Die Dichte von Aluminium beträgt 2,70 g/cm³, also 2.700 kg/m³, 0,0975 lb/in³ oder etwa 168,5 lb/ft³. Das gilt für reines Aluminium bei Raumtemperatur. Gängige Legierungen liegen nahe daran: Die meisten fallen je nach Magnesium-, Kupfer- oder Zinkgehalt zwischen 2,64 und 2,81 g/cm³.
Der Vergleich, der die meisten interessiert: Aluminium wiegt bei gleichem Volumen etwa ein Drittel so viel wie Stahl. Eine Platte aus Kohlenstoffstahl hat 7,85 g/cm³; dieselbe Platte aus Aluminium 2,70. Kupfer ist noch schwerer mit 8,96.
Wir sind Wuxi Zhongxin Special Steel (ZHX Steel), und unser Geschäft ist Silizium-Elektroband. Dichte kommt in unserer Arbeit häufiger vor als man vielleicht denkt. Sie bestimmt die theoretischen Spulengewichte, sie fließt in die Messung des Ummagnetisierungsverlusts ein, und Aluminium selbst ist ein Legierungselement in vielen der Stahlsorten, die wir versenden. Dieser Leitfaden behandelt daher zunächst die Aluminium-Werte, dann die Stellen, an denen Aluminium und Elektroband aufeinandertreffen.
Wichtigste Erkenntnisse
- Reines Aluminium: 2,70 g/cm³ = 2.700 kg/m³ = 0,0975 lb/in³ = 168,5 lb/ft³ bei etwa 20 °C.
- Legierungen liegen zwischen etwa 2,64 (5356-Schweißdraht) und 2,81 g/cm³ (7075). Magnesium macht Aluminium leichter; Kupfer und Zink machen es schwerer.
- 6061, die häufigste Strukturlegierung, hat eine Dichte von 2,70 g/cm³. Es ist sicher, die Dichte von reinem Aluminium für Gewichtsschätzungen von 6061 und 6063 zu verwenden.
- Gewicht = Volumen × Dichte. Ein Aluminiumblech von 1.000 × 2.000 × 3 mm wiegt etwa 16,2 kg; das gleiche Blech aus Kohlenstoffstahl wiegt etwa 47,1 kg.
- Bei gleicherem elektrischem Widerstand wiegt ein Aluminiumleiter ungefähr halb so viel wie ein Kupferleiter, obwohl dieser etwa 64 % mehr Querschnitt benötigt.
- Silizium-Elektroband ist leichter als unlegierten Stahl, mit 7,60 bis 7,85 kg/dm³ je nach Sorte. Das liegt teilweise daran, dass Aluminium darin zugesetzt wird.
2,70 g/cm³ in jeder gängigen Einheit
Nachschlagewerke geben reines Aluminium mit 2,6989 g/cm³ bei 20 °C an. Jeder rundet es auf 2,70. Ehrlich gesagt wird es niemand bemerken, der ein Blech wiegt, wenn die 0,0011 fehlt.
| Einheit | Wert |
|---|---|
| g/cm³ (= g/mL = t/m³) | 2,70 |
| kg/m³ | 2.700 |
| kg/dm³ | 2,70 |
| g/mm³ | 0,00270 |
| lb/in³ | 0,0975 |
| lb/ft³ | 168,5 |
Ein schneller Plausibilitätstest, wenn Sie die Zahl vergessen: Ein Aluminiumblock von einem Liter (10 × 10 × 10 cm) wiegt 2,7 kg. Der gleiche Block aus Stahl wiegt knapp 8 kg.
