Плотность нержавеющей стали
Плотность вещества вычисляется путем деления массы объекта на его объем. Такие вычисления для всех известных человеку веществ уже сделаны, и метрологические службы периодически повторяют и уточняют эти измерения. На практике перед людьми встает другая практическая задача: зная материал, из которого изготовлено изделие, определить его массу.
Плотность вещества также называют удельной массой (или, в быту, удельным весом) — т. е. массой сплошного физического тела изготовленного из данного вещества и имеющего единичный объем.
Нержавеющая сталь
Следует отметить, что, используя термин «масса», в 99% случаев люди имеют дело с весом — силой притяжения физического тела к Земле. Дело в том, что для определения массы тела в строгом физическом смысле требуется сложное оборудование, доступное лишь в крупнейших научных центрах. Для практического применения в большинстве случаев достаточно обычных, более или менее точных весов, использующих гравитацию Земли и пружины, либо рычаги и стандартные гири, либо пьезоэлементы.
На практике, чтобы рассчитать вес погонного или квадратного метра металлопроката используют удельную массу, или плотность материала, из которого он изготовлен. В справочниках по сортаменту металлопроката среди основных характеристик каждого сорта обязательно указывается масса погонного или квадратного метра и значение плотности, использованное при вычислениях.
Однако нужно понимать, что данные в справочнике рассчитываются на основании стандартной плотности стали, чаще всего это 7,85 т/м3. В то же время фактическая плотность стали конкретной марки зависит от состава и удельного количества присадок и может колебаться от 7,6 до 8,8 т/м3.
Это может дать погрешность до 10% в большую или в меньшую сторону для изделия, сделанного из очень легкого или, наоборот, очень тяжелого сплаваю. Для малого количества металла разница будет мала, и ею можно будет пренебречь. Однако для сложных изделий, использующих большие объемы металла, потребуются более точные расчеты.
https://youtube.com/watch?v=eN9Y_AqExdI
Масса понадобится при формировании заявки на закупку металла. На основе плотности данного сплава делают корректировку справочных значений массы одного погонного или квадратного метра, и далее в расчетах используют уже уточненное значение.
Удельный вес металла. Таблица плотности металлов и сплавов
Все металлы обладают определенными физико-механическими свойствами, которые, собственно говоря, и определяют их удельный вес. Чтобы определить, насколько тот или иной сплав черной или нержавеющий стали подходит для производства рассчитывается удельный вес металлопроката.
Все металлические изделия, имеющие одинаковый объем, но произведенные из различных металлов, к примеру, из железа, латуни или алюминия, имеют различную массу, которая находится в прямой зависимости от его объема. Иными словами, отношение объема сплава к его массе – удельная плотность (кг/м3), является постоянной величиной, которая будет характерной для данного вещества.
Плотность сплава рассчитывается по специальной формуле и имеет прямое отношение к расчету удельного веса металла.
В таблице даны плотности металлов цветных и черного железа.
Таблица разделена на группы металлов и сплавов, где под каждым наименованием обозначена марка по ГОСТ и соответствующая ей плотность в г/см3 в зависимости от температуры плавления.
Для определения физического значения удельной плотности в кг/м3 нужно табличную величину в г/см3 умножить на 1000. Например, так можно узнать какова плотность железа – 7850 кг/м3.
Наиболее типичным черным металлом является железо. Значение плотности – 7,85 г/см3 можно считать удельным весом черного металла на основе железа.
− легкие – магний, алюминий;
− благородные металлы (драгоценные) – платина, золото, серебро и полублагородная медь;
− легкоплавкие металлы – цинк, олово, свинец.
