Плотность алюминия
Алюминий – легкий конструкционный материал
Малая плотность является одним из главных преимуществ алюминия по сравнению с другими конструкционными металлами.
Прочность на единицу плотности алюминия
по сравнению с другими металлами и сплавами [3]
Плотность цветных металлов
Плотность алюминия в сравнении с плотностью других легких металлов:
- алюминий: 2,70 г/см3
- титан: 4,51 г/см3
- магний: 1,74 г/см3
- бериллий: 1,85 г/см3
Плотность материалов
Единица измерения
Плотность алюминия и любого другого материала – это физическая величина, определяющая отношения массы материала к занимаемому объему.
- Единицей измерения плотности в системе СИ принята размерность кг/м3.
- Для плотности алюминия часто применяется более наглядная размерность г/см3.
Плотность алюминия в кг/м3 в тысячу раз больше, чем в г/см3.
Удельный вес
Для оценки количества материала в единице объема часто применяют такую не системную, но более наглядную единицу измерения как «удельный вес». В отличие от плотности удельный вес не является абсолютной единицей измерения. Дело в том, что он зависит от величины гравитационного ускорения g, которая меняется в зависимости от расположения на Земле.
Зависимость плотности от температуры
Плотность материала зависит от температуры. Обычно она снижается с увеличением температуры. С другой стороны, удельный объем – объем единицы массы – возрастает с увеличением температуры. Это явление называется температурным расширением. Оно обычно выражается в виде коэффициента температурного расширения, который дает изменение длины на градус температуры, например, мм/мм/ºС. Изменение длины легче измерить и применять, чем изменение объема.
Удельный объем
Удельный объем материала – это величина, обратная плотности. Она показывает величину объема единицы массы и имеет размерность м3/кг.
По удельному объему материала удобно наблюдать изменение плотности материалов при нагреве-охлаждении.
На рисунке ниже показано изменение удельного объема различных материалов (чистого металла, сплава и аморфного материала) при увеличении температуры. Пологие участки графиков – это температурное расширение для всех типов материалов в твердом и жидком состоянии. При плавлении чистого металла происходит скачок повышения удельного объема (снижения плотности), при плавлении сплава – быстрое его повышение по мере расплавления в интервале температур. Аморфные материалы при плавлении (при температуре стеклования) увеличивают свой коэффициент температурного расширения [2].
Плотность алюминия
Теоретическая плотность алюминия
Плотность химического элемента определяется его атомным номером и другими факторами, такими как атомный радиус и способ упаковки атомов. Теоретическая плотность алюминия при комнатной температуре (20 °С) на основе параметров его атомной решетки составляет:
- 2698,72 кг/м3.
Плотность алюминия: твердого и жидкого
График зависимости плотности алюминия в зависимости от температуры представлена на рисунке ниже [1]:
- С повышением температуры плотность алюминия снижается.
- При переходе алюминия из твердого в жидкое состояние его плотность снижается скачком с 2,55 до 2,34 г/см3.
Плотность алюминия в жидком состоянии – расплавленного чистого алюминия 99,996 % – при различных температурах представлена в таблице.
Алюминиевые сплавы
Влияние легирования
Различия в плотности различных алюминиевых сплавов обусловлены тем, что они содержат различные легирующие элементы и в разных количествах. С другой стороны, одни легирующие элементы легче алюминия, другие – тяжелее.
Легирующие элементы легче алюминия:
- кремний (2,33 г/см³),
- магний (1,74 г/см³),
- литий (0,533 г/см³).
Легирующие элементы тяжелее алюминия:
- железо (7,87 г/см³),
- марганец (7,40 г/см³),
- медь (8,96 г/см³),
- цинк (7,13 г/см³).
Влияние легирующих элементов на плотность алюминиевых сплавов демонстрирует график на рисунке ниже [1].
Самые легкие и самые тяжелые алюминиевые сплавы
- Одним из самых легких алюминиевым сплавом является зарубежный литейный сплав 518.0 (7,5-8,5 % магния) – 2,53 г на кубический сантиметр [1].