Dichte von Aluminium-Legierungen: Tabelle
Die Dichten von Legierungen weichen kaum von den Werten des Reinmetalls ab. Die folgenden Werte sind die Nennwerte, die für Konstruktion und Gewichtsberechnungen verwendet werden:
| Legierung | Hauptlegierungselement | Dichte (g/cm³) | Dichte (lb/in³) | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|---|
| 1100 | Keine (99%+ Al) | 2,71 | 0,098 | Folie, Wärmetauscher, Chemieanlagen |
| 2024 | Kupfer | 2,78 | 0,100 | Flugzeughaut und Strukturteile |
| 3003 | Mangan | 2,73 | 0,099 | Kochgeschirr, Dachdeckung, Behälter |
| 5052 | Magnesium | 2,68 | 0,097 | Schiffsteile, Gehäuse, Brennstofftanks |
| 5083 | Magnesium | 2,66 | 0,096 | Schiffbau, Druckbehälter |
| 6061 | Magnesium + Silizium | 2,70 | 0,098 | Strukturteile, bearbeitete Komponenten |
| 6063 | Magnesium + Silizium | 2,70 | 0,097 | Architekturprofile, Fensterrahmen |
| 7075 | Zink | 2,81 | 0,101 | Hochfeste Luft- und Raumfahrtkomponenten und Werkzeuge |
| 356.0 (Guss) | Silizium + Magnesium | 2,69 | 0,097 | Druck- und Sandguss, Räder, Gehäuse |
Die Spanne zwischen der leichtesten und der schwersten Legierung in dieser Tabelle beträgt etwa 6%. Für eine grobe Gewichtsabschätzung bei einer unbekannten Knetlegierung ergibt ein Wert von 2,70 eine Genauigkeit von wenigen Prozent. Für ein Angebot oder eine Versanderklärung verwenden Sie den spezifischen Wert der betreffenden Legierung.
Warum sich Legierungen unterscheiden (und warum der Unterschied gering ist)
Die Dichte einer Legierung folgt ihren Bestandteilen. Jedes Element senkt entweder den Durchschnitt oder erhöht ihn:
- Magnesium (1,74 g/cm³) ist leichter als Aluminium. Die 5xxx-Serie mit bis zu etwa 5% Mg liegt unter 2,70, weshalb 5083 und 5356 zu den leichtesten gängigen Legierungen gehören.
- Silizium (2,33 g/cm³) ist ebenfalls leicht. Gusslegierungen mit hohem Siliziumanteil bleiben bei oder knapp unter 2,70.
- Kupfer (8,96 g/cm³) und Zink (7,14 g/cm³) sind schwer. Die 2xxx- und 7xxx-Serien erreichen 2,78 bis 2,81.
- Lithium (0,53 g/cm³) ist der Extremfall. Aluminium-Lithium-Legierungen für die Luft- und Raumfahrt verlieren für jedes Prozent hinzugefügtes Lithium etwa 3% ihrer Dichte und gewinnen gleichzeitig an Steifigkeit. Deshalb zahlen Flugzeughersteller für diese Materialien einen Aufpreis.
Legierungszusätze sind klein, üblicherweise insgesamt nur wenige Prozent, daher beeinflussen selbst schwere Elemente die Dichte nur geringfügig. Sie werden nirgends eine Leichtmetalllegierung in der Nähe von 3 g/cm³ finden.
Berechnung des Aluminiumgewichts
Die Formel ist für jedes Metall gleich:
Gewicht = Volumen × Dichte
Die einzige Falle sind die Einheiten. Halten Sie alles in einem System.
Metrisches Beispiel: Blech
Ein Blech 1.000 mm × 2.000 mm × 3 mm aus 5052:
Volumen = 1,0 m × 2,0 m × 0,003 m = 0,006 m³
Gewicht = 0,006 × 2.680 = 16,1 kg
Britisches Beispiel: Platte
Eine Platte 4 ft × 8 ft × 1/8 in aus 6061:
Volumen = 48 in × 96 in × 0,125 in = 576 in³
Gewicht = 576 × 0,0975 = 56,2 lb
Rundstab
Ein 6061-Stab, 50 mm Durchmesser, 1 m lang:
Volumen = π × 0,025² × 1,0 = 0,001963 m³
Gewicht = 0,001963 × 2.700 = 5,3 kg
Rohr
Subtrahieren Sie die Fläche des inneren Kreises von der Fläche des äußeren Kreises, multiplizieren Sie dann mit Länge und Dichte. Die gleiche Logik funktioniert für jeden Strangpressteil, wenn Sie dessen Querschnittsfläche kennen. Kataloge für Strangpressteile führen normalerweise das Gewicht pro Meter direkt auf.