| Наименование металла, обозначение | Атомный вес | Температура плавления, °C | Удельный вес, г/куб.см |
| Цинк Zn (Zinc) | 65,37 | 419,5 | 7,13 |
| Алюминий Al (Aluminium) | 26,9815 | 659 | 2,69808 |
| Свинец Pb (Lead) | 207,19 | 327,4 | 11,337 |
| Олово Sn (Tin) | 118,69 | 231,9 | 7,29 |
| Медь Cu (Сopper) | 63,54 | 1083 | 8,96 |
| Титан Ti (Titanium) | 47,90 | 1668 | 4,505 |
| Никель Ni (Nickel) | 58,71 | 1455 | 8,91 |
| Магний Mg (Magnesium) | 24 | 650 | 1,74 |
| Ванадий V (Vanadium) | 6 | 1900 | 6,11 |
| Вольфрам W (Wolframium) | 184 | 3422 | 19,3 |
| Хром Cr (Chromium) | 51,996 | 1765 | 7,19 |
| Молибден Mo (Molybdaenum) | 92 | 2622 | 10,22 |
| Серебро Ag (Argentum) | 107,9 | 1000 | 10,5 |
| Тантал Ta (Tantal) | 180 | 3269 | 16,65 |
| Железо Fe (Iron) | 55,85 | 1535 | 7,85 |
| Золото Au (Aurum) | 197 | 1095 | 19,32 |
| Платина Pt (Platina) | 194,8 | 1760 | 21,45 |
Таблица удельного веса сплавов металлов
Удельный вес металлов определяют чаще всего в лабораторных условиях, но в чистом виде они весьма редко применяются в строительстве. Значительно чаще находится применение сплавам цветных металлов и сплавам черных металлов, которые по удельному весу подразделяют на легкие и тяжелые.
Легкие сплавы активно используются современной промышленностью, из-за их высокой прочности и хороших высокотемпературных механических свойств. Основными металлами подобных сплавов выступают титан, алюминий, магний и бериллий. Но сплавы, созданные на основе магния и алюминия, не могут использоваться в агрессивных средах и в условиях высокой температуры.
В основе тяжелых сплавов лежит медь, олово, цинк, свинец. Среди тяжелых сплавов во многих сферах промышленности применяют бронзу (сплав меди с алюминием, сплав меди с оловом, марганцем или железом) и латунь (сплав цинка и меди). Из этих марок сплавов производятся архитектурные детали и санитарно-техническая арматура.
Ниже в справочной таблице приведены основные качественные характеристики и удельный вес наиболее распространенных сплавов металлов. В перечне представлены данные по плотности основных сплавов металлов при температуре среды 20°C.
| Список сплавов металлов | Плотность сплавов(кг/м3) |
| Адмиралтейская латунь – Admiralty Brass (30% цинка, и 1% олова) | 8525 |
| Алюминиевая бронза – Aluminum Bronze (3-10% алюминия) | 7700 – 8700 |
| Баббит – Antifriction metal | 9130 -10600 |
| Бериллиевая бронза (бериллиевая медь) – Beryllium Copper | 8100 – 8250 |
| Дельта металл – Delta metal | 8600 |
| Желтая латунь – Yellow Brass | 8470 |
| Фосфористые бронзы – Bronze – phosphorous | 8780 – 8920 |
| Обычные бронзы – Bronze (8-14% Sn) | 7400 – 8900 |
| Инконель – Inconel | 8497 |
| Инкалой – Incoloy | 8027 |
| Ковкий чугун – Wrought Iron | 7750 |
| Красная латунь (мало цинка) – Red Brass | 8746 |
| Латунь, литье – Brass – casting | 8400 – 8700 |
| Латунь, прокат – Brass – rolled and drawn | 8430 – 8730 |
Технические показатели сплавов металлов
Наиболее распространенными сплавами на основе меди считаются латунь и бронза. Их состав формируется также из других элементов:
Все сплавы различаются между собой структурой. Наличие олова в составе позволяет делать бронзовые сплавы отменного качества. В более дешевые сплавы входит никель либо цинк. Производимые материалы на основе Cuprum обладают следующими характеристиками:
- высокая пластичность и износостойкость;
- электропроводность;
- устойчивость к агрессивной среде;
- низкий коэффициент трения.
Сплавы на основе меди находят широкое применение в промышленном производстве. Из них производят посуду, ювелирные украшения, электропровода и системы отопления. Материалы с Cuprum часто используют для декорирования фасадной части домов, изготовления композиций. Высокая устойчивость и пластичность являются основными качествами для применения материала.
Плотность материала – это физическая величина определяющая отношения массы материала к занимаемому объему. Единицей измерения плотности в системе СИ принята размерность кг/м 3 .
Величины усредненные, не являются эталонными, величины указанных плотностей варьируются от среды и условий измерения.
