Pure tin melts at 231.93 degrees Celsius. However, this value only applies to the pure metal. As soon as a second element is added, the single point often becomes an entire temperature range—for Sn85Zn15, for example, a window of more than 60 Kelvin. The melting behavior therefore depends significantly on the composition, and it makes a big difference whether you use pure tin or a tin alloy.
Pure tin and its fixed melting point
Bei reinen Metallen gibt es keinen Temperaturbereich zwischen fest und flüssig. Das Metall schmilzt bei genau einer Temperatur. Fachlich fallen hier die Temperatur, bei der das Erstarren beginnt, und die Temperatur, bei der es abgeschlossen ist, auf denselben Wert. Deshalb steht bei Reinzinn als Barren oder Granulat eine einzige Zahl und keine Spanne.
For some metals such as tin, bismuth, indium, or lead, this value is remarkably low. Pure lead melts at 327 degrees Celsius, while copper and silver are many times higher. This is exactly what makes tin so accessible for casting in the workshop, as the temperature can be reached with a gas flame or a small melting furnace. The boiling point, at well over 2,500 degrees Celsius, is so far away that it plays no role during work.
Temperature alone does not make the metal liquid. At the melting point, additional energy must be added for the transition to take place at all; for tin, this is around 7 kilojoules per mole. This energy is called the enthalpy of fusion. It occurs with every substance and can be measured particularly well in pure substances. In practical terms, this means: if the temperature stops at about 232 degrees Celsius and does not rise further for a while, nothing is broken. The heat supplied is then being used for the transition from solid to liquid.
Melting Point and Melting Range in Tin Alloys
As soon as tin is alloyed, the rule of a single melting point no longer automatically applies. Between the temperature at which an alloy begins to solidify and the temperature at which it is completely solid, solid and liquid components exist side by side. The mass is pasty in between. This temperature range is called the melting range. Depending on the alloy, it is only a few Kelvin wide or significantly wider.
Eine Ausnahme gibt es. Bei einer ganz bestimmten Mischung, dem sogenannten eutektischen Punkt, fallen Beginn und Ende des Erstarrens wieder zusammen, und die Legierung verhält sich wie ein reines Metall. Das klassische Beispiel ist SnPb37 mit 63 Prozent Zinn und 37 Prozent Blei, das bei 183 Grad Celsius schmilzt, also deutlich unter beiden Ausgangsmetallen. Auch SnCu0,7 hat einen solchen festen Schmelzpunkt und ausdrücklich keinen Schmelzbereich. Beide sind wegen dieser Eigenschaft gern genutzte Elektrolote.
A very common error we encounter in consultations is calculating with the average. If you calculate the melting point of an alloy as a weighted average of its components, you will be completely wrong. SnPb37 does not melt somewhere between 232 and 327 degrees Celsius, but at 183 degrees Celsius. This calculation is roughly useful for density, but not for the melting point.
Für die Praxis ist diese Unterscheidung wichtiger als die Zahl selbst. Ein Lot mit festem Schmelzpunkt wird schlagartig flüssig und erstarrt ebenso schnell wieder. Ein Lot mit breitem Bereich bleibt länger breiartig und lässt sich in diesem Zustand formen, wie gut das gelingt, unterscheidet sich je nach Sorte. Genau danach sind auch die beiden Lotkategorien getrennt, die eutektisch erstarrenden Zinnlote auf der einen Seite und die breiartig erstarrenden Lote auf der anderen.
When a metal ends up in a foreign melt Copper dissolves in a zinc-aluminum melt even below its own melting point. When dealing with a foreign metal in a melt, its melting point alone is not sufficient information. It is better to clarify such cases with us beforehand.
Overview of solder melting points
The following values are taken from the product specifications of the alloys we carry. They show how far the temperatures vary and which alloys have a fixed point versus a range.
| Alloy | Melting point or melting range | Solidification |
|---|---|---|
| Sn99.9 (Pure tin) | 231.93 degrees Celsius | fixed point |
| SnCu0.7 | 229 degrees Celsius | fixed point |
| SnAg3 | 221 to 224 degrees Celsius | narrow range |
| SnAg4 | 220 degrees Celsius | fixed point |
| Sn91Zn9 | 199 degrees Celsius | fixed point |
| Sn85Zn15 | 199 to 260 degrees Celsius | wide range |
| SnPb40 | 183 to 190 degrees Celsius | narrow range |
| SnPb37 | 183 degrees Celsius | fixed point |
Noch tiefer liegt BiSn42 aus den Bismut-Zinn-Legierungen, es wird bereits bei 138 Grad Celsius flüssig. Für kleine Gussteile ist das praktisch, das Metall ist allerdings spröde und kaum kalt verformbar.
