Il bronzo è una lega metallica composta da rame, la cui densità varia in base agli specifici elementi di lega. Generalmente, la densità del bronzo varia da circa 7.4 a 9.3 grammi per centimetro cubo (g/cm³), ovvero da circa 0.267 a 0.336 libbre per pollice cubo (lbm/in³).
Densità delle leghe di bronzo
La tabella seguente presenta le densità nominali di diverse leghe di bronzo designate secondo il Sistema di numerazione unificato (UNS), comunemente specificate nelle applicazioni ingegneristiche.
| classi | Descrizione | Elementi leganti | Densità (g / cm³) | Densità (lbm/in³) |
| C51000 | Bronzo fosforoso | Cu, Sn, P | 8.86 | 0.320 |
| C63000 | Bronzo nichel-alluminio | Cu, Al, Ni, Fe | 7.58 | 0.274 |
| C65500 | Bronzo A ad alto contenuto di silicio | Cu, Si, Mn | 8.53 | 0.308 |
| C86300 | Bronzo al manganese | Cu, Zn, Mn, Al, Fe | 7.60 | 0.275 |
| C90700 | Bronzo di stagno | Cu, Sn | 8.78 | 0.317 |
| C93200 | Bronzo al piombo e stagno | Cu, Sn, Pb, Zn | 8.91 | 0.322 |
| C95400 | Bronzo alluminio | Cu, Al, Fe, Ni | 7.50 | 0.271 |
Come calcolare la densità del bronzo?
Il bronzo è una delle prime leghe metalliche sviluppate dall'uomo. È una lega di rame, solitamente con stagno come additivo principale. Tuttavia, le leghe di bronzo possono includere altri elementi, come fosforo, manganese, alluminio o zinco, per migliorare proprietà specifiche come resistenza, durezza o resistenza alla corrosione. L'aggiunta di questi diversi elementi è la ragione della variazione di densità del bronzo. Pensatelo come un frullato: l'aggiunta di ingredienti pesanti come proteine in polvere lo renderà più denso rispetto alla semplice aggiunta di frutta leggera. Allo stesso modo, l'aggiunta di elementi più pesanti come il piombo alla base di rame si traduce in un bronzo più denso, mentre elementi più leggeri come alluminio o silicio ne ridurranno la densità.
Come sappiamo, la formula generale per la densità è: ρ = m / Vdove ρ è la densità, m è la massa e V è il volume.
Per una lega multicomponente come il bronzo, la densità apparente può essere approssimata dalla regola delle miscele, ipotizzando una soluzione solida perfetta senza variazioni di volume significative durante la miscelazione:
dove wi è la frazione di massa e ρi è la densità dell'i-esimo elemento costituente. Sebbene ciò fornisca una base teorica, la densità effettiva misurata è influenzata dalla microstruttura risultante, comprese le distribuzioni di fase e il potenziale di porosità.
I principali fattori che determinano la densità di una lega di bronzo sono le masse atomiche e i raggi atomici dei suoi elementi costitutivi. Il rame, il metallo base, ha una densità di 8.96 g/cm³.
Aggiunta di elementi più pesanti. Elementi con massa atomica maggiore del rame, come lo stagno (Sn,ρ≈7.31 g/cm³) e in particolare il piombo (Pb,ρ=11.34 g/cm³), moduleranno la densità finale. Sebbene lo stagno sia meno denso del rame, la sua combinazione nel reticolo e la tipica inclusione di altri elementi spesso danno luogo a una lega densa. Il piombo, essendo significativamente più denso, aumenta notevolmente il peso specifico della lega.
Aggiunta di elementi più leggeri. Gli elementi con massa atomica inferiore, in particolare l'alluminio (Al, ρ=2.70 g/cm³) e il silicio (Si, ρ=2.33 g/cm³), diminuiranno sostanzialmente la densità della lega di bronzo risultante.
Conclusione
La densità del bronzo è una proprietà variabile, direttamente correlata al tipo e alla percentuale degli elementi di lega e influenzata dal metodo di fabbricazione. Varia da circa 7.5 g/cm³ per le leghe ricche di alluminio a oltre 8.9 g/cm³ per i bronzi allo stagno ad alto contenuto di piombo. Per gli ingegneri, la densità non è semplicemente una costante fisica, ma un parametro di progettazione chiave che influisce sulle proprietà di massa e sui requisiti strutturali. Una conoscenza approfondita di questa proprietà è indispensabile per ottenere prodotti di alta qualità. lavorazione CNC del bronzo.