Одним из наиболее распространенных цветных металлов, используемых в промышленности, является медь, ее название на латинском Cuprum, в честь острова Кипра, где ее добывали греки много тысяч лет назад. Это один из семи металлов, которые были известны еще в глубокой древности, из него делали украшения, посуду, деньги, орудия. Историками даже назван период (с IV по III тысячелетие до нашей эры) Медным Веком. Д. И. Менделеев поставил этот металл на 29-е место в своей таблице, после водорода, поскольку медь не вытесняет его из кислотной среды. Медь — цветной металл, который имеет уникальные физические, механический, химические свойства. Плотность меди в кг м³ является одной из важнейших характеристик, с ее помощью определяется вес будущего изделия.
Сколько весит куб стали
Главная
>
с
>
Масса 1 кубического метра (1 м3, куба, кубометра) стали (нержавеющие, кислотоупорные, окалиностойкие и жаропрочные):
| Сталь никельхромовая |
ЭИ 418
8510
Сталь хромомарганцовоникелевая
Х13Н4Г9 (ЭИ100)
8500
Сталь хромистая
1Х13 (ЭЖ1)
7750
2Х13 (ЭЖ2)
7700
3Х13 (ЭЖ3)
7700
4Х14 (ЭЖ4)
7700
Х17 (ЭЖ17)
7700
Х18 (ЭИ229)
7750
Х25 (ЭИ181)
7550
Х27 (Ж27)
7550
Х28 (ЭЖ27)
7550
Сталь хромоникелевая
0Х18Н9 (ЭЯ0)
7850
1Х18Н9 (ЭЯ1)
7850
2Х18Н9 (ЭЯ2)
7850
Х17Н2 (ЭИ268)
7750
ЭИ307
7700
ЭИ334
8400
Х23Н18(ЭИ417)
7900
Сталь хромокремнемолибденовая
ЭИ107
7620
Сталь хромоникельвольфрамовая
ЭИ69
8000
Сталь хромоникельвольфрамовая с кремнием
ЭИ240
8000
Х25Н20С2 (ЭИ283)
7700
Сталь хромоникелькремнистая
ЭИ72
8000
Сталь хромоникельмолибденовая
ЭИ400
7900
Сталь хромоникельмолибденотитановая
ЭИ432
7950
Сталь хромоникелениобиевая
Х18Н11Б (ЭИ398 и ЭИ402)
7900
Я1НБ
7850-7950
Сталь хромоникелетитановая
1Х18Н9Т (ЭЯ1Т)
8000
Сталь хромомарганцовоникелевая
Х13НЧГ9 (ЭИ100)
8500
Сталь прочая особая
ЭИ401
7900
ЭИ418
8510
ЭИ434
8130
ЭИ435
8510
ЭИ437
8200
ЭИ415
7850
Масса 1 кубического метра (1 м3, куба, кубометра) стали (углеродистая, легированная):
| Сталь высокоуглеродистая |
70 (ВС, ОВС)
7850
Сталь среднеуглеродистая
45
7850
Сталь малоуглеродистая
10, 10А
7850
20, 20А
7850
Сталь малоуглеродистая электро-техническая (железо типа Армко)
А, Э, ЭА, ЭАА
7800
Сталь среднеуглеродистая для фасонного литья
Л45 (45-5516)
7850
Сталь для фасонных отливок
Л35ХГСА
7750
Сталь низкомарганцовистая для фасонных отливок
Л40Г2
7800
Сталь никелевая
13Н5А
7800
Сталь хромистая
15ХА
7740
Сталь хромоалюминиевомолибденовая азотируемая
38ХМЮА
7650
Сталь хромомарганцовокремнистая
25ХГСА
7850
30ХГСА
7850
Сталь хромованадиевая
20ХН3А
7850
40ХФА
7800
50ХФА
7800
Сталь хромоникельмолибденовая
40ХНМА
7850
Сталь хромоникельмолибденовая (вольфрамовая)
18ХНВА (18ХНМА)
7850
Сталь хромоникельвольфрамовая
25ХНВА
7850
Сталь хромоникельмолибденовая
ЭИ355
7800
Сталь хромомолибденовая
35ХМФА
7800
Это интересно: Температура плавления нержавеющей стали и чугуна (видео)
Что это — плотность металлов, как она определяется? Расчет плотности для осмия
Плотность является важной физической величиной для любого агрегатного состояния материи. В данной статье рассмотрим вопрос, что это — плотность металлов, приведем таблицу этого параметра для химических элементов и расскажем о самом плотном металле на Земле
О какой физической характеристике пойдет речь?
