del punto eutéctico Zn-Al, comprimiendo el intervalo de solidificación a tan solo 5-10 °C. Esta característica, distintiva de las aleaciones ZP frente a las aleaciones ZA de alto contenido en aluminio (8-27 %), es lo que permite la fundición a presión del zamak en cámara caliente con ciclos extremadamente rápidos.

Para profundizar en la química y las propiedades de las aleaciones de zinc para fundición a presión puede consultar nuestra ficha de materiales. La norma de referencia para la clasificación europea es EN 12844, complementada por EN 1774 para las aleaciones de partida.

Temperaturas de fusión de las cuatro aleaciones EN 12844: ZP3, ZP5, ZP2 y ZP8 en detalle

Las cuatro aleaciones normalizadas por EN 12844:1998 comparten una matriz Zn-Al pero difieren en el contenido de cobre y, en el caso de la ZP8, también en el de aluminio. Estas diferencias químicas, aunque mínimas, desplazan ligeramente el intervalo solidus-liquidus y modifican de forma significativa las propiedades mecánicas y térmicas de la pieza fundida acabada.

La Zamak 3 (ZP3) es la aleación más utilizada en todo el mundo y la referencia para la mayoría de las aplicaciones industriales. Presenta una composición casi eutéctica con un intervalo de fusión de 381-386 °C, conductividad térmica de 113 W/m·°C y un rango de solidificación de tan solo 5 °C: es la aleación de elección para estabilidad dimensional y acabados galvánicos de alta calidad.

La Zamak 5 (ZP5) incorpora aproximadamente un 1 % de cobre: el intervalo de fusión permanece prácticamente idéntico (380-386 °C), pero la pieza fundida gana dureza y resistencia mecánica a igual temperatura de proceso. La Zamak 2 (ZP2), con ~2,7 % de Cu, presenta un intervalo de 379-390 °C: mayor dureza y resistencia, con una ligera penalización en la amplitud del intervalo de solidificación. La ZP8, con ~8 % de aluminio y ~0,8 % de cobre, es la aleación específica para servicio a temperatura elevada y resistencia al creep.

Aleación EN 12844	Al (%)	Cu (%)	Solidus (°C)	Liquidus (°C)	Conductividad (W/m·°C)
ZP3 (Zamak 3)	~4,0	≤0,25	381	386	113
ZP5 (Zamak 5)	~4,0	~1,0	380	386	109
ZP2 (Zamak 2)	~4,0	~2,7	379	390	105
ZP8	~8,0	~0,8	375	404	115

Los valores de la tabla proceden de las especificaciones EN 12844:1998 y de patentes técnicas del sector (US Patent 10,960,463; US Patent 6,564,856). Las equivalencias internacionales están reguladas por ASTM B86 (Alloy 3 = ZP3, Alloy 5 = ZP5, Alloy 2 = ZP2) e ISO 301. Para las aplicaciones del Zamak 5 y de las demás variantes, la elección de la aleación debe declararse siempre en la oferta técnica citando la norma de referencia correspondiente.

Por qué el bajo punto de fusión hace del zamak la opción ideal para la fundición a presión en cámara caliente

Existe un umbral térmico crítico en la tecnología de fundición a presión en cámara caliente: aproximadamente 450 °C. Por encima de esta temperatura, las aleaciones metálicas fundidas comienzan a atacar de forma significativa las piezas de hierro fundido o acero de la prensa, en particular el gooseneck (el cuello de cisne) sumergido en el baño y el émbolo de inyección. Por esta razón, el aluminio (punto de fusión ~660 °C) y el magnesio (~650 °C) requieren obligatoriamente la tecnología de cámara fría, con el baño completamente separado del cilindro de inyección.

El zamak, con liquidus a 386-390 °C e inyección a 440-460 °C, opera precisamente por debajo de ese umbral. El aluminio al 4 % de la aleación desempeña además un papel pasivante: forma una película de óxido que reduce drásticamente la velocidad de erosión de las piezas férricas sumergidas. Es la combinación entre bajo punto de fusión y pasivación química lo que hace del zamak la única aleación industrial apta para el proceso de cámara caliente con ciclos continuos.

