- 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].
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:
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]. Отечественный сплав АМг11 (АЛ22) содержит еще больше магния – от 10,5 до 13,0 %. Поэтому, надо думать, он еще легче, но точных данных у нас нет!
- 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].
- Самые тяжелые деформируемые алюминиевые сплавы – сплав В95 и зарубежный сплав 7175: 2,85 г на кубический сантиметр [4].
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
Таблица П1 – Номинальная плотность деформируемых марок алюминия и алюминиевых сплавов по ГОСТ 4784-97
Таблица П2 – Номинальная плотность зарубежных 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
4. ГОСТ 4784-97
- Прочность алюминия
- Температура плавления алюминия
EnglishРусскийDeutsch
Плотность 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).
ПЕРЕВОДНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ПРИБЛИЖЕННОЙ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МАССЫ 1 М ПРОФИЛЯ ИЗ АЛЮМИНИЯ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
ПЕРЕВОДНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ПРИБЛИЖЕННОЙ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МАССЫ 1 М ПРОФИЛЯ ИЗ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
|
Калькулятор весаи стоимости
Вид изделия Квадрат Лист Плита Пруток, проволока Тавр Труба Труба прямоугольная Уголок Швеллер Шестигранник Шина, полоса, лента 
Плотность
Выберите сплав
Основа Алюминий
Бронза
Латунь
Медно-никелевые сплавы
Медь
Никель
Свинец
Цинк Сплав 1105
1201 (2219)
1561 (АМг61)
1915 (7005)
1925 (AlZnMg1,5Mn)
3103
5056 (AlMg5Cr)
5754 (AlMg3)
6151
7075 (AlZn5,5MgCu)
7175
Cu-ETP
Cu-FRTP
Cu-OF
Cu-OFE
CuNi10Fe1.6Mn
CuNi5Fe1Mn
CuSn6
E-Cu57
А0 (1100)
А35 (1235, 1035)
А5 (1050А)
А5Е (1350, 1350А)
А6 (1060)
А7 (1070, 1070А)
А7Е (1370)
А7Э (1370, 1170)
А8 (1080, 1080А)
А85 (1085, 1185)
А97
А98 (1098, 1198)
А99 (1199)
А995
АВ
АД (1200)
АД0 (1050А)
АД00 (1070А)
АД000 (1080А)
АД00Е (1370)
АД0Е (1350)
АД1
АД1пл
АД31 (6063)
АД31Е (6101)
АД33 (6061)
АД35 (6082)
АК4
АК4-1
АК4-1ч (2618)
АК5
АК6
АК8
АК8 (2014)
АКМ
АМг0,5
АМг1 (5005)
АМг1,5 (5050)
АМг2 (5251)
АМг2,5 (5052)
АМг3
АМг3,5 (5154)
АМг4 (5086)
АМг4,5 (5083)
АМг5
АМг5П
АМг6
АМФ
АМц (3003)
АМцС
АЦпл
БрА5
БрА7
БрАЖ9-4
БрАЖМц10-3-1,5
БрАЖН10-4-4
БрАЖНМц9-4-4-1
БрАМц9-2
БрБ2
БрБНТ1,9
БрКд1
БрКМц3-1
БрКН1-3
БрМг0,3
БрМц5
БрОФ10-1
БрОФ4-0,25
БрОФ6,5-0,15
БрОФ6,5-0,4
БрОФ7-0,2
БрОФ8-0,3
БрОЦ4-3
БрОЦС4-4-17
БрОЦС4-4-2,5
БрОЦС4-4-4
БрОЦС5-5-5
БрСр0,1
БрХ1
В65
В93пч
В95
В95-1
В95-2
В95оч
В95П
В95пч
ВД1
Д1 (2017)
Д12 (3004)
Д16 (2024)
Д16П
Д16ч (2124)
Д18 (2117)
Д19
Д19П
Д19ч
Д1П
Е-Сu58
Л60 (CuZn40)
Л63 (CuZn37)
Л68 (CuZn32)
Л70 (CuZn30)
Л75МК
Л80 (CuZn20)
Л85 (CuZn15)
Л90 (CuZn10)
Л96 (CuZn4)
ЛА77-2
ЛА77-2у
ЛАЖ60-1-1