Плотность представляет собой величину, которая характеризует количество вещества, находящегося в известном объеме. Согласно этому определению, ее можно математически вычислить так:
ρ = m/V.
Обозначают эту величину греческой буквой ρ (ро).
Плотность является универсальной характеристикой, поскольку по ней можно сравнивать разные материалы. Этот факт можно использовать для их идентификации, что и сделал греческий философ Архимед, согласно легенде (он смог установить подделку золотой короны, измерив величину ρ для нее).
Этот параметр для конкретного материала зависит от двух основных факторов:
- от массы составляющих вещество атомов и молекул;
- от средних межатомных и межмолекулярных расстояний.
Например, любой из переходных металлов (золото, железо, ванадий, вольфрам) имеет большую плотность, чем любой углеродный материал, поскольку масса атома последнего в десятки раз меньше. Другой пример. Графит и алмаз — это две углеродные структуры. Второй является более плотным, поскольку межатомные расстояния в его решетке меньше.
Плотность металлов
Это самая многочисленная группа периодической таблицы Менделеева. Металлом является любое вещество, которое обладает высокой тепло- и электропроводностью, характерным блеском поверхности при ее полировке, способностью к пластической деформации.
Такой химический элемент обладает низкой электроотрицательностью в сравнении с такими веществами, как азот, кислород и углерод. Этот факт приводит к тому, что в объемных структурах атомы металла образуют друг с другом металлическую связь. Она представляет собой электрическое взаимодействие между положительно заряженными ионными основаниями и отрицательным электронным газом.
Атомы металлов в пространстве располагаются в виде упорядоченной структуры, которая называется кристаллической решеткой. Существует всего три их типа:
- кубическая;
- ОЦК (объемно-центрированная кубическая);
- ГПУ (гексагональная плотноупакованная);
- ГЦК (гранецентрированная кубическая).
Плотность металлов — это физическая величина, которая зависит от типа кристаллической решетки. Ниже приводится таблица этого параметра для всех химических элементов в г/см3, которые при нормальных условиях находятся в твердом состоянии.
Из таблицы следует, что плотность металлов — это изменяющаяся в широких пределах величина. Так, самым слабым является литий, который при одинаковых объемах в два раза легче воды. Плотность редкого металла осмия является самой большой в природе. Она составляет 22,59 г/см3.
Плотность металлов — это характеристика, которую можно определить двумя принципиально разными способами:
- экспериментальным;
- теоретическим.
Экспериментальные методы бывают следующего вида:
- Непосредственные измерения веса тела и его объема. Последний легко вычислить, если известны геометрические параметры тела, а его форма является идеальной, например, призмой, пирамидой или шаром.
- Гидростатические измерения. В этом случае используются специальные весы, изобретенные еще Галилеем в XVI веке. Принцип их действия достаточно прост: сначала взвешивают тело неизвестной плотности в воздухе, а затем — в жидкости (воде). После этого по простой формуле вычисляют искомую величину.
Что касается теоретического способа определения плотности металлов — это достаточно простой метод, который требует знания типа кристаллической решетки, межатомного расстояния в ней и массы атома. Далее покажем на примере осмия, как этот метод применяют.
Плотность редкого металла осмия
Он содержится в незначительных количествах на нашей планете. Чаще всего его встречают в виде сплавов с иридием и платиной, а также в форме оксидов. Осмий обладает ГПУ решеткой с параметрами a = 2,7343 и c = 4,32 ангстрема. Масса одного атома составляет в среднем m = 190,23 а.е.м.
Приведенных выше цифр достаточно, чтобы определить величину ρ. Для этого следует воспользоваться исходной формулой для плотности и учесть, что одна гексагональная призма содержит шесть атомов. В результате мы приходим к рабочей формуле:
ρ = 4*m/(√3*a2*c).
Подставляя записанные выше цифры и учитывая их размерности, приходим к результату: ρ = 22 579 кг/м3.
