Alüminyumun yoğunluğu 2,70 g/cm³'tür, bu 2.700 kg/m³, 0,0975 lb/in³ veya yaklaşık 168,5 lb/ft³'e karşılık gelir. Bu, oda sıcaklığında saf alüminyum içindir. Yaygın alaşımlar buna yakın kalır: çoğu, taşıdıkları magnezyum, bakır veya çinko miktarına bağlı olarak 2,64 ile 2,81 g/cm³ arasında değişir.
İnsanların önem verdiği karşılaştırma: alüminyum aynı hacim için çeliğin kabaca üçte biri kadar ağırlık taşır. Karbon çelik plakası 7,85 g/cm³'tür; aynı plaka alüminyumdan 2,70'tir. Bakır daha da ağır olup 8,96'dır.
Biz Wuxi Zhongxin Special Steel (ZHX Steel)'iz ve günlük işimiz silisyum elektrik çeliğidir. Yoğunluk çalışmalarımızda beklediğinizden daha sık ortaya çıkar. Teorik bobin ağırlıklarını belirler, çekirdek kaybı ölçümünde yerleştirilir ve birçok sevkiyat ettiğimiz çelik kalitesinde alaşım elemanıdır. Dolayısıyla bu kılavuz alüminyum sayılarını ilk olarak ele alır, ardından alüminyum ve elektrik çeliğinin kesiştiği noktaları inceler.
Ana Noktalar
- Saf alüminyum: 2,70 g/cm³ = 2.700 kg/m³ = 0,0975 lb/in³ = 168,5 lb/ft³ yaklaşık 20°C'de.
- Alaşımlar yaklaşık 2,64 (5356 dolgu teli) ile 2,81 g/cm³ (7075) arasında değişir. Magnezyum alüminyumu daha hafif hale getirir; bakır ve çinko onu daha ağır hale getirir.
- En yaygın yapısal alaşım olan 6061, 2,70 g/cm³'tür. 6061 ve 6063 ağırlık hesaplamaları için saf alüminyum değerini kullanmak güvenlidir.
- Ağırlık = hacim × yoğunluk. 1.000 × 2.000 × 3 mm alüminyum levha yaklaşık 16,2 kg ağırlığında; aynı levha karbon çelikte yaklaşık 47,1 kg ağırlığındadır.
- Eşit elektrik direnci için, alüminyum iletken bakır iletkenin yaklaşık yarısı kadar ağır olmakla birlikte, yaklaşık %64 daha fazla kesit alanına ihtiyaç duyar.
- Silisyum elektrik çeliği düz çelikten daha hafif olup, kaliteye bağlı olarak 7,60 ile 7,85 kg/dm³ arasındadır. Bunun bir kısmı alüminyumun eklenmesinden kaynaklanır.
2,70 g/cm³ Her Yaygın Birimde
El kitapları saf alüminyumu 20°C'de 2,6989 g/cm³ olarak listeler. Herkes bunu 2,70'e yuvarlar. Açıkçası, bir levha tartan kimse eksik 0,0011'i asla fark etmeyecektir.
| Birim | Değer |
|---|---|
| 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 |
Sayıyı unutursanız hızlı bir akıl kontrolü: alüminyumdan bir litre blok (10 × 10 × 10 cm) 2,7 kg ağırlığındadır. Aynı çelik blok 8 kg'ın biraz altındadır.