ЛАМш77-2-0,04
ЛАМш77-2-0,05
ЛАН59-3-2
ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5
ЛЖМц59-1-1
ЛЖС58-1-1
ЛК62-0,5
ЛК75В
ЛКБО62-0,2-0,04-0,5
ЛМц58-2
ЛМш68-0,05
ЛО60-1
ЛО62-1
ЛО70-1
ЛО90-1
ЛОК59-1-0,3
ЛОМш70-1-0,04
ЛОМш70-1-0,05
ЛС58-2
ЛС58-3
ЛС59-1
ЛС59-1В
ЛС59-2
ЛС63-3
ЛС64-2
ЛС74-3
М00к
М0б
М0к
М1
М1Е
М1р
М1ф
М2
М2р
М3
М3р
ММ (3005)
МН0,6
МН16
МН19 (мельхиор)
МН25
МН95-5
МНА13-3
МНА6-1,5
МНЖ5-1
МНЖКТ5-1-0,2-0,2
МНЖМц10-1-1
МНЖМц30-1-1
МНМц3-12 (манганин)
МНМц40-1,5
МНМц43-0,5
МНМцАЖ3-12-0,3-0,3
МНЦ12-24
МНЦ15-20 (нейзильбер)
МНЦ18-20
МНЦ18-27
МНЦС16-29-1,8 (свинцовый нейзильбер)
НМЖМц28-2,5-1,5 (монель)
НПА1
НПА2
НПАН
С1
С2
С3
Св1557
Св1557пч
СвА5
СвА85Т
СвА97
СвА99
СвАК5
СвАМг3
СвАМг5
СвАМг6
СвАМг61
СвАМг63
СвАМц
Ц0
Ц0А
Ц1
ЦВ0
или введите плотность
Добавление товара в корзину
Данная опция доступна только зарегистрированным пользователям!
Данная опция доступна только зарегистрированным пользователям!
Отправить ссылку на e-mail
Плотность алюминия – aluminium-guide.com
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].
Примеры решения задач
| Задание | Вычислите плотность по водороду смеси 25 л азота и 175 л кислорода. |
| Решение | Найдем объемные доли веществ в смеси: |
j (N2) = 25 / (25 + 175) = 25 / 200 = 0,125.
j (O2) = 175 / (25 + 175) = 175 / 200 = 0,875.
Объемные доли газов будут совпадать с молярными, т.е. с долями количеств веществ, это следствие из закона Авогадро. Найдем условную молекулярную массу смеси:
Mr conditional (mixture) = 0,125 × 28 + 0,875 × 32 = 3,5 + 28 = 31,5.
Найдем относительную плотность смеси по водороду:
| Ответ | Плотность по водороду смеси, состоящей из азота и кислорода равна 15,75. |
| Задание | Рассчитайте плотности газов водорода H2 и метана CH4 по воздуху. |
| Решение | Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму. Данная величина показывает, во сколько раз первый газ тяжелее или легче второго газа. |
Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух – это смесь газов.
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:
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.
Температура плавления и кипения
В момент плавления алюминия возрастает объем металла: для алюминия чистотой 99,65 % — на 6,25%, для более чистого металла — на 6,60 %. По мере повышения степени чистоты алюминия температура его плавления возрастает:
Зависимисть температуры плавления алюминия от чистоты
| Степень чистоты, % | 99,2 | 99,5 | 99,6 | 99,97 | 99,996 |
| Температура плавления, °С | 657 | 658 | 659,7 | 659,8 | 660,24 |
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].
История открытия
В 16 веке знаменитый Парацельс сделал первый шаг к добыче алюминия. Из квасцов он выделил «квасцовую землю», которая содержала оксид неизвестного тогда металла. В 18 веке к этому эксперименту вернулся немецкий химик Андреас Маргграф.
