Khối lượng riêng của các kim loại thông thường: Bảng thành phần thép, nhôm, đồng, titan và đồng thau
Để ước tính nhanh, hãy sử dụng 7,850 kg/m³ cho thép carbon, 2,700 cho nhôm 6061, 8,960 cho đồng nguyên chất, 4,510 cho titan cấp 2 và 8,530 cho đồng thau C260. Sử dụng đúng hợp kim và dạng sản phẩm khi khối lượng ảnh hưởng đến thiết kế, giá cả, nâng hạ hoặc vận chuyển; dừng lại và xác minh dữ liệu của nhà sản xuất khi giá trị này là yếu tố quan trọng đối với hợp đồng.
7,850 kg/m³ hoặc khoảng 0.284 lb/in³.
Nhẹ hơn thép khoảng 65.6% ở cùng thể tích.
Nặng hơn thép khoảng 14.1% ở cùng thể tích.
Nhẹ hơn thép nhưng nặng hơn nhôm.
Thường nặng hơn thép và nhẹ hơn đồng.
Trước khi bản vẽ được phát hành, hãy so sánh khối lượng, quán tính và các thông số vật liệu sơ bộ.
Chọn hợp kim, độ cứng, hình dạng sản phẩm và nhiệt độ phù hợp với dữ liệu hoặc thông số kỹ thuật của nhà sản xuất.
Bao gồm gia công cơ khí, phủ lớp, phụ kiện, đóng gói và phương pháp đo kích thước thực tế.
Hãy yêu cầu giấy chứng nhận, xác minh theo mật độ hoặc tỷ lệ khi chi phí hoặc sự an toàn phụ thuộc vào điều đó.
Khối lượng riêng của các kim loại thông thường là bao nhiêu?
Các giá trị bên dưới là giá trị danh nghĩa ở gần nhiệt độ phòng. Nhãn hàng rất quan trọng: “thép” là quy ước ước tính thực tế, trong khi 6061, C11000 và Ti-6Al-4V là các vật liệu thương mại được xác định rõ. Sử dụng mác thép được chỉ định cho bản vẽ đã phát hành hoặc đơn đặt hàng.
| Vật liệu / cấp độ | kg / m³ | g / cm³ | lb/in³ | lb/ft³ | Ghi chú thực tế |
|---|---|---|---|---|---|
| Thép cacbon hoặc thép kết cấuƯớc tính phổ biến | 7,850 | 7.85 | 0.284 | 490 | Hữu ích cho việc lập bảng kê vật liệu ban đầu và kiểm tra trọng lượng từng phần. |
| Thép không gỉ 304/304LCơ sở Outokumpu ở 20°C | 7,900 | 7.90 | 0.285 | 493 | Thấp hơn một chút so với 316/316L. |
| Thép không gỉ 316/316LCơ sở Outokumpu ở 20°C | 8,000 | 8.00 | 0.289 | 499 | Việc lựa chọn cấp độ sản phẩm rất quan trọng đối với các lô hàng lớn. |
| Nhôm 6061Giá trị danh nghĩa của Kaiser ở 20°C | 2,700 | 2.70 | 0.098 | 169 | Hợp kim kết cấu nhẹ thông dụng. |
| Nhôm 7075Giá trị danh nghĩa của Kaiser ở 20°C | 2,800 | 2.80 | 0.101 | 175 | Có mật độ cao hơn khoảng 3.7% so với hợp kim 6061 cùng thể tích. |
| Đồng nguyên chấtTham chiếu nguyên tố | 8,960 | 8.96 | 0.324 | 559 | Không được thay thế bằng hợp kim đồng thương mại có tên gọi cụ thể. |
| Đồng C11000 ETPCDA định mức ở 68°F | 8,910 | 8.91 | 0.322 | 556 | Đồng thương mại có độ dẫn điện cao thông dụng. |
| Titan lớp 2Loại tinh khiết thương mại | 4,510 | 4.51 | 0.163 | 282 | Có khả năng chống ăn mòn và dễ tạo hình; nhưng không nhẹ bằng nhôm. |
| Ti-6Al-4V Cấp 5Giá trị TIMET ở 22°C | 4,420 | 4.42 | 0.160 | 276 | Độ bền riêng cao; nhẹ hơn một chút so với loại 2. |
| Đồng thau C26000Đồng thau hộp mực | 8,530 | 8.53 | 0.308 | 533 | Đây là một tài liệu tham khảo hữu ích về đồng thau, chứ không phải là giá trị áp dụng cho mọi loại đồng thau. |
| Đồng thau C36000Đồng thau cắt tự do | 8,500 | 8.50 | 0.307 | 531 | Thường được lựa chọn dựa trên hiệu suất gia công. |
Giá trị làm tròn là tốt nhất cho việc ước tính thông thường. Thêm chữ số thập phân không làm cho giá trị ước tính của gia đình chính xác hơn.