Dies sind theoretische Gewichte. Das tatsächliche Material variiert mit der Dickentoleranzen, und ein Blech am oberen Ende seiner Toleranzbandbreite kann einige Prozent schwerer wiegen. Deshalb verwendet eine Packungsliste das Warengewicht und ein Angebot das theoretische Gewicht.
Mit den Toleranzen bei Elektroband-Spulen befassen wir uns jede Woche aufs Neue. Ein Angebot nennt eine Gewichtsmenge, die Waage zeigt eine leicht andere an, und die Dickentoleranzen erklären den Unterschied. Wenn Sie sich schon mal über einen Wiegeschein gewundert haben, liegt das meist daran.
Vergleich mit Stahl und Kupfer
| Material | Dichte (g/cm³) | Verhältnis zu Aluminium |
|---|---|---|
| Aluminium (rein / 6061) | 2,70 | 1,0× |
| Titan | 4,51 | 1,7× |
| Zink | 7,14 | 2,6× |
| Silizium-Elektroband | 7,60–7,85 | 2,8–2,9× |
| Kohlenstoffstahl | 7,85 | 2,9× |
| Edelstahl 304 | 7,93 | 2,9× |
| Kupfer | 8,96 | 3,3× |
Aluminium wiegt also ein Drittel von Stahl – Punkt? Nicht ganz.
Der Austausch von Stahl gegen Aluminium ist eine Frage der Steifigkeit, nicht nur des Gewichts. Aluminium hat etwa ein Drittel der Dichte von Stahl, ist aber auch etwa ein Drittel so steif (Elastizitätsmodul etwa 69 GPa gegenüber 200 GPa bei Stahl). Ein Aluminiumteil, das sich nicht stärker durchbiegt als das Stahlteil, das es ersetzt, benötigt mehr Material – die tatsächliche Gewichtseinsparung liegt daher meist näher bei 40–50 % als bei 66 %. Es ist trotzdem eine erhebliche Einsparung, weshalb Karosserien, Anhänger und Flugzeuge so viel Aluminium verwenden.
Bei Aluminium versus Kupfer zahlt sich die Dichte wirklich aus. Aluminium leitet pro Volumeneinheit etwa 61 % so gut wie Kupfer, daher benötigt ein Aluminiumleiter für denselben Widerstand einen Querschnitt, der ungefähr 1,64-mal so groß ist. Aber bei weniger als ein Drittel der Dichte von Kupfer wiegt dieser größere Leiter noch immer nur etwa halb so viel. Dies ist die Grundlage für Aluminium-Freileitungen, Aluminium-Sammelschienen und Aluminiumwicklungen in vielen Verteiltransformatoren.
Wo Aluminium-Dichte auf Elektroband trifft
Dieser Teil ist für unsere Kunden am wichtigsten und wird in allgemeinen Dichteanleitungen selten behandelt.
1. Siliziumstahl ist leichter als gewöhnlicher Stahl, und Aluminium spielt dabei eine Rolle.
Reines Eisen wiegt etwa 7,87 g/cm³. Elektroband enthält Silizium, und höherwertige Sorten enthalten auch etwas Aluminium. Beide Elemente sind viel leichter als Eisen und erhöhen beide den elektrischen Widerstand, was Wirbelstromverluste senkt. Das Ergebnis ist eine Familie von Stählen, deren Dichte mit verbesserter Sorte sinkt. Die konventionellen EN 10106-Dichten in einem Walzwerk-Datenblatt zeigen das Muster deutlich:
| Sorte (EN 10106) | Dicke | Max. Ummagnetisierungsverlust P1,5/50 (W/kg) | Dichte (kg/dm³) |
|---|---|---|---|
| M235-35A | 0,35 mm | 2,35 | 7,60 |
| M270-35A | 0,35 mm | 2,70 | 7,65 |
| M400-50A | 0,50 mm | 4,00 | 7,70 |
| M600-50A | 0,50 mm | 6,00 | 7,75 |
| M800-50A | 0,50 mm | 8,00 | 7,80 |
| M940-50A | 0,50 mm | 9,40 | 7,85 |
Die Sorten mit niedrigen Verlusten oben enthalten das meiste Silizium und Aluminium und sind daher die leichtesten. Kornorientierter Stahl verwendet eine konventionelle Dichte von 7,65 kg/dm³.