Оксид алюминия он назвал «alumina», что на латинском языке означает «вяжущий». На тот момент металл не пользовался популярностью, так как не был найден в чистом виде. Долгие годы выделить чистый алюминий пытались английские, датские и немецкие учёные.
В 1855 году в Париже на Всемирной выставке металл алюминий произвёл фурор. Из него делали только предметы роскоши и ювелирные украшения, так как металл был достаточно дорогим. В конце 19 века появился более современный и дешёвый метод получения алюминия.
В 1911 году в Дюрене выпустили первую партию дюралюминия, названного в честь города. В 1919 из этого материала был создан первый самолёт.
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]. Отечественный сплав АМг11 (АЛ22) содержит еще больше магния – от 10,5 до 13,0 %. Поэтому, надо думать, он еще легче, но точных данных у нас нет!
- 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].
- Самые тяжелые деформируемые алюминиевые сплавы – сплав В95 и зарубежный сплав 7175: 2,85 г на кубический сантиметр [4].
Упрочняемые деформируемые сплавы на основе алюминия
Дюралюмины
К термически упрочняемым сплавам относятся дюралюмины – материалы на основе алюминия, легированного медью, дополнительные добавки – магний и марганец. Обозначаются буквой Д. Ранее наиболее распространенным дюралюмином была марка Д1.
Но из-за недостаточных технических параметров его заменила марка Д16, отличающаяся от Д1 более высоким содержанием магния.
По прочности и твердости она может сравниться с некоторыми марками стали, но имеет существенный минус – посредственную коррозионную стойкость.
Дюралюмин, изготавливаемый в листах, для повышения коррозионной стойкости и улучшения декоративных качеств, плакируют – покрывают слоем алюминия высокой химической чистоты (не менее 99,95%Al).
Толщина защитного слоя – не менее 4% от толщины дюралюминиевого листа. Минус плакирования – снижение прочности материала.
Еще один способ повышения коррозионной стойкости – электрохимическое оксидирование (анодирование).
Дюралюмины упрочняют закалкой и естественным старением. Такая термообработка обеспечивает высокую коррозионную стойкость и способность к хорошей обработке режущим инструментом. Дюралюмины хорошо свариваются точечной сваркой и плохо сваркой плавлением из-за склонности к появлению трещин. Способность к ковке – удовлетворительная.
Дюралюмин Д16 широко востребован в областях, требующих высоких технических характеристик: машино-, судо-, приборостроении, авиастроении, строительстве.
Сплавы авиаль
Авиали (авиационные сплавы), содержащие в качестве легирующих элементов магний, кремний, марганец, хром, медь, уступают дюралюминам по прочности, но опережают по пластичности в горячем и холодном состояниях. Основная упрочняющая фаза– Mg2Si. К авиалям относят сплавы АВ, АД31, АД35.
Авиационные сплавы упрочняют закалкой с естественным или искусственным старением. Искусственное старение необходимо проводить сразу после закалки. Длительный промежуток времени между закалкой и искусственным старением приводит к снижению прочности материала.
После упрочняющей ТО для авиалей характерны:
- хорошая обрабатываемость режущими инструментами;
- хорошая свариваемость точечной и аргонной сваркой;
- достаточно высокая общая устойчивость к коррозии, но возможна склонность к межкристаллитной коррозии.
Высокопрочные сплавы (В)
Популярный представитель этого семейства – сплав марки В95, в состав которого входят следующие примеси и легирующие элементы:
- железо – 0,5%;
- кремний – 0,5%%
- медь – 1,4-2,0%;
- марганец – 0,2-0,6%;
- магний – 1,8-2,8%;
- хром – 0,1-0,25%;
- цинк – 5,0-7,0%;
- титан – 0,05%.
Повышение процентного содержания цинка и магния приводит к улучшению прочностных характеристик, но одновременно и к снижению коррозионной стойкости и пластичности. Устойчивость к коррозии улучшают введением марганца.
Сталь 60С2А рессорно-пружинная
По сравнению с дюралюминами марки В более чувствительны к концентраторам напряжений и обладают меньшей коррозионной стойкостью под напряжением.