Kim loại nào nặng nhất?
Với cùng một thể tích rắn, đồng và đồng thau nặng hơn thép. Titan nằm giữa thép và nhôm. Các thanh này sử dụng 100% thép carbon.
Làm thế nào để tính toán trọng lượng kim loại từ mật độ và kích thước?
Chọn vật liệu và hình dạng, sau đó nhập kích thước. Kết quả là khối lượng lý thuyết dựa trên mật độ và hình dạng danh nghĩa — không phải trọng lượng vận chuyển hoặc nâng hạ được chứng nhận.
Một tấm nhôm 6061 kích thước 1,000 × 500 × 10 mm.
Kiểm tra bản vẽ sửa đổi, lỗ khoan, dung sai, lớp phủ, kim loại hàn, dầu và bao bì. Xác minh trọng lượng tổng quan trọng trên một loại cân phù hợp.
Mật độ kim loại có nghĩa là gì?
Mật độ cho biết lượng khối lượng chứa trong một thể tích nhất định. Một khối đồng nhỏ có thể nặng hơn một khối nhôm lớn hơn vì đồng có khối lượng lớn hơn trong mỗi centimet khối.
Trong kỹ thuật, khối lượng riêng được viết là ρ (rho). Đơn vị SI là kg/m³. Bản vẽ sản phẩm và dữ liệu của nhà cung cấp cũng sử dụng g/cm³, kg/dm³, lb/in³ và lb/ft³.
Khối lượng và trọng lượng: các kỹ sư phân biệt khối lượng với lực trọng lượng. Trong công việc mua bán và vận chuyển hàng ngày, "trọng lượng tính bằng kg" thường có nghĩa là khối lượng. Sử dụng mật độ để tính toán khối lượng; chỉ tính đến trọng lực khi cần tính lực.
- ρ = mật độ
- m = khối lượng
- V = thể tích vật liệu tịnh
Sắp xếp lại để ước tính trọng lượng: m = ρ × V.
Bạn nên sử dụng đơn vị nào để đo mật độ và trọng lượng của kim loại?
| Chuyển đổi từ | Chuyển đổi sang | hoạt động | Ví dụ về thép |
|---|---|---|---|
| g / cm³ | kg / m³ | Nhân với 1,000 | 7.85 × 1,000 = 7,850 kg/m³ |
| g / cm³ | lb/in³ | Nhân với 0.0361273 | 7.85 ≈ 0.2836 lb/in³ |
| g / cm³ | lb/ft³ | Nhân với 62.428 | 7.85 ≈ 490.1 lb/ft³ |
| lb/in³ | kg / m³ | Nhân với 27,679.90 | 0.2836 ≈ 7,850 kg/m³ |
Với bản vẽ milimét, sử dụng công thức: khối lượng (kg) = mật độ (g/cm³) × thể tích (mm³) ÷ 1,000,000.
Tại sao giá trị mật độ kim loại lại thay đổi giữa các loại hợp kim khác nhau?
Thép, nhôm, titan và đồng thau là các hợp kim thuộc cùng một nhóm. Thành phần hóa học của chúng làm thay đổi khối lượng bên trong một thể tích nhất định. Nhiệt độ, độ rỗng và phương pháp đo cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả.
Thép
Sử dụng 7.85 g/cm³ để ước tính khối lượng riêng của thép cacbon ban đầu. Thép không gỉ 304 có khối lượng riêng khoảng 7.90 và 316/316L khoảng 8.00. Đối với dầm và các loại hình định hình, bảng khối lượng riêng theo chiều dài của nhà sản xuất thường chính xác hơn.