Zwei Zeilen lohnen einen zweiten Blick. Sn91Zn9 und Sn85Zn15 bestehen beide aus Zinn und Zink und beginnen beide bei 199 Grad Celsius zu schmelzen, trotzdem verhalten sie sich beim Erstarren unterschiedlich. Sn85Zn15 als Lötstab hat mit dem höheren Zinkanteil einen Schmelzbereich bis 260 Grad Celsius. Das Dachdeckerzinn Sn91Zn9 dagegen ist eutektisch und schmilzt bei genau 199 Grad Celsius, ohne Schmelzbereich. Sn85Zn15 enthält mehr Zink, als das Eutektikum braucht, und erstarrt deshalb über einen Bereich.
Body Solder and Its Wide Melting Range
For some body solders, the material is specifically intended not to solidify instantly, but to remain pasty over a wide temperature range so that it can be spread and modeled on the sheet metal. The wide range is therefore the desired property there and not an accepted side effect. How wide the window is differs significantly depending on the grade.
Das bleifreie Sn92Zn5Cu3 schmilzt zwischen 210 und 300 Grad Celsius und bleibt darin lange pastös, es lässt sich also gut verstreichen und modellieren. Sn92Cu8 hat mit 230 bis 350 Grad Celsius einen noch breiteren Schmelzbereich und bleibt ebenfalls gut pastös, braucht aber höhere Temperaturen. Verarbeitet wird es mit 350 bis 400 Grad Celsius. Das klassische bleihaltige Pb74Sn25Sb1 wird bei 200 bis 350 Grad Celsius verarbeitet. Bei diesen beiden richten Sie die Wärmequelle nach der angegebenen Arbeitstemperatur ein. Bleihaltige Legierungen verkaufen wir nur an gewerbliche Kunden.
Tinning paste is also available for pre-tinning the surface. Working with it produces soldering fumes, so effective extraction or fresh air supply is necessary.
When soldering itself, more than just the temperature matters. Always use the appropriate flux and clean the surfaces until they are bright beforehand. Remove flux residues soon after soldering with water and a little dish soap, because hydrochloric acid often forms, which attacks the workpiece.
Why the Casting Temperature Is Above the Melting Point
If you want to fill a mold, you do not cast just above the melting point. Some melts become viscous as they cool, and viscous metal no longer reaches fine contours, which promotes defects. The temperature reserve keeps the melt fluid on its way into the mold.
Wie groß diese Reserve ausfällt, hängt an der Legierung, an der Form und am Werkstück. Eine allgemeine Spanne gibt es deshalb nicht, wohl aber Angaben zu den einzelnen Legierungen. Für Sn95Sb3Cu2, im Shop als SnSb3Cu2 geführt, empfehlen wir eine Gießtemperatur von 300 Grad Celsius, während der Schmelzbereich bei 248 Grad Celsius endet. Sn98Sb2, im Shop als SnSb2 geführt, wird mit 280 bis 300 Grad Celsius vergossen. Es hat den geringeren Schmelzbereich und neigt weniger zu Seigerungen, also zur Entmischung der Legierung beim Erstarren. Seine Festigkeit liegt zwischen Reinzinn und Sn95Sb3Cu2. Für die festere Figur empfehlen wir Sn95Sb3Cu2, das sich für Figuren sehr gut eignet. Für Figuren, mit denen gespielt wird oder die oft in die Hand genommen werden, raten wir zu bleiarmen oder bleifreien Legierungen, weil Blei gesundheitlich bedenklicher ist als Zinn.
Wer Reinzinn in Barrenform gießt, tastet sich an der eigenen Form an die passende Temperatur heran und gießt zuerst ein Probestück. Planen Sie beim Formbau außerdem ein, dass Zinn und Zinnlegierungen beim Erstarren stark schrumpfen, ähnlich wie Aluminium. Sie neigen deshalb zu Lunkern, also Hohlräumen im Gussteil.