Благодаря пресс-эффекту, обусловленному присутствием в материале хрома и марганца, прессованные профили обладают более высокой прочностью по сравнению с листами из этого сплава.
Для улучшения коррозионной стойкости листового проката применяют плакирование.
Сплав В95 хорошо деформируется в горячем состоянии и удовлетворительно в холодном состоянии после отжига. Он хорошо соединяется точечной сваркой, обрабатывается резанием. Его применяют для создания нагруженных конструкций в авиастроении, длительно эксплуатируемых при повышенных температурах (+100…+120°C), при устройстве строительных конструкций, способных выдерживать значительные нагрузки.
Сплавы для ковки и штамповки (АК)
Такие материалы пластичны, благодаря чему могут использоваться не только для ковки, штамповки, но и для получения отливок. После ковки и штамповки полуфабрикаты обычно подвергают термообработке – закалка + старение.
Наиболее распространенные ковочные марки – АК6 и АК8. Марка АК6 востребована при производстве деталей сложной конфигурации, от которых требуется средний уровень прочности.
Марка АК8 применяется для изготовления тяжело нагружаемых деталей способом горячей штамповки.
Области применения изделий из сплавов марки АК:
- хорошая обрабатываемость режущими инструментами;
- способность к соединению элементов контактной и аргонной сваркой;
- подверженность межкристаллитной коррозии и коррозии при существенных нагрузках на изделие или конструкцию.
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.
Свойства металла
Алюминий представляет собой пластичный легкий металл серебристого цвета. Для ученых — это химический элемент с атомным номером 13. Он обладает устойчивостью к коррозии за счет образования тонкой защитной оксидной пленки, которая разрушается при реакции со щелочами или ртутью. Имеет высокую теплопроводность.
Впервые химический элемент был извлечен в результате взаимодействия соединения ртути и калия на хлорид металла. До разработки промышленной технологии получения этот химический элемент ценился наряду с золотом.
Метод получения чистого материала, который применяется в промышленности, заключается в растворении оксида металла в криолите с последующим электролизом. Химический элемент является самым распространенным в природе. Среди наиболее известных минеральных соединений находятся такие руды:
- бокситы, содержащие оксид алюминия с примесями соединений железа и кремния;
- нефелины;
- глиноземы;
- полевые шпаты,
- каолинит — минерал, образованный в результате разрушения пород;
- бериллы, среди которых находятся драгоценные камни аквамарин и изумруд;
- александрит;
- корунд — минерал твердостью 9, уступающий алмазу.
Самородный химический элемент встречается редко в особых условиях с восстановительной средой. В водах химический элемент находится в виде соединения с фтором. Концентрация в морской воде достигает показателя 0,01 мг/л.
Получение
Алюминий находится на первом месте среди металлов и на третьем среди всех элементов по распространённости в земной коре. Приблизительно 8% массы земной коры составляет именно этот металл.
Алюминий содержится в тканях животных и растений в качестве микроэлемента. В природе он встречается в связанном виде в форме горных пород, минералов.
Каменная оболочка земли, находящаяся в основе континентов, формируется именно алюмосиликатами и силикатами.
Читать также: Литий ионный аккумулятор для шуруповерта макита
Алюмосиликаты – это минералы, образовавшиеся в результате вулканических процессов в соответствующих условиях высоких температур.
При разрушении алюмосиликатов первичного происхождения (полевые шпаты) сформировались разнообразные вторичные породы с более высоким содержанием алюминия (алуниты, каолины, бокситы, нефелины). В состав вторичных пород алюминий входит в виде гидроокисей или гидросиликатов.
Однако не каждая алюминийсодержащая порода может быть сырьём для глинозёма – продукта, из которого при помощи метода электролиза получают алюминий.
Наиболее часто алюминий получают из бокситов. Залежи этого минерала распространены в странах тропического и субтропического пояса. В России также применяются нефелиновые руды, месторождения которых располагаются в Кемеровской области и на Кольском полуострове. При добыче алюминия из нефелинов попутно также получают поташ, кальцинированную соду, цемент и удобрения.