Таким образом, плотность редкого металла равна 22,58 г/см3, что равняется измеренному экспериментально табличному значению.
Общая характеристика
Каждый элемент занимает индивидуальную величину. Определение плотности может обозначаться греческой буквой ρ, D или d. Если объемы двух тел одинаковы, а массы различны, тогда плотности не идентичны.
Основные понятия
Определения и характеристики показателя известны с 7 класса школьной программы химии. Плотность представляет собой физическую величину о свойствах вещества. Это удельный вес любого элемента. Существует средняя и относительная плотность. Последняя классификация — это отношение плотности (П) вещества к П эталонного вещества. Часто за эталон принимают дистиллированную воду. Единица измерения П- кг/м3 в интернациональной системе.
Формула нахождения плотности:
P = m/V
Обозначения:
- m — масса.
- V — объем.
Кроме стандартной формулы плотности, применяемой для твердых состояний веществ, имеется формула для газообразных элементов в нормальных условиях.
ρ (газа) = M/Vm M
Расшифровка:
- М — молярная масса газа [г/моль].
- Vm — объем газа (в норме 22,4 л/моль).
Для сыпучих и пористых тел различают истинную плотность, вычисляемую без учета пустот, и удельную плотность, рассчитываемую как отношение массы вещества ко всему объему. Истинную П получают через коэффициент пористости — доли объема пустот в занимаемом объеме. Для сыпучих тел удельная П называется насыпной.
Способы измерения:
- Пикнометр. Измеряет истинную П.
- Ареометр, денсиметр, плотномер. Используется для жидкого состояния.
- Бурик. Измеряет П почвы.
Вещества состоят из молекулярных структур, масса тела формируется из скопления молекул. Аналогично вес пакета с карамелью складывается из масс всех конфет в мешке. Если все сладости одинаковые, то массу упаковки определяют умножением веса одной конфеты на количество штук.
Молекулярные частицы чистого вещества одинаковы, поэтому вес капли воды равен произведению массы 1 молекулы Н2О на число составляющих молекул в капле. Плотность вещества показывает, чему равна масса одного кубического метра.
Плотность воды – 1000 кг/м³, а масса 1 м³ Н2О равна 1000 килограмм. Это число можно вычислить, умножив массу 1 молекулы воды на количество молекулярных частиц, содержащихся в 1 м3 объема.
При равнозначности физических масс двух тел их объемы различаются. Например, объём льда в девять раз больше объема бруска из металлического сплава. Масса тела распределяется неодинаково, устанавливает П в каждой точке тела.
Влияние факторов
П зависит от давления и температуры. При высоком давлении молекулы плотно прилегают друг к другу, поэтому вещество обладает значительной плотностью.
Зависимость показателей учитывается при расчете П. При повышении температуры П снижается из-за термического расширения, при котором объем вырастает, а масса остается прежней. Если температура снижается, П увеличивается, хотя имеются вещества, П которых при некоторых условиях температурного режима ведет себя иначе. Это вода, бронза, чугун. При фазовом переходе, модифицировании агрегатного состояния П меняется скачками. Условия вычисления зависят от свойств веществ, молекулярных элементов. Для разных природных объектов П изменяется в широком диапазоне.
П воды ниже П льда из-за молекулярной структуры твердой формы жидкости. Вещество, переходя из жидкой в твердую форму, изменяет молекулярную структуру, расстояние между составными частицами сужается и плотность увеличивается. Зимой, если забыть слить воду из труб, их разрывает на части после замерзания. На П Н2О влияют примеси. У морской воды знак П выше, чем у пресной. При соединении в одном стакане двух типов жидкости пресная останется на поверхности. Чем выше концентрация соли, тем больше П воды.
Когда плотность вещества больше П воды, оно полностью погрузится в воду. Предметы, сделанные из материала по низкой П, будут плавать на поверхности воды. На практике эти свойства используются человеком. Сооружая суда, инженеры-проектировщики применяют материалы с высокой П. Корабли, теплоходы, яхты смогут затонуть во время плавания, в корпусах суден создают специальные полости, наполненные воздухом, ведь его П ниже плотности воды.
Жирные пятна масла, нефти, бензина остаются на поверхности воды из-за низкой П маслянистых веществ.
