Dichte von Aluminium

1 Leichtes Strukturmetall

Die geringe Dichte ist einer der Hauptvorteile von Aluminium im Vergleich zu anderen Konstruktionsmetallen..

Abbildung 1 – Dichtebezogene Festigkeit von Aluminium in
Vergleich mit verschiedenen Metallen und Legierungen.
Aluminiumlegierung 7075 befindet sich oben.
Die kommerziellen Strukturlegierungen werden gefunden
über dem gewöhnlichen Weichstahl [1]

Abbildung 2 – Volumen pro Gewichtseinheit verschiedener Metalle.
Auf dieser Grundlage ist es wichtig, die Kosten von Aluminium mit anderen Materialien zu vergleichen [1]

2 Festigkeit pro Dichteeinheit von Aluminium

Festigkeit pro Dichteeinheit von Aluminium

• Aluminium: 2,70 g / cm²³
• Titan: 4,51 g / cm²³
• Magnesium: 1,74 g / cm²³
• Aluminium: 1,85 g / cm²³

3 Aluminium:

3.1 Dichte

Dichte von Aluminium Aluminium: – Aluminium:, Aluminium:.

• Die Maßeinheit der Dichte im SI-System ist kg/m³.
• Für die Dichte von Aluminium wird häufig eine aussagekräftigere Angabe g/cm verwendet.³.

Dichte von Aluminium in kg / m³ tausendmal mehr, als in g/sich³.

3.2 Spezifisches Gewicht

Um die Materialmenge pro Volumeneinheit abzuschätzen, ist eine solche nicht systembedingt, aber eine aussagekräftigere Maßeinheit als "spezifisches Gewicht". Anders als die Dichte ist das spezifische Gewicht keine absolute Maßeinheit.. Die Sache ist, dass es von der Größe der Erdbeschleunigung g abhängt, die je nach Standort auf der Erde unterschiedlich ist.

3.3 Dichte gegen Temperatur

Die Dichte des Materials hängt von der Temperatur ab. Sie nimmt normalerweise mit steigender Temperatur ab.. Andererseits, Das spezifische Volumen - das Volumen einer Masseneinheit - nimmt mit steigender Temperatur zu. Dieses Phänomen wird als Wärmeausdehnung bezeichnet.. Sie wird üblicherweise als Wärmeausdehnungskoeffizient ausgedrückt, was die Längenänderung pro Grad Temperatur angibt, z.B, mm / mm / ºC. Die Längenänderung ist einfacher zu messen und anzuwenden, als Volumenänderung.

3.4 Bestimmtes Volumen

Spezifisches Materialvolumen – das ist der Wert, umgekehrte Dichte. Sie gibt das Volumen einer Masseneinheit an und hat die Dimension m³/Kg. Entsprechend dem spezifischen Volumen des Materials ist es zweckmäßig, die Änderung der Materialdichte während des Erhitzens und Abkühlens zu beobachten.

Die folgende Abbildung zeigt die Änderung des spezifischen Volumens verschiedener Materialien (reines Metall, Legierung und amorphes Material) mit steigender Temperatur. Die flachen Abschnitte der Diagramme sind die Wärmeausdehnung für alle Arten von Materialien im festen und flüssigen Zustand. Beim Schmelzen von reinem Metall kommt es zu einem sprunghaften Anstieg des spezifischen Volumens (Dichteabnahme), während des Schmelzens der Legierung - sein schneller Anstieg beim Schmelzen im Temperaturbereich. Amorphe Materialien erhöhen beim Schmelzen (bei der Glasübergangstemperatur) ihren Wärmeausdehnungskoeffizienten [2].

Abbildung 3 – Volumenänderungen pro Gewichtseinheit (1/Dichte)
als Funktion der Temperatur für ein reines Metall, Legierung, und Glas [2]

4 Dichte von Aluminium

4.1 Theoretische Dichte von Aluminium

• Die theoretische Raumtemperatur (20 “C) Die Dichte basiert auf dem Gitterabstand 2698.72 kg/m3
• Die experimentellen Werte reichen von 2696,6 zu 2698,8 kg/m3 für polykristallines Material mit liegenden Dichten von Einkristallen 0.34% höher [1].

4.2 Dichte von Aluminium: fest und flüssig

Ein Diagramm der Abhängigkeit der Dichte von Aluminium in Abhängigkeit von der Temperatur ist in der folgenden Abbildung dargestellt [1]:

• Mit steigender Temperatur nimmt die Dichte von Aluminium ab..
• Beim Übergang von Aluminium vom festen in den flüssigen Zustand nimmt seine Dichte schlagartig ab 2,55 zu 2,34 g / cm²³.

