La masse volumique de l’aluminium solide à température ambiante est d’environ 2,70 g/cm³. Cela équivaut à 2 700 kg/m³, 0,0975 lb/in³ ou 168,6 lb/ft³. La Royal Society of Chemistry indique 2,70 g/cm³ pour l’élément à température ambiante.
Utilisez 2,70 g/cm³ pour une première estimation du poids lorsque la nuance est inconnue. Utilisez une valeur propre à l’alliage pour un plan validé, un plan d’expédition ou une conception où la masse est critique. Les nuances courantes sélectionnées ci-dessous vont de 2,66 à 2,81 g/cm³.
La masse volumique n’est qu’une donnée d’entrée. À elle seule, elle ne permet ni d’identifier avec certitude une nuance d’alliage ni de prévoir la résistance. La masse finale dépend aussi de la géométrie nette, des cavités, des revêtements, des inserts et de la porosité liée au procédé.
Référence rapide de la masse volumique de l’aluminium
| Unité | Valeur type de l’aluminium solide à température ambiante |
|---|---|
| g/cm³ | 2.70 |
| kg/m³ | 2,700 |
| kg/L | 2.70 |
| g/mm³ | 0.00270 |
| lb/in³ | 0.0975 |
| lb/ft³ | 168.6 |
Ces valeurs sont des conversions d’une même valeur de base arrondie. Il ne s’agit pas de mesures distinctes.
La masse volumique et la densité relative sont liées, mais ce ne sont pas la même grandeur. La masse volumique possède des unités. La densité relative est un rapport sans dimension par rapport à un fluide de référence, généralement l’eau. Dans les conditions de référence courantes, la densité relative nominale de l’aluminium est d’environ 2,7.
Attention à l’unité cubique. L’aluminium a une masse volumique de 2 700 kg/m³, et non de 2,70 kg/m³. Omettre un facteur 1 000 entraîne une erreur de masse importante.
Pourquoi les sources indiquent-elles 2,6989, 2,70, 2,71 ou 2,712 g/cm³ ?
Les chiffres peuvent différer sans qu’il y ait de véritable contradiction. Vérifiez d’abord le matériau et l’état auxquels la source fait référence.
La page de composition NIST STAR indique 2,69890 g/cm³ pour l’aluminium élémentaire. Arrondie à trois chiffres significatifs, cette valeur devient 2,70 g/cm³. De nombreuses références techniques utilisent ce chiffre pratique.
Une valeur de 2,71 g/cm³ peut correspondre à une nuance de pureté commerciale, à un tableau particulier ou à un arrondi différent. Par exemple, le tableau des alliages ci-dessous indique 2,71 g/cm³ pour l’aluminium 1100. Une valeur générique de 2,712 g/cm³ ne doit pas être appliquée automatiquement à tous les alliages d’aluminium.
Quatre éléments expliquent la plupart des différences :
- Périmètre du matériau : l’aluminium élémentaire, l’aluminium de pureté commerciale et un alliage ne sont pas identiques.
- Composition de l’alliage : les nuances riches en magnésium peuvent être inférieures à 2,70 g/cm³. Les nuances contenant du cuivre ou du zinc sont souvent supérieures.
- Température et état : la dilatation thermique modifie le volume, et l’état du matériau peut faire varier une valeur précise.
- Arrondi : 2,69890, 2,699 et 2,70 peuvent correspondre à la même valeur source exprimée avec une précision différente.
Pour une estimation, adaptez le nombre de chiffres significatifs à la qualité des données d’entrée. Une masse volumique à six décimales n’améliore pas une estimation de masse fondée sur des dimensions approximatives.
Masse volumique des alliages d’aluminium courants
Les valeurs ci-dessous proviennent du tableau 7 du chapitre de l’ASM Handbook consacré aux produits corroyés en aluminium, hébergé par le NIST. Il s’agit de masses volumiques nominales à l’état recuit, ou état O.
| Alliage corroyé | Masse volumique nominale (g/cm³) | Masse volumique nominale (kg/m³) | Interprétation pratique |
|---|---|---|---|
| 1050 | 2.705 | 2,705 | Pureté commerciale ; proche de l’aluminium élémentaire |
| 1100 | 2.71 | 2,710 | Nuance polyvalente de pureté commerciale |
| 2024 | 2.78 | 2,780 | Alliage contenant du cuivre ; valeur supérieure aux séries 6xxx |
| 3003 | 2.73 | 2,730 | Alliage de tôle contenant du manganèse |
| 5052 | 2.68 | 2,680 | Alliage de tôle contenant du magnésium |
| 5083 | 2.66 | 2,660 | Alliage marin à teneur plus élevée en magnésium |
| 6061 | 2.70 | 2,700 | Alliage courant pour structures et usinage |
| 6063 | 2.70 | 2,700 | Alliage d’extrusion courant pour l’architecture |
| 7075 | 2.81 | 2,810 | Alliage haute résistance contenant du zinc et du cuivre |
Le tableau montre également pourquoi la masse volumique ne permet pas d’identifier chaque nuance. Les alliages 6061 et 6063 sont tous deux donnés à 2,70 g/cm³. Leurs véritables différences de conception concernent la composition, l’état métallurgique, la résistance, le comportement à l’extrusion, la finition et d’autres propriétés.