- Самыми тяжелыми алюминиевыми сплавами являются зарубежные литейные сплавы 222.0 и 238.0 с номинальным содержанием меди 10 %. Их номинальная плотность – 2,95 г на кубический сантиметр [1].
- Самый легкий деформируемый сплав – алюминиево-литиевый сплав 8090 с номинальным содержанием лития 2,0 %. Его номинальная плотность – 2,55 г на кубический сантиметр [1].
Плотность промышленных алюминиевых сплавов
Плотность алюминия и алюминиевых сплавов, которые применяются в промышленности, представлены в таблице ниже для отожженного состояния (О).
В определенной степени она зависит от состояния сплава, особенно для термически упрочняемых алюминиевых сплавов.
Влияние легирующих элементов алюминиевых сплавов на плотность и модуль Юнга [3]
Алюминиево-литиевые сплавы
Самую малую плотность имеют знаменитые алюминиево-литиевые сплавы.
- Литий является самым легким металлическим элементом.
- Плотность лития при комнатной температуре составляет 0,533 г/см³ – этот металл может плавать в воде!
- Каждый 1 % лития в алюминии снижает его плотность на 3 %
- Каждый 1 % лития увеличивает модуль упругости алюминия на 6 %. Это очень важно для самолетостроения и космической техники.
Популярными промышленными алюминиево-литиевыми сплавами являются сплавы 2090, 2091 и 8090:
- Номинальное содержание лития в сплаве 2090 составляет 1,3 %, а номинальная плотность – 2,59 г/см3.
- В сплаве 2091 номинальное содержание лития составляет 2,2 %, а номинальная плотность – 2,58 г/см3.
- У сплава 8090 при содержании лития 2,0 % плотность составляет 2,55 г/см3.
Приложение А
Таблица A1 – Номинальная плотность международных деформируемых алюминиевых сплавов [1]
Источники:
1. Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1993.
2. FUNDAMENTALS OF MODERN MANUFACTURING – Materials, Processes, and Systems /Mikell P. Groover – JOHN WILEY & SONS, INC., 2010
3. TALAT 1501
Плотность алюминиевых сплавов
Расчетная плотность алюминия и алюминиевых сплавов приводится в ГОСТ 21488-97, «Прутки прессованные из алюминия и алюминиевых сплавов».
Расчетная плотность указана для расчета справочной теоретической массы изделий и может отличаться по результатам взвешивания.
Переводной коэффициент показывает отношение плотности сплава к плотности чистого алюминия (2,7 г/см3).
|
Марка сплава |
Плотность, г/см3 |
Переводной коэффициент |
|
AМц |
2,73 |
1,011 |
|
АМцС |
2,73 |
1,011 |
|
|
2,73 |
1,011 |
|
АМг2 |
2,68 |
0,992 |
|
АМг3 |
2,67 |
0,988 |
|
АМг5 |
2,65 |
0,981 |
|
АМг6 |
2,64 |
0,977 |
|
АД31 |
2,71 |
1,004 |
|
АД33 |
2,71 |
1,004 |
|
АД35 |
2,72 |
1,007 |
|
АВ |
2,70 |
1,000 |
|
Д1 |
2,80 |
1,037 |
|
Д12 |
2,72 |
1,007 |
|
Д16 |
2,78 |
1,030 |
|
Д19 |
2,76 |
1,022 |
|
Д20 |
2,84 |
1,052 |
|
АК4 |
2,77 |
1,026 |
|
АК4-1 |
2,80 |
1,037 |
|
АК6 |
2,75 |
1,018 |
|
АК8 |
2,80 |
1,037 |
|
В95 |
2,85 |
1,055 |
|
1915 |
2,77 |
1,026 |
|
1925 |
2,77 |
1,026 |
|
ВД1 |
2,77 |
1,026 |
|
ВАД1 |
2,76 |
1,022 |
|
В95-2 |
2,85 |
1,055 |
|
АКМ |
2,69 |
0,996 |
ПЕРЕВОДНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ПРИБЛИЖЕННОЙ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МАССЫ 1 М ПРОФИЛЯ ИЗ АЛЮМИНИЯ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
| Марка сплава | Переводной коэффициент | Марка сплава | Переводной коэффициент |