Las ventajas industriales son directas y cuantificables: ciclos cortos (incluso <3 segundos en piezas de pequeño formato), alta fluidez que permite paredes delgadas de hasta 0,5 mm, y vida útil del molde del orden de millones de disparos (frente a los ~150.000 disparos típicos del aluminio en cámara fría). Nuestro parque de prensas de cámara caliente aprovecha íntegramente esta ventaja térmica.

Temperatura de inyección frente a temperatura de fusión: el sobrecalentamiento del baño en la prensa

El set-point operativo del baño fundido en una prensa de cámara caliente para zamak se sitúa típicamente entre 440 y 460 °C. Este rango no es la temperatura de fusión: es el liquidus de la aleación (~386 °C) incrementado con un sobrecalentamiento (superheat) de 50-70 °C. El sobrecalentamiento cumple tres funciones: garantizar la fluidez suficiente para el llenado de las cavidades más finas, compensar las pérdidas térmicas durante el recorrido del metal desde el gooseneck hasta la cavidad del molde, y mantener un margen de seguridad frente a la solidificación prematura en el canal de inyección.

En Micrometal, la monitorización térmica del baño es continua y se basa en termopares tipo K con set-point gestionado por control PID; todas las desviaciones quedan registradas y trazadas en el sistema de gestión de la calidad certificado desde 1991. Esta trazabilidad térmica es lo que permite garantizar la adhesión galvánica de la secuencia cobre undercoat (cianuro 2-5 μm) + cobre ácido + níquel, estándar NADCA / ASTM B633 / B841: sin un baño térmicamente estable, incluso el mejor proceso galvánico resulta ineficaz.

Temperatura del molde y velocidad de enfriamiento: efectos sobre tolerancias y acabado superficial

El control térmico no termina en el baño: el molde tiene su propia dinámica térmica igualmente crítica. La temperatura inicial del molde al arranque de una colada es típicamente de ~105 °C; durante la producción continua, el régimen térmico estacionario tiende a estabilizarse entre 150 y 200 °C gracias al equilibrio entre el calor cedido por la pieza fundida y el calor extraído por los canales de refrigeración.

La velocidad de enfriamiento en los primeros milisegundos tras la inyección supera los 300 °C/s. Este gradiente térmico tan pronunciado es el que genera la característica piel densa superficial de la pieza fundida en zamak: una capa de ~0,1-0,3 mm de grano muy fino, libre de porosidades, que constituye la base ideal para los tratamientos galvánicos y mecánicos de acabado.

Las desviaciones térmicas del molde producen defectos típicos y reconocibles:

«`mermaid
flowchart TD
A[Inicio de ciclo: molde ~105 °C] –> B{Temperatura del molde
en régimen}
B –>|Demasiado frío <130 °C| C[Cold-shut
Juntas frías
Llenado incompleto]
B –>|Rango óptimo
150-200 °C| D[Piel densa
Tolerancias en spec
Acabado uniforme]
B –>|Demasiado caliente >230 °C| E[Adherencia al molde
Porosidad por gas
Variaciones dimensionales]
D –> F[Pieza OK
Galvánica adhesiva]
C –> G[Rechazo: recalentar baño
aumentar set-point]
E –> H[Rechazo: optimizar
refrigeración del molde]
«`

Mantener el molde en el rango óptimo de 150-200 °C es esencial para respetar las tolerancias dimensionales de la fundición a presión de zamak, típicamente del orden de ±0,05-0,1 mm en cotas críticas. Las patentes US 5,071,620 y US 4,456,229 describen en detalle el efecto de las desviaciones térmicas del molde sobre la calidad de la pieza fundida.

Temperatura máxima de servicio y riesgo de creep: límites de uso en funcionamiento para cada aleación

Una vez solidificada, la pieza fundida en zamak vive su propia «segunda vida térmica» en servicio. Aquí entra en juego un concepto que con frecuencia genera confusión: el límite de temperatura de trabajo. Este límite NO es el punto de fusión (~385 °C), sino una temperatura mucho más baja, a partir de la cual la aleación —aun permaneciendo sólida— puede sufrir deformaciones permanentes por creep (fluencia viscosa bajo carga constante).