La masse volumique permet rarement de trancher entre 5052 et 6061. Leurs valeurs nominales diffèrent de moins de 1 %. La forme du produit et le procédé de fabrication sont généralement plus déterminants, comme l’explique ce guide de sélection 5052 ou 6061.
Effet de la composition et de la température sur la masse volumique de l’aluminium
L’addition d’éléments d’alliage modifie à la fois la masse et l’organisation atomique dans un volume donné. L’effet dépend de la composition complète et de l’état des phases. Il n’est pas exact d’additionner les masses volumiques élémentaires à l’aide d’une simple moyenne arithmétique.
La tendance reste utile pour s’orienter. Les nuances 5xxx du tableau se situent entre 2,66 et 2,68 g/cm³. La nuance 2024 contenant du cuivre est à 2,78 g/cm³, tandis que la 7075 est à 2,81 g/cm³. Utilisez la valeur de la nuance réelle plutôt qu’une hypothèse fondée sur la série.
La température modifie la masse volumique par dilatation thermique. Lorsque l’aluminium chauffe, son volume augmente alors que sa masse reste constante. Sa masse volumique diminue donc. Cette variation est faible dans la plage habituelle de température ambiante, mais elle compte en métrologie de précision et dans les procédés à haute température.
La valeur à température ambiante ne s’applique pas non plus à l’aluminium liquide. La masse volumique du liquide dépend de l’alliage et de la température du bain. Les calculs de fonderie doivent utiliser des données correspondant à l’état réel du métal fondu, et non 2,70 g/cm³ par défaut.
Le traitement thermique peut modifier la répartition des phases et une valeur précise de masse volumique. Pour une planification courante du poids, la valeur nominale de l’alliage est généralement suffisante. Pour une mesure contrôlée, faites correspondre la source à l’alliage, à l’état métallurgique, à la température et à l’état du produit.
Comment calculer le poids d’une pièce en aluminium
Utilisez la relation :
Masse = masse volumique × volume
Conservez des unités cohérentes. Si la masse volumique est en g/cm³, le volume doit être en cm³ et le résultat sera en grammes. Si elle est en kg/m³, le volume doit être en m³ et le résultat sera en kilogrammes.
Formules de volume courantes :
- Plaque ou barre rectangulaire : longueur × largeur × épaisseur
- Barre ronde : π × diamètre² ÷ 4 × longueur
- Tube : π × (diamètre extérieur² – diamètre intérieur²) ÷ 4 × longueur
- Pièce usinée complexe : utiliser le volume solide net issu d’un modèle CAO vérifié
Exemple de calcul : plaque en aluminium 6061
Supposons qu’une plaque rectangulaire mesure 500 mm × 300 mm × 10 mm.
- Volume = 500 × 300 × 10 = 1 500 000 mm³.
- Conversion du volume : 1 500 000 mm³ = 1 500 cm³.
- Utiliser la masse volumique nominale du 6061 : 2,70 g/cm³.
- Masse = 1 500 × 2,70 = 4 050 g = 4,05 kg.
Le résultat de 4,05 kg correspond au volume rectangulaire non usiné. Les trous, poches, rainures et chanfreins le réduisent. Les inserts et revêtements ajoutent de la masse. L’estimation d’une pièce finie doit utiliser le volume CAO net et modéliser séparément les éléments qui ne sont pas en aluminium.
Avant d’accepter une masse calculée par CAO, vérifiez quatre points :
- Le matériau affecté correspond à l’alliage spécifié.
- Le modèle utilise la géométrie finale, et non l’encombrement du brut.
- Les cavités, filetages et fonctions répétées éventuellement masqués sont présents.
- Le système d’unités de la CAO correspond à l’unité de masse volumique.
Pour la logistique, distinguez également la masse nette de la pièce de celle de l’emballage, des palettes, des résidus de fluide de coupe et du calage.
Comparaison de l’aluminium avec d’autres métaux
Ce tableau utilise des valeurs types à température ambiante pour une présélection. Les nuances exactes varient.