| АМц | 0,958 | 1163 | 0,975 |
| АМцС | 0,958 | 1915 | 0,972 |
| АМг2 | 0,940 | 1920 | 0,954 |
| АМгЗ | 0,937 | 1925 | 0,972 |
| АМг5 | 0,930 | 1935 | 0,977 |
| АМгб | 0,926 | 1985ч | 0,948 |
| 1561 | 0,930 | 1973 | 1,000 |
| Д1 | 0,982 | 1980 | 0,968 |
| Д16 | 0,976 | ВД1 | 0,982 |
| Д16ч | 0,976 | АВД1-1 | 0,982 |
| Д19ч | 0,968 | АКМ | 0,970 |
| Д20 | 0,996 | М40 | 0,965 |
| АВ | 0,947 | АК4 | 0,970 |
| ВАД1 | 0,968 | АК6 | 0,962 |
| К48-2 | 0,972 | АД31Е | 0,950 |
| К48-2пч | 0,972 | АК4-1 | 0,982 |
| АД31 | 0,950 | АК4-1ч | 0,982 |
| АДЗЗ | 0,951 | ВД17 | 0,965 |
| АД35 | 0,954 | 1420 | 0,867 |
| 1161 | 0,972 |
ПЕРЕВОДНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ПРИБЛИЖЕННОЙ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МАССЫ 1 М ПРОФИЛЯ ИЗ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
| Марка сплава | Переводной коэффициент |
| МА1 | 0,978 |
| МА2 | 0,989 |
| МА2-1 | 0,990 |
| МА2-1пч | 0,990 |
| МА8 | 0,989 |
| МА12 | 0,989 |
Почему важна плотность алюминия?
Алюминий является одним из самых популярных промышленных материалов благодаря своим многочисленным гибким и привлекательным свойствам.
Одной из таких характеристик является его плотность. Алюминий — легкий материал, фактически его плотность составляет треть плотности стали. Алюминий имеет высокое отношение прочности к весу, а это означает, что он обеспечивает значительную прочность, несмотря на свой легкий вес. Эти характеристики превращаются в материал, с которым легко работать, но он прочный и способен выдерживать различные промышленные применения.
Загрузить технические характеристики алюминия сейчас
Kloeckner Metals — поставщик полного ассортимента алюминия и сервисный центр. Загрузите нашу спецификацию алюминия, чтобы узнать, что имеется на складе Kloeckner Metals.
Спецификация алюминия
Фактически, алюминий является фаворитом во многих отраслях промышленности — от аэрокосмической и автомобильной до спортивного оборудования — потому что он очень легкий и гибкий. Его плотность заметно ниже, чем у других металлов. Если вам интересно, вы также можете узнать больше о том, какие легкие алюминиевые сплавы используются в аэрокосмической и автомобильной промышленности.
Какова плотность чистого алюминия?
Плотность чистого алюминия в твердом состоянии составляет 2699 кг/м3 (теоретическая плотность, основанная на шаге решетки) и 2697-2699 кг/м3 (поликристаллический материал). Жидкая плотность чистого алюминия составляет 2357 кг/м3 при 973К и 2304 кг/м3 при 1173К.
Как рассчитывается плотность?
Плотность объекта равна массе объекта, деленной на его объем. Для целей алюминиевой промышленности плотность — это вычисление, основанное на плотности чистого алюминия плюс его состав с другими легирующими элементами. Можно ссылаться на вычисленные плотности Алюминиевой ассоциации, чтобы помочь пользователям рассчитать такие измерения, как вес на единицу длины, вес на единицу площади и площадь покрытия.
Как плотность зависит от типа алюминия
В то время как плотность чистого алюминия обычно считается равной примерно 2,7 г/см³, применение сплавов может привести к незначительному изменению этого числа. Более тяжелые легирующие элементы увеличат вес изделия.