Eine Grenze verdient dabei besondere Aufmerksamkeit, wenn eine Silikonform im Spiel ist. Für unseren Silikonkautschuk HB liegt die Belastungsgrenze bei 400 Grad Celsius, und daran orientiert sich die Gießtemperatur. Die 450 Grad Celsius, die die Form beim Eingießen kurzzeitig aushält, sind der Spitzenwert und kein Zielwert. Überschreiten Sie ihn auch beim Eingießen nicht. Die Weißmetalle aus den Zinnlegierungen für den Formguss reichen genau in diesen Bereich hinein. WM89 wird bei etwa 390 bis 440 Grad Celsius vergossen und ist für die Silikonform nur am unteren Ende seines Bereichs zu vertreten. WM80 beginnt mit 450 Grad Celsius an der kurzzeitigen Grenze und reicht bis 520 Grad Celsius darüber hinaus. Für Silikonformen sind deshalb die Legierungen mit der niedrigeren Gießtemperatur die erste Wahl.
Equipment for Melting Tin
Before equipment comes dryness. If a melt encounters moisture, the water expands instantly into steam, the pressure rises sharply, and the melt splashes. As long as the metal is liquid, neither the mold nor the metal should come into contact with water, and tools must be dried before immersion. Basic equipment also includes safety goggles and non-flammable, heat-insulating gloves. Occupational safety standards for steelworks and foundries provide for both, and this is a sensible guide for the home workshop.
Die eigentliche Ausrüstung fällt bei Zinn erfreulich klein aus. Für den Einstieg reicht ein einfacher Schmelztiegel aus Grafit, die günstigen Varianten ohne Ausguss eignen sich wegen des Preis-Leistungs-Verhältnisses besonders für Anfänger. Unsere Gießlöffel sind bis etwa 800 Grad Celsius einsetzbar, also weit jenseits dessen, was Zinn verlangt. Direkt im geschlichteten Löffel schmelzen lässt sich bis etwa 400 bis 500 Grad Celsius, für Zinn reicht das gut. Schlichten Sie Stahllöffel zum Schutz immer ein. Wird das Metall nicht im Löffel selbst geschmolzen, sondern im Tiegel bereitgestellt, sollte der Löffel vorher auf die Temperatur der Schmelze gebracht werden, etwa indem er kurz darin verbleibt. Bei den niedrigschmelzenden Legierungen auf Zinn-, Blei- und Bismutbasis brauchen Sie keinen Schlackebinder.
Wie aus der Schmelze ein fertiges Werkstück wird, zeigt unsere Anleitung zum Zinnfigurengießen Schritt für Schritt. Wenn Sie eine Legierung mit einem bestimmten Schmelzbereich suchen, die so nicht im Sortiment steht, fragen Sie danach. Zuschnitte, Sonderformen und Speziallegierungen bieten wir auf Anfrage an oder beschaffen sie. Niedrigschmelzende Sonderlegierungen stellen wir meist selbst her, andere über Partner.
Frequently Asked Questions About the Melting Point of Tin
At what temperature does tin become liquid?
Pure tin does not go through a pasty state between solid and liquid; it becomes completely liquid at 231.93 degrees Celsius. Only alloys with a melting range become pasty. SnPb40 becomes pasty from 183 degrees Celsius, Sn85Zn15 from 199 degrees Celsius, and the body solder Sn92Zn5Cu3 from 210 degrees Celsius. They are only completely liquid at the upper end of their range.
Does lead-free solder melt at a higher temperature than lead-containing solder?
For common solders, yes, including all solders in the table, but the difference varies greatly. SnCu0.7 only becomes liquid at 229 degrees Celsius, while SnPb37 does so at 183 degrees Celsius, which is a 46-degree difference. Between lead-free Sn91Zn9 at 199 degrees Celsius and SnPb40 at up to 190 degrees Celsius, however, there are only a few degrees. An exception is lead-free bismuth-tin alloys such as BiSn42, which becomes liquid at just 138 degrees Celsius. The value of the specific alloy is decisive.
Does cold damage tin?
Below 13.2 degrees Celsius, silver-white tin can transform into gray alpha-tin, known as tin pest. Just below this limit, the tendency for this is still low; it grows as the temperature drops. In extreme cold, however, the reaction proceeds slower and slower. It is therefore fastest at around minus 48 degrees Celsius. In heated rooms, tin pest is not an issue.