Alüminyum Alaşımlarının Yoğunluğu: Tablo
Alaşım yoğunlukları saf metal değerinden çok az sapma gösterir. Aşağıdaki değerler tasarım ve ağırlık hesaplamalarında kullanılan nominal yoğunluklardır:
| Alaşım | Ana alaşım elementi | Yoğunluk (g/cm³) | Yoğunluk (lb/in³) | Tipik kullanım |
|---|---|---|---|---|
| 1100 | Yok (%99+ Al) | 2.71 | 0.098 | Folyo, ısı değiştiricileri, kimyasal ekipman |
| 2024 | Bakır | 2.78 | 0.100 | Uçak kaplaması ve yapıları |
| 3003 | Mangan | 2.73 | 0.099 | Mutfak eşyaları, çatılar, tanklarlar |
| 5052 | Magnezyum | 2.68 | 0.097 | Denizcilik parçaları, muhafazalar, yakıt tanklarları |
| 5083 | Magnezyum | 2.66 | 0.096 | Gemi inşaatı, basınç kapları |
| 6061 | Magnezyum + silisyum | 2.70 | 0.098 | Yapısal parçalar, işlenmiş bileşenler |
| 6063 | Magnezyum + silisyum | 2.70 | 0.097 | Mimari ekstrüzyonlar, pencere çerçeveleri |
| 7075 | Çinko | 2.81 | 0.101 | Yüksek mukavemetli havacılık ve takım tezgahları |
| 356.0 (döküm) | Silisyum + magnezyum | 2.69 | 0.097 | Enjeksiyon ve kum dökümleri, tekerlek, muhafazalar |
Tablodaki en hafif ile en ağır arasındaki fark yaklaşık %6'dır. Bilinmeyen dökme bir alaşım için kaba bir ağırlık tahmini için 2.70 değeri yüzde birkaç içinde doğru sonuç verir. Fiyat teklifi veya gemi bildirim belgesi için alaşımın kendi değerini kullanınız.
Alaşımlar Neden Farklıdır (ve Neden Fark Küçüktür)
Bir alaşımın yoğunluğu bileşenlerini izler. Her element ortalamanın aşağısına çeker veya yukarısına iter:
- Magnezyum (1,74 g/cm³) alüminyumdan daha hafiftir. %5'e kadar Mg içeren 5xxx serisi, 2,70'in altında yer alır; bu nedenle 5083 ve 5356 yaygın alaşımlar arasında en hafiflerdendir.
- Silisyum (2,33 g/cm³) da hafiftir. Silisyumca zengin döküm alaşımları 2,70'in yakınında veya biraz altında kalırlar.
- Bakır (8,96 g/cm³) ve çinko (7,14 g/cm³) ağır metallardır. 2xxx ve 7xxx serisi 2,78 ile 2,81 arasına çıkarlar.
- Lityum (0,53 g/cm³) uç durumdur. Alüminyum-lityum havacılık alaşımları eklenen her 1 lityum için yoğunluğunun yaklaşık %3'ünü kaybederler ve aynı zamanda sertlik kazanırlar. Uçak üreticilerinin bunlar için yüksek fiyat ödeme nedeni budur.
Alüminyum Ağırlığı Nasıl Hesaplanır
Formül her metal için aynıdır:Ağırlık = Hacim × Yoğunluk
Tek tuzak birim seçimidir. Her şeyi bir sistem içinde tutun.Metrik örnek: levha
1.000 mm × 2.000 mm × 3 mm boyutlarında 5052 levhası:
Hacim = 1,0 m × 2,0 m × 0,003 m = 0,006 m³
Ağırlık = 0,006 × 2.680 = 16,1 kg
İmparatorluk örnek: plaka
4 ft × 8 ft × 1/8 in boyutlarında 6061 levhası:
Hacim = 48 in × 96 in × 0,125 in = 576 in³
Ağırlık = 576 × 0,0975 = 56,2 lb
Yuvarlak çubuk
6061 çubuğu, 50 mm çapında, 1 m uzunluğunda:
Hacim = π × 0,025² × 1,0 = 0,001963 m³
Ağırlık = 0,001963 × 2.700 = 5,3 kg
Boru
Dış çemberin alanından iç çemberin alanını çıkarıp, uzunluk ve yoğunlukla çarpın. Aynı mantık herhangi bir profil için de geçerlidir; kesit alanını biliyorsanız. Profil katalogları genellikle doğrudan metre başına ağırlığı listeleyebilir.
Bunlar teorik ağırlıklardır. Reel stok kalınlık toleransına göre değişebilir ve tolerans bandının ağır ucundaki bir levha birkaç yüzde daha ağır olabilir. Bu nedenle paket listesi gerçek ağırlığı, fiyat teklifi ise teorik ağırlığı kullanır.