Например, сплавы серии 1xxx имеют плотность, близкую к плотности чистого алюминия; на самом деле, сплавы этой серии считаются коммерчески чистым алюминием на 99%.
Сплавы серий 7xxx и 8xxx, с другой стороны, могут давать плотность примерно до 2,9кг/м3. В частности, алюминий 7075 с плотностью 2,81 г/см³ имеет более высокую плотность, чем другие сплавы. Следовательно, алюминий 7075 предлагает одну из самых высоких прочностей доступного алюминия (его предел прочности на растяжение почти вдвое выше, чем у популярного алюминия 6061).
Интересно, что сплавы серии 4xxx (основным легирующим компонентом которых является кремний) могут давать плотности ниже удельного веса чистого алюминия, равного 2,7 г/см³. В определенных количествах кремний вызывает снижение удельного веса алюминия.
Чем алюминий отличается по плотности от других металлов?
Низкая плотность является одним из основных преимуществ алюминия перед другими конструкционными металлами. Алюминий имеет плотность, которая составляет примерно одну треть плотности стали или меди.
Как один из самых легких коммерчески доступных металлов, алюминий имеет высокое отношение прочности к весу, что делает его желательным для многих конструкционных применений и изделий. Кроме того, он дешевле в производстве, чем сталь, и обладает большей пластичностью, пластичностью и коррозионной стойкостью.
Вот пример сравнения плотности алюминия с другими металлами:
| Металл или сплав | Плотность (г/см3) |
| Алюминий | 2,71 |
| Алюминиевые сплавы | 2,66–2,84 |
| Цинк | 7,13 |
| Железо | 7,20 |
| Сталь (углеродистая) | 7,86 |
| Медь | 8,94 |
| Свинец | 11.33 |
| Золото | 19.30 |
Каковы преимущества плотности алюминия?
Низкая плотность алюминия означает, что он легкий и его легко перемещать.
Несмотря на то, что он легкий, материал очень прочный, его легко формовать и выдавливать в формы. Плотность алюминия является значительным преимуществом в продуктах, где легкость считается очень важной характеристикой. К ним относятся транспортные компоненты (особенно аэрокосмические и автомобильные), машины и приборы. Другими областями применения, которые выигрывают от низкой плотности алюминия, являются строительные материалы, упаковка, электрические компоненты, предметы домашнего обихода и продукты питания/химикаты.
Низкая плотность алюминия очень привлекательна для автопроизводителей, например, из-за его способности хорошо сравниваться с плотностью стали при формовании автомобильных деталей и конструкций. Низкая плотность алюминия снижает вес автомобиля, что:
- Повышает производительность и управляемость автомобиля
- Повышает безопасность, устойчивость к столкновению и способность противостоять авариям
- Позволяет увеличить полезную нагрузку и сэкономить топливо
С точки зрения веса и стоимости алюминий является более сильным проводником тепла, чем медь.
Его высокая теплопроводность делает алюминий подходящим для изделий, использующих тепло, таких как радиаторы и кухонная утварь.
Легко понять, почему низкая плотность алюминия считается положительной характеристикой. Его легкая природа позволяет легко формировать различные формы, а также его легче перемещать и обрабатывать в производственном процессе. Тем не менее, низкая плотность алюминия, отмеченная высоким отношением прочности к весу, делает его отличным выбором материала, где легкость, но прочность имеют первостепенное значение.
Свяжитесь с нашей квалифицированной командой сейчас
Kloeckner Metals — поставщик полного ассортимента алюминия и сервисный центр. Kloeckner Metals сочетает в себе национальное присутствие с новейшими технологиями производства и обработки и инновационными решениями для обслуживания клиентов.
Свяжитесь с нами сейчас
Плотность алюминиевого сплава, плотность алюминия
Плотность алюминия составляет около 0,1 фунта/дюйм 3 [2700 кг/м3], а значения плотности алюминиевых сплавов сильно не различаются.
Алюминий и алюминиевые сплавы характеризуются относительно низкой плотностью по сравнению со сталью. Вы можете проверить плотность ниже для справки.
700