Cơ chế hoạt động của thành phần thép →Nhôm
Thép 6061 có mật độ khoảng 2.70 g/cm³; thép 7075 có mật độ khoảng 2.80 g/cm³. Nhôm có mật độ gần bằng một phần ba mật độ của thép ở cùng thể tích, nhưng thiết kế thay thế có thể cần một tiết diện khác.
So sánh 6061 và 7075 →Copper
Đồng nguyên chất có khối lượng riêng khoảng 8.96 g/cm³. Đồng C11000 ETP có khối lượng riêng khoảng 8.91 g/cm³. Hãy cho biết chi tiết đó là OFHC, ETP, khử oxy bằng phốt pho hay hợp kim đồng khác.
So sánh OFHC và đồng ETP →Titanium
Mật độ của titan cấp 2 khoảng 4.51 g/cm³; hợp kim Ti-6Al-4V khoảng 4.42 g/cm³. Titan nặng hơn nhôm nhưng nhẹ hơn nhiều so với thép nếu cùng thể tích.
So sánh các đặc tính của titan →Thau
Đồng thau C260 dùng cho vỏ đạn có trọng lượng riêng khoảng 8.53 g/cm³; các loại đồng thau thông thường có trọng lượng riêng dao động trong khoảng 8.39–8.75 g/cm³. Vui lòng chỉ định loại UNS trước khi đặt hàng hoặc tính toán cho lô hàng lớn.
Sự khác biệt giữa đồng thau và đồng đỏ →Nhiệt độ cũng rất quan trọng. Chất rắn thường giãn nở khi nhiệt độ tăng. Cùng một khối lượng khi đó sẽ chiếm một thể tích lớn hơn, do đó mật độ giảm. Các giá trị trong bảng ở nhiệt độ phòng không đủ cho các ứng dụng đông lạnh, làm việc ở nhiệt độ cao hoặc đo lường chính xác.
Công thức dạng tấm, dạng thanh tròn và dạng tuýp khác nhau như thế nào?
Trước tiên, tính thể tích thực. Sau đó nhân với mật độ đã chọn. Giữ mọi kích thước trong cùng một hệ đơn vị và trừ đi các lỗ hoặc khoang trước khi nhân cuối cùng.
Volume = length × width × thicknessVí dụ: 1,000 × 500 × 10 mm nhôm 6061 = 13.50 kg.
Volume = π × diameter² × length ÷ 4Không sử dụng bán kính khi công thức yêu cầu đường kính.
Volume = π × (OD² − ID²) × length ÷ 4Khối lượng ống phụ thuộc vào dung sai thành ống và độ méo hình bầu dục.
Một tấm kim loại có diện tích 1 m² nặng bao nhiêu theo trọng lượng vật liệu?
Một tấm đặc có kích thước 1,000 × 1,000 × 10 mm có thể tích là 0.010 m³. Khối lượng thay đổi tùy thuộc vào vật liệu mặc dù mọi kích thước bên ngoài đều không đổi.
Quan trọng: Cùng thể tích không có nghĩa là cùng hiệu suất. Một sản phẩm thay thế thực sự có thể cần độ dày, kiểu gân, mối nối hoặc bộ phận hỗ trợ khác.
Tại sao trọng lượng thực tế của kim loại lại khác với trọng lượng lý thuyết?
Thông thường, phép tính mật độ sẽ cho ra khối lượng kim loại tịnh danh nghĩa. Cân có thể cho ra con số khác vì chi tiết thực tế và bao bì chứa nhiều hơn—hoặc ít hơn—so với mô hình đơn giản.
Hãy lựa chọn mật độ phù hợp với hợp kim, hình dạng sản phẩm và nhiệt độ tham chiếu.
Sử dụng bản vẽ CAD đã phát hành hoặc kích thước có tính đến dung sai. Trừ đi các lỗ và hốc.
Bao gồm phôi gia công, kim loại hàn, lớp phủ, mảnh chèn, dầu và màng bảo vệ nếu cần.
Bao gồm pallet, thùng gỗ, dây đai, móc buộc, màng chắn và vật liệu chèn lót.
Hãy sử dụng cân phù hợp trước khi nâng hàng, đặt chỗ vận chuyển hàng hóa hoặc phát hành các tài liệu quan trọng.