4.3 Einfluss der Aluminiumreinheit

Der Einfluss des Reinheitsgrades von festem und flüssigem Aluminium auf seine Dichte ist in der Abbildung dargestellt. 6.

 

Abbildung 4 – Die Dichte von festem und geschmolzenem Stoff 99,996% Aluminium (a – solide, b – geschmolzen) [3]

Abbildung 5 – Die Dichte der Schmelze 99,996% Aluminium [4]

Abbildung 6 – Der Einfluss des Reinheitsgrades von festem und flüssigem Aluminium auf seine Dichte [3]

5 Aluminiumlegierungen

5.1 Wirkung von Doping

Unterschiede in der Dichte verschiedener Aluminiumlegierungen sind darauf zurückzuführen, dass sie unterschiedliche Legierungselemente und in unterschiedlichen Mengen enthalten. Andererseits, Einige Legierungselemente sind leichter als Aluminium, andere – schwerer.

Legierungselemente leichter als Aluminium:

• Silizium (2,33 g/cm³),
• Magnesium (1,74 g/cm³),
• Lithium (0,533 g/cm³).

Legierungselemente schwerer als Aluminium:

• Eisen (7,87 g/cm³),
• Mangan (7,40 g/cm³),
• Kupfer (8,96 g/cm³),
• Zink (7,13 g/cm³).

Der Einfluss von Legierungselementen auf die Dichte von Aluminiumlegierungen ist in der Abbildung dargestellt. 7 [4].

 

Abbildung 7 – Einfluss von Legierungselementen auf die Dichte von Aluminiumlegierungen [4]

6 Die leichtesten und schwersten Aluminiumlegierungen

• Eine der leichtesten Aluminiumlegierungen ist eine Fremdgusslegierung 518.0 (7,5-8,5 % Magnesium) – 2,53 g pro Kubikzentimeter [1].
• Die schwersten Aluminiumlegierungen sind Fremdgusslegierungen 222.0 und 238.0 mit nominellem Kupfergehalt 10 %. Ihre Nenndichte – 2,95 g pro Kubikzentimeter [1].
• Die leichteste Knetlegierung – Aluminium-Lithium-Legierung 8090 mit nominellem Lithiumgehalt 2,0 %. Seine Nenndichte – 2,55 g pro Kubikzentimeter [1].
• Die schwerste Aluminium-Knetlegierung – Legierung 7175: 2,85 g pro Kubikzentimeter [4].

7 Dichte industrieller Aluminiumlegierungen

7.1 Notenreihe

Dichte von Aluminium und Aluminiumlegierungen, die in der Industrie eingesetzt werden, siehe Tabelle unten für geglühten Zustand (O). Sie hängt bis zu einem gewissen Grad vom Zustand der Legierung ab, speziell für warmhärtbare Aluminiumlegierungen.

 

Abbildung 8 – Der Einfluss von Legierungselementen auf Dichte und Elastizitätsmodul [1]

7.2 Aluminium-Lithium-Legierungen

Die bekannten Aluminium-Lithium-Legierungen haben die kleinste Dichte..

• Lithium ist das leichteste Metallelement.
• Die Dichte von Lithium bei Raumtemperatur beträgt 0,533 g / cm³ – Dieses Metall kann im Wasser schwimmen!
• Jeder 1 % Lithium in Aluminium reduziert seine Dichte ist 3 %
• Jeder 1 % Lithium erhöht den Elastizitätsmodul von Aluminium um 6 %. Dies ist sehr wichtig für die Luft- und Raumfahrttechnik..

Beliebte industrielle Aluminium-Lithium-Legierungen sind Legierungen 2090, 2091 und 8090:

• Nominaler Lithiumgehalt in der Legierung 2090 ist 1,3 %, und die Nenndichte - 2,59 g / cm²³.
• in Legierung 2091 nominaler Lithiumgehalt ist 2,2 %, und die Nenndichte - 2,58 g / cm²³.
• Legierung 8090 mit Lithiumanteil 2,0 % Dichte ist 2,55 g / cm²³.

Anhang A

Tabelle A1 – Nenndichte von Aluminium-Knetlegierungen [4]

Quellen:

1. TALAT 1501

2. GRUNDLAGEN DER MODERNEN FERTIGUNG – Materialien, Prozesse, und Systeme /Mikell P. Groover – JOHN WILEY & SÖHNE, INKL., 2010

3. Eigenschaften von reinem Aluminium / EIN. Swerdlin // Handbuch für Aluminium, Volumen 1: Physikalische Metallurgie und Prozesse – 2003.

4. Aluminium und Aluminiumlegierungen, ASM International, 1993.