2. Die Dichte ist in die Messung des Ummagnetisierungsverlusts eingebaut.
Bei einem Epstein-Rahmen-Test misst das Labor den Querschnitt des Streifens nie direkt. Es berechnet den Querschnitt aus der Masse der Probe, der Länge und der konventionellen Dichte der Sorte. Die Verwendung der falschen Dichte verschiebt die berechnete Flussdichte und das gemeldete W/kg. Wenn zwei Zertifikate für „dieselbe Sorte" sich also leicht unterscheiden, lohnt es sich zu überprüfen, ob beide denselben Dichtewert verwendet haben.
3. Spulengewichte folgen der gleichen Formel.
Eine geschnittene Spule aus M270-35A, 1.000 mm breit, 0,35 mm dick und 1.000 m lang ergibt sich zu 1,0 × 0,00035 × 1.000 × 7.650 ≈ 2,68 Tonnen. Das gleiche Volumen Aluminiumband würde etwa 0,95 Tonnen wiegen. Wenn Sie Containerladungen oder Kranhubfähigkeit für eine Linie planen, die beide Materialien verarbeitet, verwenden Sie nicht die gleiche Dichtezahl für das andere Material.
Eine kleinere Variante desselben Fehlers: die generische Stahlzahl von 7,85 für eine Niedrigverlustsorte wie M235-35A zu verwenden. Das überschätzt das theoretische Gewicht um etwa 3%. Bei einem 25-Tonnen-Container sind das ungefähr 800 kg, die die Waage nie anzeigen wird. Wir möchten lieber, dass Sie uns nach der Dichte der Sorte fragen, als diesen Unterschied hinterher zu verfolgen, wenn die Ware ankommt.
4. Aluminium und Stahl nutzen die gleiche Maschine.
In einem Induktionsmotor sitzen druckgegossene Aluminium-Rotorspäne in Nuten, die durch Siliziumstahl-Lamellen gestanzt sind. In einem Verteiltransformator wickeln sich Aluminiumwicklungen um einen CRGO-Kern. Das Aluminium spart Gewicht und Kosten im Leiter, und der Stahl leistet die magnetische Arbeit.
Temperatur, Schmelzen und Gussarbeiten
Wärmeeintrag. Aluminium dehnt sich etwa 23 µm pro Meter für jeden °C aus, ungefähr doppelt so viel wie Stahl. Das Volumen wächst etwa dreimal so schnell, sodass die Dichte zwischen 20°C und 100°C nur um etwa ein halbes Prozent sinkt. Sie können dies bei Gewichtsschätzungen ignorieren, aber nicht bei eng tolerierten Baugruppen, die Aluminium- und Stahlteile vermischen. Ein häufiges Beispiel ist ein Aluminium-Motorgehäuse, das schrumpfgepasst über einen nicht-orientierten Siliziumstahl-Statorblechstapel montiert ist, wobei die Passung im gesamten Temperaturbereich des Motors halten muss.
Schmelzen. Aluminium schmilzt bei 660°C. In diesem Punkt beträgt die Dichte von flüssigem Aluminium etwa 2,375 g/cm³, ungefähr 12 % geringer als die des festen Zustands. Diese Schrumpfung beim Erstarren ist der Grund, warum Gussarbeiten Speiser und Steiger benötigen, und warum die Gussgestaltung diesen Effekt berücksichtigen muss.
Porenbildung. Ein Druckgussteile kann eine tatsächliche Dichte unterhalb des Nominalwerts der Legierung aufweisen, weil eingeschlossenes Gas Poren erzeugt. Das Wiegen eines Gussteils und der Vergleich mit seinem CAD-Volumen ist eine schnelle Kontrolle der Gussqualität. Derselbe Prüfvorgang zeigt auch ein Teil, das heimlich aus einem schwereren Material besteht, z. B. ein gestrichenes Stahlteil, das als Aluminium verkauft wird. Ein Magnettest deckt das noch schneller auf.