Dung sai kích thước có thể chiếm ưu thế
Sự khác biệt nhỏ về độ dày hoặc đường kính có thể dẫn đến sự thay đổi khối lượng lớn trên các tấm rộng, thanh dài hoặc cả một lô sản xuất. Hãy tính toán số trường hợp tối thiểu và tối đa khi tải trọng hoặc thanh toán là yếu tố nhạy cảm.
Mô hình vẫn có thể sai.
Kiểm tra đơn vị, bản sửa đổi bản vẽ, phân bổ vật liệu, các lỗ bị ẩn, các khối trùng lặp, vật liệu gia công và các phụ kiện đi kèm. So sánh khối lượng CAD với phép tính thủ công đơn giản.
Lớp phủ và các cụm lắp ráp làm tăng khối lượng.
Lớp mạ, lớp phủ, lớp hàn, ốc vít, các chi tiết chèn, dung sai ăn mòn và các chất cặn bám trong quá trình sản xuất có thể nhỏ đối với từng chi tiết nhưng lại chiếm tỷ trọng lớn trên toàn bộ đơn hàng.
Giá trị ròng không phải là giá trị gộp
Bao bì làm tăng khối lượng tịnh. Việc lập kế hoạch vận chuyển hàng hóa cũng cần xem xét kích thước kiện hàng, trọng tâm, vị trí xếp dỡ, điểm nâng và quy định về tải trọng của tuyến đường.
Khi nào nên sử dụng mật độ khối, mật độ khối lượng riêng hay mật độ biểu kiến?
Biểu đồ này mô tả kim loại ở trạng thái rắn. Không nên áp dụng trực tiếp lên kim loại dạng bột, vụn kim loại, phế liệu tiện, vật đúc xốp, các bộ phận thiêu kết, cấu trúc mạng lưới hoặc bọt kim loại.
| Cơ sở mật độ | Thể tích nào được tính? | Vật liệu điển hình | Đừng nhầm lẫn nó với |
|---|---|---|---|
| Về mặt lý thuyết hoặc không có lỗ rỗng | Vật liệu rắn không có lỗ rỗng. | Thành phần tham khảo hoặc hợp kim rèn. | Mật độ thực tế của lớp vỏ có phần xốp. |
| Số lượng lớn hoặc phong bì | Thể tích bên ngoài bao gồm cả các khoảng trống bên trong. | Chi tiết được chế tạo bằng phương pháp thiêu kết, đúc hoặc gia công bổ sung. | Giá trị hợp kim rèn đặc chắc. |
| Mật độ biểu kiến của bột | Khối lượng bột chia cho thể tích khối lượng rời. | Bột kim loại dễ chảy. | Mật độ hợp kim rắn. |
| mật độ khối phế liệu rời | Khối lượng phế liệu chia cho thể tích thùng chứa. | Mảnh vụn, phế liệu và vật liệu thừa. | Một khối đặc với cùng kiểu hộp bên ngoài. |
Hãy báo cáo phương pháp kèm theo số liệu. Mật độ biểu kiến của bột, mật độ của chi tiết thiêu kết và mật độ hợp kim không có lỗ rỗng trả lời các câu hỏi khác nhau. Một giá trị không có cơ sở thử nghiệm hoặc thể tích tương ứng rất dễ bị sử dụng sai.
Mật độ ảnh hưởng như thế nào đến thiết kế, chi phí và nguồn cung vật liệu?
Mật độ rất quan trọng, nhưng nó không phải là tiêu chí đánh giá vật liệu hoàn chỉnh. Khối vật liệu có cùng thể tích nhẹ nhất chưa chắc đã tạo ra bộ phận có độ đàn hồi nhẹ nhất.
Khối lượng thay đổi tải trọng và chuyển động
Mật độ ảnh hưởng đến tải trọng trọng trường, lực gia tốc, tâm khối lượng, quán tính, năng lượng va chạm, sự cân bằng và tần số dao động tự nhiên. Hãy kiểm tra hệ đơn vị của bộ giải bằng một khối đơn giản trước khi tin tưởng vào một mô hình phức tạp.
Thay đổi kích thước trước khi so sánh.