Çelik bobinlerdeki aynı boşluklarla haftada bir karşılaşırız. Bir teklif bir sayı gösterirken, tartı başka bir sayı gösterir ve kalınlık toleransı farkı açıklar. Tartı fişini görüp şaşırdıysanız, genellikle bunun nedeni budur.
Çelik ve Bakırla Karşılaştırması
| Malzeme | Yoğunluk (g/cm³) | Alüminyuma göre |
|---|---|---|
| Alüminyum (saf / 6061) | 2.70 | 1.0× |
| Titanyum | 4.51 | 1.7× |
| Çinko | 7.14 | 2.6× |
| Silisyum elektrik çeliği | 7.60–7.85 | 2.8–2.9× |
| Karbon çelik | 7.85 | 2.9× |
| 304 paslanmaz çelik | 7.93 | 2.9× |
| Bakır | 8.96 | 3.3× |
Yani alüminyum çeliğin üçte bir ağırlığında mı? Tamamen böyle değil.
Çeliği alüminyumla değiştirmek sadece bir ağırlık meselesi değil, katılık meselesidir. Alüminyum çeliğin yaklaşık üçte bir yoğunluğundadır, ancak katılığı da çeliğin yaklaşık üçte bir kadardır (elastiklik modülü çeliğin 200 GPa'sına karşı yaklaşık 69 GPa'dir). Yerini aldığı çelik parçadan daha fazla bükülmeyecek şekilde tasarlanan bir alüminyum parça daha fazla malzemeye ihtiyaç duyar, bu nedenle gerçek dünya ağırlık tasarrufu genellikle %66'dan ziyade %40-50'ye daha yakındır. Yine de önemli bir tasarruftur, bu da araba gövdeleri, treylerler ve uçakların bu kadar çok alüminyum kullanmasının nedenidir.
Alüminyuma karşı bakır, yoğunluğun gerçekten önemli olduğu yerdir. Alüminyum hacim olarak bakırın yaklaşık %61'i kadar iyi iletkenlik sağlar, bu nedenle aynı dirençte bir alüminyum iletken kabaca 1.64 kat daha geniş kesitine ihtiyaç duyar. Ancak bakırın üçte birinden az yoğunluğunda olduğu için, daha geniş iletken yine de yaklaşık yarısı kadar ağırlığında kalır. Bu, alüminyum ek gerilim hatlarının, alüminyum baralarının ve birçok dağıtım transformatörünün alüminyum sargılarının arkasındaki matematiktir.
Alüminyum Yoğunluğunun Elektrik Çeliği ile Buluştuğu Yer
Bu kısım müşterilerimiz için en önemlisi ve genel yoğunluk rehberlerinde nadiren ele alınır.
1. Silisyumlu çelik sıradan çelikten daha hafiftir ve alüminyum bunun bir nedenidir.
Saf demir yaklaşık 7,87 g/cm³'tür. Elektrik çeliği silisyum içerir ve daha yüksek kaliteler ayrıca biraz alüminyum da içerir. Her iki element demirden çok daha hafif ve her ikisi de elektrik direncini arttırarak eddy akım kayıplarını azaltır. Sonuç, kalite arttıkça yoğunluğu düşen bir çelik ailesidir. Bir değirmen veri sayfasındaki EN 10106 geleneksel yoğunlukları deseni net olarak göstermektedir:
| Kalite (EN 10106) | Kalınlık | Maks. çekirdek kaybı P1.5/50 (W/kg) | Yoğunluk (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 |
Üstteki düşük kayıp kaliteleri en fazla silisyum ve alüminyum içerir, bu nedenle en hafiftir. Tane yönelimli çelik 7,65 kg/dm³ geleneksel yoğunluğu kullanır.