В бокситах содержится 40-60% глинозёма. Также в составе имеются оксид железа, диоксид титана, кремнезём. Для выделения чистого глинозёма используют процесс Байера.
В автоклаве руду нагревают с едким натром, охлаждают, отделяют от жидкости «красный шлам» (твёрдый осадок). После осаждают гидроокись алюминия из полученного раствора и прокаливают её для получения чистого глинозёма.
Глинозём должен соответствовать высоким стандартам по чистоте и размеру частиц.
Из добытой и обогащённой руды извлекают глинозём (оксид алюминия). Затем методом электролиза глинозём превращают в алюминий. Заключительным этапом является восстановление процессом Холла-Эру. Процесс заключается в следующем: при электролизе раствора глинозёма в расплавленном криолите происходит выделение алюминия.
Катодом служит дно электролизной ванны, а анодом – угольные бруски, находящиеся в криолите. Расплавленный алюминий осаждается под раствором криолита с 3-5% глинозёма. Температура процесса поднимается до 950°С, что намного превышает температуру плавления самого алюминия (660°С).
Глубокую очистку алюминия проводят зонной плавкой или дистилляцией его через субфторид.
Удельный вес алюминиевых сплавов
Для удобства предварительных расчетов различных конструкций мы предлагаем вашему вниманию вес алюминиевых листов за штуку и квадратный метр в нижеследующей таблице. Данные листы широко распространены в промышленности.
Вес листов из других сплавов можно посчитать с помощью переводных коэффициентов. Для расчета веса алюминиевых листов АМг2 данный вес надо умножить на коэффициент 0,992; Амг3 — 0,988; АМг5 — 0,981; АМг6 — 0,977; Д16 — 1,03.
Просим Вас обратить внимание, что указанный вес алюминиевого листа является приблизительным и рассчитанным по теоретическим формулам. Вес реальных листов может колебаться и в меньшую и большую сторону на несколько процентов это связано с технологическим разбросом при производстве.
Если искомого размера листов нет в таблице вы можете воспользоваться нашим калькулятором веса цветного проката
Также вам могут понадобиться другие расчетные таблицы других видов алюминиевого проката
- Вес рифленых листов квинтет
- Вес гладких дюралевых листов
- Вес алюминиевых полос
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/м 3 .
- Для плотности алюминия часто применяется более наглядная размерность г/см 3 .
Плотность алюминия в кг/м 3 в тысячу раз больше, чем в г/с м 3 .
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.
Пайка меди в домашних условиях
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 м 3 /кг. По удельному объему материала удобно наблюдать изменение плотности материалов при нагреве-охлаждении.
Читать также: Компрессор из двигателя ока своими руками
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].
Технические показатели сплавов металлов
Наиболее распространенными сплавами на основе меди считаются латунь и бронза
. Их состав формируется также из других элементов:
Все сплавы различаются между собой структурой. Наличие олова в составе позволяет делать бронзовые сплавы отменного качества. В более дешевые сплавы входит никель либо цинк. Производимые материалы на основе Cuprum обладают следующими характеристиками:
- высокая пластичность и износостойкость;
- электропроводность;
- устойчивость к агрессивной среде;
- низкий коэффициент трения.
Сплавы на основе меди находят широкое применение в промышленном производстве. Из них производят посуду, ювелирные украшения, электропровода и системы отопления. Материалы с Cuprum часто используют для декорирования фасадной части домов, изготовления композиций. Высокая устойчивость и пластичность являются основными качествами для применения материала.
Латунь — сплав меди и цинка, который может быть легирован другими химическими элементами. Двухкомпонентная латунь маркируется буквой Л и цифрой, указывающей на процентное содержание меди.
Многокомпонентный состав помечается буквой Л, а также буквами и цифрами, определяющими вид и количество легирующих добавок. Материал отличается высокой коррозийной стойкостью, хорошей теплопроводностью и пластичностью.