Vật liệu có mật độ thấp có thể cần tiết diện sâu hơn, thành dày hơn hoặc nhiều thanh đỡ hơn. Hãy so sánh các thiết kế đáp ứng cùng các yêu cầu về độ bền, độ võng, độ mỏi, độ cong vênh, nhiệt độ và khả năng chống ăn mòn.
Giá mỗi kilogram không phải là giá thành một phần.
Bao gồm lượng hàng mua vào, năng suất cắt, thời gian gia công, ghép nối, xử lý nhiệt, kiểm tra, phủ lớp, vận chuyển, tín dụng phế liệu và tuổi thọ sử dụng. Mật độ chỉ là một trong các yếu tố đầu vào.
Hàng hóa cồng kềnh và nặng nề sẽ bị hư hỏng theo những cách khác nhau.
Đồng có thể đạt đến giới hạn tải trọng hoặc giới hạn chịu tải trước khi sử dụng hết thể tích khả dụng. Vật liệu nhôm nhẹ có thể sử dụng hết thể tích bao bì trước. Kiểm tra cả khối lượng và kích thước.
Câu hỏi hữu ích: Cấp độ, hình thức sản phẩm và quy trình sản xuất cụ thể nào đáp ứng được chức năng với tổng rủi ro và chi phí vòng đời thấp nhất có thể chấp nhận được?
Bạn nên bao gồm những thông tin gì trong yêu cầu báo giá (RFQ) về trọng lượng kim loại?
- Hợp kim hoặc mác hợp kim chính xác và tiêu chuẩn quy định
- Tấm, phiến, thanh, ống, vật đúc, vật rèn hoặc chi tiết dạng bột
- Trạng thái tôi, ủ hoặc xử lý nhiệt
- Bản vẽ/bản CAD đã được phê duyệt và số lượng
- Kích thước danh nghĩa, dung sai và lượng dư gia công
- Khối lượng ban đầu, thành phẩm, khối lượng tịnh, khối lượng bì hoặc khối lượng tổng.
- Nguồn mật độ và nhiệt độ nếu hợp đồng quan trọng
- Lớp phủ, mạ, kim loại hàn, vật liệu chèn hoặc dầu bao gồm
- Cơ sở tính hóa đơn dựa trên lý thuyết so với cơ sở tính hóa đơn dựa trên trọng lượng thực tế
- Độ chính xác của thang đo và dung sai chấp nhận được yêu cầu
- Giấy chứng nhận hợp quy hoặc giấy chứng nhận kiểm tra vật liệu
- Khả năng truy xuất nguồn gốc theo lô/mẻ và nhận dạng vật liệu chính xác
- Nhu cầu kiểm tra, lấy mẫu và chứng kiến độc lập
- Phương pháp xác định mật độ hoặc độ xốp cho các bộ phận dạng bột/thiêu kết
- Thứ tự ưu tiên nếu kết quả từ nhà cung cấp và bên nhận khác nhau.
- Khối lượng trên mỗi kiện, bó, pallet, thùng và lô hàng
- Điểm đến và phương thức vận chuyển hàng hóa
- Kích thước kiện hàng, trọng tâm và điểm nâng
- Giới hạn xe nâng, cần cẩu, giá đỡ, sàn và giá vận chuyển
- Cắt giảm tổn thất, mẫu vật, phụ tùng và quyền sở hữu phế liệu
Người mua thường đặt những câu hỏi nào về mật độ kim loại?
Câu trả lời ngắn gọn về thiết kế, báo giá và so sánh vật liệu.
Khối lượng riêng của thép là bao nhiêu kg/m³?
Thép cacbon và thép kết cấu thường có mật độ khối ước tính là 7,850 kg/m³, tương đương 7.85 g/cm³ hoặc khoảng 490 lb/ft³. Đây là giá trị danh nghĩa thực tế, không phải giá trị chính xác cho từng loại thép. Thép không gỉ 304 thường có mật độ khối khoảng 7,900 kg/m³ và 316/316L khoảng 8,000 kg/m³.
Nhôm nhẹ hơn thép bao nhiêu phần trăm?