Aleación	T máx. bajo carga (°C)	T máx. sin carga (°C)	Resistencia al creep
ZP3 (Zamak 3)	100	150	Referencia base
ZP5 (Zamak 5)	100	150	~ZP3 pero +10 °C
ZP2 (Zamak 2)	130	150	Buena
ZP8	130	150	Excelente (referencia)

La jerarquía de resistencia al creep, según los datos de zinc.org y EN 12844, es: ZP8 ≥ ZP2 > ZP5 > ZP3. El cobre y el aluminio adicional actúan como elementos de refuerzo por solución sólida y por precipitación, dificultando el movimiento de dislocaciones a temperatura. Para aplicaciones en instrumentación y sensores con ciclos térmicos prolongados, la elección de ZP8 o ZP2 puede marcar la diferencia entre un componente fiable y uno sometido a deriva dimensional.

Cómo elegir la aleación zamak adecuada según los requisitos térmicos y mecánicos del proyecto

La elección entre las cuatro aleaciones ZP no se hace «por defecto»: cada proyecto tiene un perfil termo-mecánico específico que orienta hacia una variante concreta. El árbol de decisión que presentamos a continuación resume el flujo de trabajo que aplica nuestro equipo técnico:

«`mermaid
flowchart TD
A[Definir requisitos del proyecto] –> B{Temperatura de servicio
bajo carga?}
B –>|< 100 °C| C{¿Acabado galvánico
crítico?}
B –>|100-130 °C| D[Considerar ZP2 o ZP8]
B –>|> 130 °C| E[Evaluar otros materiales
o reducir la carga]
C –>|Sí – Ni/Cr decorativos| F[ZP3
Estabilidad + acabados top]
C –>|No – solo pintura| G{¿Cargas mecánicas?}
G –>|Bajas| F
G –>|Moderadas – dureza| H[ZP5
Compromiso óptimo]
D –> I{¿Resistencia al creep
prioritaria?}
I –>|Sí| J[ZP8]
I –>|No, dureza prioritaria| K[ZP2]
«`

En síntesis operativa: ZP3 es la elección para estabilidad dimensional y acabados galvánicos de alta calidad (es la aleación predominante en nuestras aplicaciones en el sector de cerraduras y seguridad); ZP5 es el mejor compromiso para cargas moderadas con dureza superior a la ZP3; ZP2 se elige cuando se requiere máxima resistencia mecánica y dureza para aplicaciones de ferretería técnica de alta exigencia; y ZP8 es la aleación de referencia para servicio a temperatura elevada y resistencia al creep prolongada.

Para analizar el caso específico de su componente, nuestro equipo técnico está disponible para una consulta preliminar: teléfono +39 030 7760830.

Normativa de referencia: EN 12844, EN 1774 y estándares internacionales

Para el comprador técnico, citar la norma correcta en la oferta y en el contrato es esencial para evitar ambigüedades en las denominaciones y para garantizar la conformidad del proveedor. Las normas de referencia son:

• EN 12844:1998 — «Zinc and zinc alloys – Castings – Specifications». Especifica la composición química, las propiedades mecánicas y las designaciones de las piezas fundidas a presión en aleación de zinc: ZP2, ZP3, ZP5, ZP8. Es la norma que debe citarse para el producto acabado.
• EN 1774:1997 — «Zinc and zinc alloys – Alloys for foundry purposes – Ingot and liquid». Norma complementaria que regula la especificación química de los lingotes y las aleaciones líquidas de partida, con tolerancias más estrictas que la EN 12844 para compensar las variaciones de proceso.
• ASTM B86 — Estándar americano para piezas fundidas a presión en aleación de zinc; las denominaciones Alloy 3, Alloy 5, Alloy 2 corresponden respectivamente a ZP3, ZP5, ZP2.
• ISO 301 — Norma ISO para lingotes de aleación de zinc destinados a fundición.
• ISO 9001:2015 — Sistema de gestión de la calidad, relevante para la trazabilidad térmica como parámetro de proceso.

Micrometal opera bajo certificación ISO 9001 desde 1991, con trazabilidad documentada de las temperaturas de baño y molde para cada lote productivo. Para solicitar una oferta técnica o discutir la especificación de su aplicación, le invitamos a contactar con nuestro equipo técnico: el diálogo temprano sobre los requisitos térmicos del proyecto es la mejor forma de orientar la elección de la aleación óptima entre ZP3, ZP5, ZP2 y ZP8.