Metallien painokaava: teräs, alumiini, ruostumaton profiilin mukaan
Paino määrää kuljetuskustannukset, nostosuunnittelun ja materiaalibudjetin. Yksi kaava kattaa jokaisen metalliprofiilin — tarvitset vain tiheyden.
Miksi paino tulee ensin
Terästä myydään painon mukaan, nosturit luokitellaan tonneina ja kuorma-autoilla on lailliset kuormitusrajat — ennen kuin mikään liikkuu, joku kertoo tilavuuden tiheydellä. 30% väärä luku ei ole pyöristysvirhe: se on kuorma-auto, joka ei pääse pihasta, tai palkki, jota ei voi nostaa.
Kaava
Paino = poikkileikkauksen pinta-ala × pituus × tiheys. Pyöreällä tangolla pinta-ala on π × r²; putkella ulkoympyrä miinus sisäympyrä (π/4 × (OD² − ID²)); levylle ja pellille yksinkertaisesti pituus × leveys × paksuus. Käytä metrejä ja kg/m³ tai tuumaa ja lb/in³ — älä koskaan sekoita näitä kahta samassa laskussa.
Metallien tiheystaulukko (kg/m3)
Teräs on vertailukohta: 7,850 kg/m3:ssä yksi kuutiometri rakenneterästä painaa 7.85 tonnia. Alumiini 2,700 kg/m3:na painaa noin kolmanneksen siitä, kupari 8,960 kg/m3:na painaa hieman enemmän kuin teräs, ja lyijy 11,340 kg/m3:na on tämän listan raskain metalli. Kokonainen taulukko alapuolella luettelee ne kymmenen metallia, jotka Metallin painolaskuri-laskurimme kattaa, sekä metrisinä että imperiaalisina yksiköinä.
| Metalli | kg/m3 | g/cm3 | lb/ft3 | vs. teräs |
|---|---|---|---|---|
| Rakenneteräs | 7,850 | 7.85 | 490 | 1.00 |
| Ruostumaton teräs | 8,000 | 8.00 | 500 | 1.02 |
| Alumiini | 2,700 | 2.70 | 169 | 0.34 |
| Kupari | 8,960 | 8.96 | 559 | 1.14 |
| Messinki | 8,500 | 8.50 | 531 | 1.08 |
| Pronssi | 8,800 | 8.80 | 549 | 1.12 |
| Valurauta | 7,200 | 7.20 | 449 | 0.92 |
| Sinkki | 7,135 | 7.14 | 445 | 0.91 |
| Titaani | 4,500 | 4.50 | 281 | 0.57 |
| Lyijy | 11,340 | 11.34 | 708 | 1.44 |
Mikä metalli on painavin? Entä kevyin?
Lyijy (11,340 kg/m3) on selvästi painavin yleisistä konetekniikan metalleista — 44% tiheämpi kuin teräs ja yli neljä kertaa tiheämpi kuin titaani. Eksoottiset metallit sivusta jättäen alumiini (2,700 kg/m3) on kevyin metalli, jota työstät tai hitsaat säännöllisesti. Teräksen ja alumiinin painosuhde on suunnilleen 2.9:1, joten alumiiniksi uudelleensuunniteltu teräskappale menettää noin kaksi kolmasosaa painostaan — täsmälleen siksi auto- ja ilmailuteollisuus maksaa alumiinin ylihinnan.
Teräs vs. ruostumaton teräs vs. valurauta
Ruostumaton teräs (8,000 kg/m3) on vain noin 2% tiheämpi kuin rakenneteräs (7,850 kg/m3) — korroosionkesto ei makso lähes mitään painossa. Valurauta on 7,200 kg/m3:lla itse asiassa kevyempi kuin teräs tilavuusyksikköä kohti grafiittipitoisuutensa ansiosta, mutta samanmuotoinen valurautakappale päättyy käytännössä usein raskaammaksi, sillä materiaali tarvitsee paksummat poikkileikkaukset saavuttaakseen saman lujuuden.
Kupari, messinki ja pronssi
Kupari (8,960 kg/m3) on tiheämpi kuin teräs, mikä yllättää monet. Sen kaksi yleistä seosta sijoittuvat vain hieman sen alle: messinki 8,500 kg/m3 ja pronssi 8,800 kg/m3. Kun messinkikappale tuntuu kevyemmältä kuin teräskappale, kyse on muotoilusta, ei fysiikasta — kappale on yksinkertaisesti tehty ohuemmaksi, sillä materiaali itsessään on tilavuusyksikköä kohti raskaampaa.
Paino per metri: pikahakutaulu
Tiheys muuttuu käytännölliseksi, kun se kerrotaan poikkileikkauksella. 20 mm:n pyörtangolla on 314 mm2:n poikkileikkaus, joten yksi metri sitä painaa 2.47 kg teräksenä, 2.51 kg ruostumattomana teräksenä, 2.81 kg kuparina, 0.85 kg alumiinina ja 3.56 kg lyijynä. Kymmenen metriä kyseistä tankoa teräksenä on 24.7 kg — riittävästi nostojen ja toimitusten suunnitteluun. Metallin painolaskuri-laskuri laskee minkä tahansa halkaisijan, seinämäpaksuuden ja materiaalin yhdistelmän hetkessä.
Nopeat suuruusluokan tarkistukset
Yksi metri 50 mm:n massiivista terästankoa painaa π × 0.025² × 7,850 ≈ 15.4 kg. 2 × 1 m levy 3 mm:n teräslevystä: 2 × 1 × 0.003 × 7,850 ≈ 47 kg. Jos lukusi on kaukana tällaisesta käsiarviosta, ongelma on yleensä yksiköissä — ei metallissa.
Tiheyden hyödyntäminen materiaalikustannuspäätöksissä
Kerro tiheys tilavuudella painon saamiseksi ja paino kilohinnalla vertaillaksesi todellista materiaalikustannusta — pelkkä tiheys kertoo vain puolet tarinasta. Alumiini voi olla kilohinnaltaan kaksinkertaisenakin halvempi per kappale, kun 2.9:1 painosuhde otetaan mukaan. Aja molemmat vaihtoehdot Metallin painolaskuri-laskurin läpi ja vertaa kokonaispainoja ennen tilausta; Teräksen painotaulukko: pyörtangon, neliöputken, lankun ja pyöreän putken kg/m listaa painot per metri vakiomittoisille tankoille, neliöputkille ja pyöreille putkille.
Ohita käsikirjan aritmetiikka
Metallin painolaskuri laskee painon tankoja, putkia, levyjä, tasolistoja ja profiileja varten metrisinä tai imperiaalisina yksiköinä kaikille yleisille metalleille ja antaa yhteissummat, joita tarvitset tilaukseen ja kuljetukseen.