Với cùng thể tích khối, nhôm 6061 có mật độ 2.70 g/cm³ chỉ bằng khoảng 34.4% khối lượng của thép carbon có mật độ 7.85 g/cm³. Nói cách khác, nó nhẹ hơn khoảng 65.6%. Một chi tiết thực tế có thể cần hình dạng khác, vì vậy hãy so sánh các thiết kế hoàn chỉnh—không chỉ các khối có kích thước bằng nhau.
Đồng có nặng hơn thép không?
Đúng vậy, với cùng thể tích. Đồng nguyên chất có khối lượng khoảng 8.96 g/cm³ nặng hơn thép cacbon khoảng 14.1% (thép cacbon có khối lượng 7.85 g/cm³). Đồng C11000 ETP có khối lượng khoảng 8.91 g/cm³.
Tại sao biểu đồ mật độ kim loại lại cho ra các giá trị khác nhau?
Chúng có thể đề cập đến các hợp kim, độ tinh khiết, nhiệt độ, điều kiện sản phẩm, định nghĩa thể tích lỗ rỗng hoặc quy tắc làm tròn khác nhau. Hãy kiểm tra nhãn hàng, nguồn, đơn vị và cơ sở đo lường trước khi kết luận rằng hai biểu đồ mâu thuẫn nhau.
Liệu mật độ có thể giúp xác định một kim loại chưa biết?
Phương pháp này có thể thu hẹp phạm vi lựa chọn, nhưng hiếm khi chứng minh được đó là một hợp kim cụ thể. Các loại hợp kim khác nhau có thể chồng chéo lên nhau, và lớp phủ, lỗ rỗng, chất lỏng bị kẹt, sai số thể tích hoặc sai số tỷ lệ có thể làm thay đổi kết quả. Hãy sử dụng các chứng chỉ có thể truy xuất nguồn gốc, PMI, phân tích hóa học hoặc các thử nghiệm phù hợp khác để nhận dạng đáng tin cậy.
Bản yêu cầu báo giá (RFQ) nên sử dụng trọng lượng lý thuyết hay trọng lượng thực tế?
Sử dụng khối lượng lý thuyết cho các ước tính ban đầu hoặc khi hợp đồng áp dụng cơ sở tiêu chuẩn danh nghĩa. Sử dụng khối lượng tịnh hoặc tổng đã được xác minh cho cước phí vận chuyển cuối cùng, nâng hạ, hải quan, kiểm kê hoặc lập hóa đơn khi rủi ro yêu cầu. Nêu rõ cơ sở đã thỏa thuận.
Những nguồn kỹ thuật nào hỗ trợ các giá trị mật độ này?
- Hướng dẫn của NIST về hệ SI, Chương 8 — Định nghĩa về khối lượng riêng và đơn vị SI kg/m³.
- Hệ số chuyển đổi khối lượng và mật độ của NIST — Chuyển đổi đơn vị đo: g/cm³, kg/m³, lb/in³ và lb/ft³.
- Thông tin chi tiết về tấm, cuộn và phiến nhôm Kaiser 6061. — Mật độ danh nghĩa 2.70 Mg/m³ ở 20°C.
- Dữ liệu phạm vi không gỉ Outokumpu Supra — Dựa trên tỷ trọng 316/316L.
- Dữ liệu C11000 của Hiệp hội Phát triển Đồng — Mật độ và trọng lượng riêng của đồng ETP.
- Dữ liệu C26000 của Hiệp hội Phát triển Đồng — Mật độ và các đặc tính vật lý của đồng thau trong vỏ đạn.
- Bảng dữ liệu TIMETAL 6-4 — Mật độ của hợp kim Ti-6Al-4V ở 22°C.
- Thông tin về thủy văn của nhôm — So sánh thực tế về thể tích tương đương với thép.
Các giá trị này là dữ liệu tham khảo danh nghĩa để lập kế hoạch. Vui lòng xác nhận dữ liệu hiện tại của nhà sản xuất, thông số kỹ thuật và yêu cầu hợp đồng để biết chính xác loại và dạng sản phẩm.
Hãy cung cấp thông tin về loại hợp kim, hình dạng sản phẩm, kích thước, tình trạng bề mặt, mối nối hoặc nhiệm vụ làm sạch, số lượng và kết quả mong muốn. Oceanplayer Laser có thể đề xuất quy trình làm sạch, hàn hoặc khắc laser thực tế và các bước kiểm tra cần thiết trước khi sản xuất.