Листовая латунь применяется в строительстве, машино- и приборостроении, электроэнергетике и химической промышленности.
Плотность алюминия
Теоретическая плотность алюминия
Плотность химического элемента определяется его атомным номером и другими факторами, такими как атомный радиус и способ упаковки атомов. Т еоретическая плотность алюминия при комнатной температуре (20 °С) на основе параметров его атомной решетки составляет:
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/см 3 .
Плотность алюминия в жидком состоянии — расплавленного чистого алюминия 99,996 % — при различных температурах представлена в таблице.
Теоретический вес листов, кг, раскроем 1200х3000 мм
| Толщина, мм | Марка сплава и плотность, г/см3 | |||||||||
| А5, АД0, АД1 | АМц | Д16 | АМГ2 | АМг3 | АМг5 | АМг6, 1561 | 1915, ВД1 | 1105 | В95 | |
| 2,71 | 2,73 | 2,77 | 2,69 | 2,66 | 2,65 | 2,64 | 2,77 | 2,80 | 2,85 | |
| 0,3 | 2,93 | 2,95 | 2,99 | 2,91 | 2,87 | 2,86 | 2,85 | 2,99 | 3,02 | 3,08 |
| 0,4 | 3,90 | 3,93 | 3,99 | 3,87 | 3,83 | 3,82 | 3,80 | 3,99 | 4,03 | 4,10 |
| 0,5 | 4,88 | 4,91 | 4,99 | 4,84 | 4,79 | 4,77 | 4,75 | 4,99 | 5,04 | 5,13 |
| 0,6 | 5,85 | 5,90 | 5,98 | 5,81 | 5,75 | 5,72 | 5,70 | 5,98 | 6,05 | 6,16 |
| 0,7 | 6,83 | 6,88 | 6,98 | 6,78 | 6,70 | 6,68 | 6,65 | 6,98 | 7,06 | 7,18 |
| 0,8 | 7,80 | 7,86 | 7,98 | 7,75 | 7,66 | 7,63 | 7,60 | 7,98 | 8,06 | 8,21 |
| 0,9 | 8,78 | 8,85 | 8,97 | 8,72 | 8,62 | 8,59 | 8,55 | 8,97 | 9,07 | 9,23 |
| 1,0 | 9,8 | 9,8 | 10,0 | 9,7 | 9,6 | 9,5 | 9,5 | 10,0 | 10,1 | 10,3 |
| 1,2 | 11,7 | 11,8 | 12,0 | 11,6 | 11,5 | 11,4 | 11,4 | 12,0 | 12,1 | 12,3 |
| 1,5 | 14,6 | 14,7 | 15,0 | 14,5 | 14,4 | 14,3 | 14,3 | 15,0 | 15,1 | 15,4 |
| 1,6 | 15,6 | 15,7 | 16,0 | 15,5 | 15,3 | 15,3 | 15,2 | 16,0 | 16,1 | 16,4 |
| 1,8 | 17,6 | 17,7 | 17,9 | 17,4 | 17,2 | 17,2 | 17,1 | 17,9 | 18,1 | 18,5 |
| 1,9 | 18,5 | 18,7 | 18,9 | 18,4 | 18,2 | 18,1 | 18,1 | 18,9 | 19,2 | 19,5 |
| 2,0 | 19,5 | 19,7 | 19,9 | 19,4 | 19,2 | 19,1 | 19,0 | 19,9 | 20,2 | 20,5 |
| 2,5 | 24,4 | 24,6 | 24,9 | 24,2 | 23,9 | 23,9 | 23,8 | 24,9 | 25,2 | 25,7 |
| 3,0 | 29,3 | 29,5 | 29,9 | 29,1 | 28,7 | 28,6 | 28,5 | 29,9 | 30,2 | 30,8 |
| 3,5 | 34,1 | 34,4 | 34,9 | 33,9 | 33,5 | 33,4 | 33,3 | 34,9 | 35,3 | 35,9 |
| 4,0 | 39,0 | 39,3 | 39,9 | 38,7 | 38,3 | 38,2 | 38,0 | 39,9 | 40,3 | 41,0 |
| 4,5 | 43,9 | 44,2 | 44,9 | 43,6 | 43,1 | 42,9 | 42,8 | 44,9 | 45,4 | 46,2 |
