Bronze ist eine Metalllegierung aus Kupfer, deren Dichte je nach den verwendeten Legierungselementen variiert. Im Allgemeinen liegt die Dichte von Bronze zwischen etwa 7.4 und 9.3 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³) bzw. etwa 0.267 bis 0.336 Pfund pro Kubikzoll (lbm/in³).
Dichte von Bronzelegierungen
Die folgende Tabelle zeigt die Nenndichten für verschiedene Bronzelegierungen, die nach dem Unified Numbering System (UNS) klassifiziert sind und häufig in technischen Anwendungen spezifiziert werden.
| Infos | Beschreibung | Legierungselemente | Dichte (g / cm³) | Dichte (lbm/in³) |
| C51000 | Phosphorbronze | Cu, Sn, P | 8.86 | 0.320 |
| C63000 | Nickel-Aluminium-Bronze | Cu, Al, Ni, Fe | 7.58 | 0.274 |
| C65500 | Hochsilizium-Bronze A | Cu, Si, Mn | 8.53 | 0.308 |
| C86300 | Mangan-Bronze | Cu, Zn, Mn, Al, Fe | 7.60 | 0.275 |
| C90700 | Zinnbronze | Cu, Sn | 8.78 | 0.317 |
| C93200 | Bleihaltige Zinnbronze | Cu, Sn, Pb, Zn | 8.91 | 0.322 |
| C95400 | Aluminium Bronze | Cu, Al, Fe, Ni | 7.50 | 0.271 |
Wie berechnet man die Dichte von Bronze?
Bronze zählt zu den ältesten von Menschen entwickelten Metalllegierungen. Sie ist eine Kupferlegierung, meist mit Zinn als Hauptbestandteil. Bronzelegierungen können jedoch auch andere Elemente wie Phosphor, Mangan, Aluminium oder Zink enthalten, um bestimmte Eigenschaften wie Festigkeit, Härte oder Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Die Zugabe dieser verschiedenen Elemente ist der Grund für die unterschiedliche Dichte von Bronze. Man kann es sich wie einen Smoothie vorstellen: Schwere Zutaten wie Proteinpulver machen ihn dichter als leichte Früchte. Ähnlich verhält es sich mit Bronze: Die Zugabe schwerer Elemente wie Blei zur Kupferbasis führt zu einer dichteren Bronze, während leichtere Elemente wie Aluminium oder Silizium ihre Dichte verringern.
Bekanntlich lautet die allgemeine Formel für die Dichte: ρ = m / V.. wobei ρ die Dichte, m die Masse und V das Volumen ist.
Bei einer Mehrkomponentenlegierung wie Bronze kann die Schüttdichte näherungsweise durch die Mischungsregel bestimmt werden, wobei eine perfekte feste Lösung ohne signifikante Volumenänderung beim Mischen angenommen wird:
Dabei ist wi der Massenanteil und ρi die Dichte des i-ten Bestandteils. Dies liefert zwar eine theoretische Grundlage, die tatsächlich gemessene Dichte wird jedoch durch die resultierende Mikrostruktur, einschließlich Phasenverteilungen und potenzieller Porosität, beeinflusst.
Die Dichte einer Bronzelegierung wird primär durch die Atommasse und den Atomradius ihrer Bestandteile bestimmt. Kupfer, das Basismetall, hat eine Dichte von 8.96 g/cm³.
Die Zugabe schwererer Elemente, wie Zinn (Sn, ρ ≈ 7.31 g/cm³) und insbesondere Blei (Pb, ρ = 11.34 g/cm³), beeinflusst die endgültige Dichte. Obwohl Zinn eine geringere Dichte als Kupfer aufweist, führt seine Einbindung in das Kristallgitter und der typische Einschluss anderer Elemente häufig zu einer dichten Legierung. Blei, das deutlich dichter ist, erhöht die Dichte der Legierung merklich.
Zugabe leichterer Elemente. Elemente mit geringerer Atommasse, insbesondere Aluminium (Al, ρ=2.70 g/cm³) und Silicium (Si, ρ=2.33 g/cm³), verringern die Dichte der resultierenden Bronzelegierung erheblich.
Fazit
Die Dichte von Bronze ist eine variable Eigenschaft, die direkt mit Art und Anteil der Legierungselemente korreliert und vom Herstellungsverfahren beeinflusst wird. Sie reicht von etwa 7.5 g/cm³ für aluminiumreiche Legierungen bis über 8.9 g/cm³ für hochbleihaltige Zinnbronzen. Für Ingenieure ist die Dichte nicht nur eine physikalische Konstante, sondern ein wichtiger Konstruktionsparameter, der Masseneigenschaften und strukturelle Anforderungen beeinflusst. Ein umfassendes Verständnis dieser Eigenschaft ist für die Herstellung hochwertiger Bronze unerlässlich. CNC-Bearbeitung von Bronze.