Les valeurs des éléments utilisent les données à température ambiante de la RSC pour le magnésium, l’aluminium, le titaneet le cuivre. Les valeurs des aciers sont des valeurs générales de présélection provenant de tableaux courants de masses volumiques techniques, car les deux lignes couvrent des familles d’alliages.
| Matériau | Masse volumique type (g/cm³) | Masse par rapport à un même volume d’aluminium |
|---|---|---|
| Magnésium | 1.74 | 0.64× |
| Aluminium | 2.70 | 1.00× |
| Titane | 4.51 | 1.67× |
| Acier au carbone | 7.85 | 2.91× |
| Acier inoxydable | 7.5-8.0 | 2.78-2.96× |
| Cuivre | 8.96 | 3.32× |
À volume égal, un objet en aluminium représente environ 34 % de la masse d’un objet type en acier au carbone. Cela confirme la comparaison courante « environ un tiers ».
Un volume égal ne signifie pas une fonction égale. Un remplacement par l’aluminium peut nécessiter une paroi, une nervure, une section ou un assemblage différent. Avant de changer de matériau, comparez la rigidité, la résistance, la fatigue, la corrosion, la température, le procédé et le coût. La masse volumique seule ne permet pas de déterminer l’allègement final. Consultez le guide distinct sur la résistance à la traction de l’aluminium pour comprendre la limite liée à cette propriété.
Comment mesurer la masse volumique d’une pièce en aluminium irrégulière
Pour une pièce pleine de géométrie complexe, la méthode d’Archimède évite un calcul manuel du volume. La procédure du gouvernement du Canada consiste à peser l’objet dans l’air, puis de nouveau lorsqu’il est suspendu dans l’eau.
Utilisez cette équation :
Masse volumique de l’objet = masse dans l’air ÷ (masse dans l’air – masse apparente dans l’eau) × masse volumique de l’eau
À 20 °C, la procédure utilise une masse volumique de l’eau de 0,998 g/cm³. Un échantillon pèse 110,18 g dans l’air et 69,45 g dans l’eau. La masse volumique calculée est d’environ 2,70 g/cm³.
Pour obtenir un contrôle utile :
- Nettoyez et séchez l’échantillon, puis relevez sa masse dans l’air.
- Immergez-le complètement sans qu’il touche le récipient.
- Éliminez les bulles d’air visibles sur l’échantillon et le fil de suspension.
- Relevez la température de l’eau et la masse apparente en immersion.
- Répétez la mesure et indiquez la méthode ainsi que la précision.
Les revêtements, les sections creuses, l’air emprisonné et les pores ouverts peuvent rendre une interprétation simple invalide. L’eau qui pénètre dans des pores communiquant avec la surface peut faire paraître le volume déplacé trop faible. La masse volumique calculée paraît alors trop élevée.
Une étude du NIST sur la mesure de la porosité en fabrication additive métallique décrit ce mécanisme d’infiltration dans des échantillons métalliques poreux. Le matériau étudié était du cobalt-chrome, et non de l’aluminium. L’élément transférable est la précaution de mesure, pas les résultats numériques.
Quand une estimation de masse devient une question de fabrication
Pour une cible de masse stricte, définissez d’abord l’alliage, l’état métallurgique, le volume net, le revêtement, les inserts et les conditions d’acceptation. Faites de même lorsque la masse mesurée ne correspond pas à la CAO. Ensuite, envoyez le plan et les exigences à Zheng Ji Aluminum pour une analyse de fabrication ciblée.
Questions fréquentes
Quelle masse volumique utiliser pour l’aluminium 6061-T6 ?
Utilisez 2,70 g/cm³ ou 2 700 kg/m³ pour une estimation de masse technique courante. Le tableau cité du manuel indique 2,70 g/cm³ pour le 6061 à l’état O. Si la masse volumique est une exigence contrôlée, utilisez la fiche technique du fournisseur correspondant à l’état concerné.
Quelle est la masse volumique de l’aluminium 7075 ?
Le manuel cité donne une valeur nominale de 2,81 g/cm³, soit 2 810 kg/m³. À volume égal, elle est environ 4 % supérieure à celle du 6061.
L’aluminium fondu a-t-il aussi une masse volumique de 2,70 g/cm³ ?
Non. La fusion et l’élévation supplémentaire de température augmentent le volume ; l’aluminium liquide est donc moins dense que le solide à température ambiante. Pour les calculs de métal fondu, utilisez des données de fonderie propres à l’alliage et à la température.
Pourquoi la masse calculée diffère-t-elle de la valeur indiquée par la balance ?
Les causes courantes sont une valeur d’alliage incorrecte, de mauvaises unités CAO, des trous omis ou la masse des revêtements et inserts. Un usinage incomplet, du liquide emprisonné, une erreur de balance et la porosité peuvent également intervenir. Vérifiez la géométrie et l’état de la pièce avant d’attribuer l’écart au matériau.