| 5,0 | 48,8 | 49,1 | 49,9 | 48,4 | 47,9 | 47,7 | 47,5 | 49,9 | 50,4 | 51,3 |
| 5,5 | 53,7 | 54,1 | 54,8 | 53,3 | 52,7 | 52,5 | 52,3 | 54,8 | 55,4 | 56,4 |
| 6,0 | 58,5 | 59,0 | 59,8 | 58,1 | 57,5 | 57,2 | 57,0 | 59,8 | 60,5 | 61,6 |
| 6,5 | 63,4 | 63,9 | 64,8 | 62,9 | 62,2 | 62,0 | 61,8 | 64,8 | 65,5 | 66,7 |
| 7,0 | 68,3 | 68,8 | 69,8 | 67,8 | 67,0 | 66,8 | 66,5 | 69,8 | 70,6 | 71,8 |
| 7,5 | 73,2 | 73,7 | 74,8 | 72,6 | 71,8 | 71,6 | 71,3 | 74,8 | 75,6 | 77,0 |
| 8,0 | 78,0 | 78,6 | 79,8 | 77,5 | 76,6 | 76,3 | 76,0 | 79,8 | 80,6 | 82,1 |
| 8,5 | 82,9 | 83,5 | 84,8 | 82,3 | 81,4 | 81,1 | 80,8 | 84,8 | 85,7 | 87,2 |
| 9,0 | 87,8 | 88,5 | 89,7 | 87,2 | 86,2 | 85,9 | 85,5 | 89,7 | 90,7 | 92,3 |
| 9,5 | 92,7 | 93,4 | 94,7 | 92,0 | 91,0 | 90,6 | 90,3 | 94,7 | 95,8 | 97,5 |
| 10,0 | 97,6 | 98,3 | 99,7 | 96,8 | 95,8 | 95,4 | 95,0 | 99,7 | 100,8 | 102,6 |
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:
- Легирующие элементы тяжелее алюминия:
- Влияние легирующих элементов на плотность алюминиевых сплавов демонстрирует график на рисунке ниже [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.
Читать также: Контроль момента затяжки резьбовых соединений
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/см 3 .
- В сплаве 2091 номинальное содержание лития составляет 2,2 %, а номинальная плотность – 2,58 г/см 3 .
- У сплава 8090 при содержании лития 2,0 % плотность составляет 2,55 г/см 3 .
Сколько весит квадратный метр алюминиевого листа
| Размер листа | Вес 1 квадратного метра, кг |
| Вес 1 кв.м алюминиевого листа толщиной 0,5 мм | 1,4 |
| Вес 1 кв.м алюминиевого листа толщиной 1 мм | 2,7 |
| Вес 1 кв.м алюминиевого листа толщиной 1,5 мм | 4,1 |
| Вес 1 кв.м алюминиевого листа толщиной 2 мм | 5,4 |
| Вес 1 кв.м алюминиевого листа толщиной 2,5 мм | 6,8 |
| Вес 1 кв.м алюминиевого листа толщиной 3 мм | 8,2 |
| Вес 1 кв.м алюминиевого листа толщиной 4 мм | 10,9 |
| Вес 1 кв.м алюминиевого листа толщиной 5 мм | 13,6 |
| Вес 1 кв.м алюминиевого листа толщиной 6 мм | 16,3 |
| Вес 1 кв.м алюминиевого листа толщиной 8 мм | 21,8 |
| Вес 1 кв.м алюминиевого листа толщиной 10 мм | 27,2 |
Плотность металлов
Плотность алюминия в сравнении с плотностью других легких металлов:
- алюминий: 2,70 г/см 3
- титан: 4,51 г/см 3
- магний: 1,74 г/см 3
- бериллий: 1,85 г/см 3
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
Загрузка...