Zusammenfassung
Wenn Sie sich nur eine Zahl merken, dann 2,70 g/cm³. Das gilt für reines Aluminium und 6061, und liegt bei fast jeder anderen Legierung im Bereich von einigen Prozent. Für Angebote, Verträge und Versanddokumentation sollten Sie die tatsächliche Legierung nachschlagen. 5083 und 7075 unterscheiden sich um mehr als 5 %, und bei einer Lastwagenladung summiert sich das auf.
Die weniger offensichtliche Lektion betrifft das Elektroband. Elektroband hat nicht nur eine Dichte, und ein Grund dafür ist das darin enthaltene Aluminium. Wenn Sie Dichte-, Güte- oder Spulgewichtswerte für CRGO- oder CRNGO-Spulen benötigen, erhalten Sie diese mit jedem Angebot, das wir versenden.
Häufig gestellte Fragen
Wie groß ist die Dichte von Aluminium in kg/m³?
2.700 kg/m³ für reines Aluminium bei Raumtemperatur (2,70 g/cm³). Handelsübliche Knetlegierungen liegen etwa zwischen 2.640 und 2.810 kg/m³, und 6061, die am häufigsten verwendete Legierung, hat 2.700 kg/m³.
Wie viel wiegt Aluminium pro Kubikzoll?
0,0975 lb/in³, oft auf 0,098 gerundet. In Pfund pro Kubikfuß sind das etwa 168,5 lb/ft³.
Hat die Alumiumlegierung 6061 die gleiche Dichte wie reines Aluminium?
In der Praxis ja: 6061 hat 2,70 g/cm³ (0,098 lb/in³). Die Magnesium- und Siliziumzusätze sind beide leichter als Aluminium und machen zusammen nur etwa 1 % oder weniger aus, daher ändern sie die Dichte kaum.
Ist Aluminium schwerer als Stahl?
Nein. Aluminium hat etwa ein Drittel der Dichte von Stahl: 2,70 g/cm³ gegenüber etwa 7,85 g/cm³ für Kohlenstoffstahl. Aber Aluminium ist auch etwa ein Drittel so steif, daher benötigt ein von Stahl zu Aluminium umgearbeitetes Bauteil normalerweise mehr Material, und die Gewichtseinsparung liegt in der Praxis oft eher bei 40–50 % als bei 66 %.
Welche Aluminiumlegierung ist die leichteste?
Bei den gebräuchlichen Legierungen ist die magnesiumreiche 5xxx-Serie die leichteste mit etwa 2,64 bis 2,66 g/cm³ für 5083 und 5356. Aluminium-Lithium-Legierungen für die Luftfahrt erreichen noch niedrigere Werte, da jedes 1 % Lithium die Dichte um etwa 3 % senkt.
Wie berechne ich das Gewicht eines Aluminiumbleches?
Multiplizieren Sie Länge × Breite × Dicke, um das Volumen zu erhalten, dann multiplizieren Sie mit der Dichte. Im metrischen System wiegt ein Blech von 1 m × 2 m × 3 mm: 0,006 m³ × 2.700 kg/m³ = 16,2 kg. Im angloamerikanischen System wiegt ein Blech von 4 × 8 ft bei 1/8 in: 576 in³ × 0,0975 lb/in³ = 56,2 lb.
Warum ist Silizium-Elektroband weniger dicht als Baustahl?
Weil Silizium und bei höheren Güten auch Aluminium dem Eisen beigemischt werden, und beide sind deutlich leichter als Eisen. Nach EN 10106 liegt die Dichte nicht kornorientierter Sorten zwischen 7,60 kg/dm³ für verlustarme Sorten wie M235-35A bis zu 7,85 für M940-50A. Kornorientiertes Elektroband verwendet 7,65 kg/dm³. Baustahl liegt bei etwa 7,85. Unser Ratgeber zu nicht kornorientierten Elektroband-Sorten erläutert, wie man diese Gütecodes richtig liest.
Quellenangaben
- Wikipedia — Aluminium
- AmesWeb — Aluminum Density (Alloys)