2. Yoğunluk çekirdek kaybının nasıl ölçüldüğüne dahil edilmiştir.
Bir Epstein çerçevesi testinde, laboratuvar örneğin kesitini asla doğrudan ölçmez. Kesiti örneğin kütlesinden, uzunluğundan ve kaliteye ait geleneksel yoğunluktan hesaplar. Yanlış yoğunluk kullanmak hesaplanan manyetik akı yoğunluğunu ve bildirilen W/kg değerini kaydırır. Bu nedenle "aynı kalite" için iki sertifika hafifçe farklılık gösterdiğinde, her ikisinin de aynı yoğunluk değerini kullanıp kullanmadığını kontrol etmeye değer.
3. Bobin ağırlıkları aynı formülü takip eder.
M270-35A kalitesinden bir slit bobin, 1.000 mm genişliğinde, 0,35 mm kalınlığında ve 1.000 m uzunluğunda 1,0 × 0,00035 × 1.000 × 7.650 ≈ 2,68 ton ağırlığa sahiptir. Aynı hacimde bir alüminyum şerit yaklaşık 0,95 ton ağırlığında olurdu. Her iki malzemeyi de işleyen bir hatta konteyner yükleri veya vinç kapasitesi planlıyorsanız, bir yoğunluk rakamını diğeri için yeniden kullanmayın.
Aynı hatasının daha küçük bir örneği: M235-35A gibi düşük kayıplı bir kalite için genel çelik rakamı 7,85'i kullanmak. Bu, teorik ağırlığı yaklaşık %3 oranında fazla gösterir. 25 tonluk bir konteyner üzerinde, bu terazi hiçbir zaman göstermeyecek yaklaşık 800 kg'dir. Mal geldikten sonra bu farkı takip etmektense, bize kalite yoğunluğu için sormayı tercih ederiz.
4. Alüminyum ve çelik aynı makinede çalışır.
Bir asenkron motorda, döküm alüminyum rotor çubukları silisyumlu çelik laminasyonlar aracılığıyla delinen yuvalarda yer alır. Bir dağıtım transformatöründe, alüminyum sargılar bir CRGO çekirdeğinin etrafını sarar. Alüminyum iletken kütlesi ve maliyeti azaltır, çelik ise manyetik işi gerçekleştirir.
Sıcaklık, Ergime ve Döküm
Isı. Alüminyum her °C başına metre başına yaklaşık 23 µm genleşir; bu, çelikten kabaca iki katıdır. Hacmi bu oranın yaklaşık üç katı oranında büyür; bu nedenle 20°C ile 100°C arasında yoğunluk yalnızca yaklaşık yarım yüzde düşer. Ağırlık tahminleri için bunu göz ardı edebilirsiniz, ancak alüminyum ve çelik parçaları karıştıran dar toleranslı montajlar için değil. Yaygın bir örnek, yönlendirilmemiş silisyumlu çelik stator yığını üzerine shrink-fitted olan bir alüminyum motor kabuğudur; burada uyum, motorun tüm sıcaklık aralığında tutmalıdır.
Ergime. Alüminyum 660°C'de erir. Bu noktada, sıvı alüminyum yaklaşık 2,375 g/cm³'tür; bu, katı olandan kabaca %12 daha az yoğundur. Katılaşma sırasındaki bu büzülme, dökümlerin besleyici ve yükseltme rezervuarlarına ihtiyaç duymasının ve döküm tasarımının bunu hesaba alması gerektiğinin nedenidir.
Gözeneklilik. Bir enjeksiyon döküm parçasının, yakalanan gaz gözenekliliği nedeniyle alaşımının nominal rakamının altında gerçek bir yoğunluğu olabilir. Bir döküm tartarak ve CAD hacmiyle karşılaştırarak, döküm kalitesinde hızlı bir kontrol yapabilirsiniz. Aynı kontrol, gizlice alüminyum olarak satılan boyalı çelik parça gibi daha ağır bir malzemenin olduğu bir parçayı tespit eder. Bir mıknatıs testi bunu daha da hızlı yakalar.
Sonuç
Sadece bir sayıyı hatırlarsanız, 2,70 g/cm³ olsun. Bu, saf alüminyum ve 6061 için doğrudur ve neredeyse diğer tüm alaşımlar için birkaç yüzde içindedir. Teklifler, sözleşmeler ve sevkiyat evrakaları için gerçek alaşımı arayın. 5083 ve 7075 %5'ten daha fazla farklılık gösterir ve bir kamyon yüküne göre bu birikir.
Elektrik çeliğinin yoğunluğu da tek değildir ve bunun nedeni içindeki alüminyumdur. CRGO veya CRNGO bobinler için yoğunluk, kalite veya bobin ağırlığı verilerine ihtiyacınız varsa, bunlar gönderdiğimiz her teklif ile birlikte gelir.
SSS
Alüminyumun yoğunluğu kg/m³ cinsinden ne kadardır?
Saf alüminyumun oda sıcaklığında 2.700 kg/m³ (2,70 g/cm³). Yaygın işlenmemiş alaşımlar yaklaşık 2.640 ile 2.810 kg/m³ arasında değişir ve en yaygın kullanılan alaşım olan 6061, 2.700 kg/m³'tür.
Alüminyum kübik inç başına ne kadar ağırlığa sahiptir?
0,0975 lb/in³, çoğunlukla 0,098 olarak yuvarlanır. Kübik ayak başına pound cinsinden bu, yaklaşık 168,5 lb/ft³'tür.
6061 alüminyumunun yoğunluğu saf alüminyumla aynı mıdır?
Pratik olarak evet: 6061, 2,70 g/cm³ (0,098 lb/in³)'tür. İçerdiği küçük miktardaki magnezyum ve silisyum katkıları her ikisi de alüminyumdan daha hafif ve yalnızca %1 veya daha az oranda bulunur, bu nedenle yoğunluğu çok az değiştirir.
Alüminyum çelikten daha ağır mıdır?
Hayır. Alüminyum çeliğin yoğunluğunun yaklaşık üçte biri kadardır: 2,70 g/cm³ ile karbon çeliğin yaklaşık 7,85 g/cm³'ü karşılaştırıldığında. Ancak alüminyum aynı zamanda yaklaşık üçte bir kadar daha az katıdır, bu nedenle çelikten alüminyuma yeniden tasarlanan bir parça, daha fazla malzemeye ihtiyaç duyar ve pratikte ağırlık tasarrufu genellikle %66 yerine %40-50 civarında olur.
En hafif alüminyum alaşımı hangisidir?
Yaygın alaşımlar arasında yüksek magnezyumlu 5xxx serisi en hafif olup, 5083 ve 5356 için yaklaşık 2,64 ila 2,66 g/cm³'tür. Havacılık endüstrisinde kullanılan alüminyum-lityum alaşımları daha da düşük değerlere ulaşır; çünkü her %1 lityum yoğunluğu yaklaşık %3 azaltır.
Alüminyum saç ağırlığını nasıl hesaplarım?
Hacmi bulmak için uzunluk × genişlik × kalınlığı çarpın, ardından yoğunluk ile çarpın. Metrik sistemde 1 m × 2 m × 3 mm'lik bir saç 0,006 m³ × 2.700 kg/m³ = 16,2 kg'dır. İmparatorluk sisteminde 4 × 8 ft'lik ve 1/8 inç kalınlığındaki bir saç 576 in³ × 0,0975 lb/in³ = 56,2 lb'dir.
Silisyumlu elektrik çeliği neden normal çelikten daha az yoğundur?
Çünkü silisyum ve daha yüksek kalitelerde alüminyum demire eklenir ve her ikisi de demirden çok daha hafiftir. EN 10106'ya göre tane yönlendirmesiz elektrik çeliği kaliteleri M235-35A gibi düşük kayıplı kaliteler için 7,60 kg/dm³'ten M940-50A için 7,85'e kadar değişir. Tane yönlendirilmiş çelik 7,65 kg/dm³ kullanır. Karbon çeliği yaklaşık 7,85'tir. Bizim tane yönlendirmesiz elektrik çeliği kaliteleri rehberi bu kalite kodlarını nasıl okuyacağınızı açıklar.
Referanslar
- Wikipedia — Aluminium
- AmesWeb — Alüminyum Yoğunluğu (Alaşımlar)