Таблица удельного веса сплавов металлов
Удельный вес металлов определяют чаще всего в лабораторных условиях, но в чистом виде они весьма редко применяются в строительстве. Значительно чаще находится применение сплавам цветных металлов и сплавам черных металлов, которые по удельному весу подразделяют на легкие и тяжелые.
Легкие сплавы активно используются современной промышленностью, из-за их высокой прочности и хороших высокотемпературных механических свойств. Основными металлами подобных сплавов выступают титан, алюминий, магний и бериллий. Но сплавы, созданные на основе магния и алюминия, не могут использоваться в агрессивных средах и в условиях высокой температуры.
В основе тяжелых сплавов лежит медь, олово, цинк, свинец. Среди тяжелых сплавов во многих сферах промышленности применяют бронзу (сплав меди с алюминием, сплав меди с оловом, марганцем или железом) и латунь (сплав цинка и меди). Из этих марок сплавов производятся архитектурные детали и санитарно-техническая арматура.
Ниже в справочной таблице приведены основные качественные характеристики и удельный вес наиболее распространенных сплавов металлов. В перечне представлены данные по плотности основных сплавов металлов при температуре среды 20°C.
Список сплавов металлов | Плотность сплавов (кг/м 3 ) |
Адмиралтейская латунь – Admiralty Brass (30% цинка, и 1% олова) | 8525 |
Алюминиевая бронза – Aluminum Bronze (3-10% алюминия) | 7700 – 8700 |
Баббит – Antifriction metal | 9130 -10600 |
Бериллиевая бронза (бериллиевая медь) – Beryllium Copper | 8100 – 8250 |
Дельта металл – Delta metal | 8600 |
Желтая латунь – Yellow Brass | 8470 |
Фосфористые бронзы – Bronze – phosphorous | 8780 – 8920 |
Обычные бронзы – Bronze (8-14% Sn) | 7400 – 8900 |
Инконель – Inconel | 8497 |
Инкалой – Incoloy | 8027 |
Ковкий чугун – Wrought Iron | 7750 |
Красная латунь (мало цинка) – Red Brass | 8746 |
Латунь, литье – Brass – casting | 8400 – 8700 |
Латунь, прокат – Brass – rolled and drawn | 8430 – 8730 |
Легкие сплавы алюминия – Light alloy based on Al | 2560 – 2800 |
Легкие сплавы магния – Light alloy based on Mg | 1760 – 1870 |
Марганцовистая бронза – Manganese Bronze | 8359 |
Мельхиор – Cupronickel | 8940 |
Монель – Monel | 8360 – 8840 |
Нержавеющая сталь – Stainless Steel | 7480 – 8000 |
Нейзильбер – Nickel silver | 8400 – 8900 |
Припой 50% олово/ 50% свинец – Solder 50/50 Sn Pb | 8885 |
Светлый антифрикционный сплав для заливки подшипников =штейн с содержанием 72-78% Cu – White metal | 7100 |
Свинцовые бронзы, Bronze – lead | 7700 – 8700 |
Углеродистая сталь – Steel | 7850 |
Хастелой – Hastelloy | 9245 |
Чугуны – Cast iron | 6800 – 7800 |
Электрум (сплав золота с серебром, 20% Au) – Electrum | 8400 – 8900 |
Представленная в таблице плотность металлов и сплавов поможет вам самостоятельно посчитать вес изделия. Методика вычисления массы детали заключается в вычислении ее объема, который затем умножается на плотность материала, из которого она изготовлена. Плотность — это масса одного кубического сантиметра или кубического метра металла или сплава.
Однако, этот расчет массы через плотность и объем можно автоматизировать. Рассчет на онлайн калькуляторе массы металла может отличаться от реальной массы на несколько процентов. Это не потому, что формулы не точные или калькулятор врет, а потому, что в жизни всё чуть сложнее, чем в математике: прямые углы — не совсем прямые, круг и сфера — не идеальные, деформация заготовки при гибке, чеканке и выколотке приводит к неравномерности ее толщины, и можно перечислить еще кучу отклонений от идеала. Последний удар по нашему стремлению к точности наносят шлифовка и полировка, которые приводят к плохо предсказуемым потерям массы изделия. Поэтому к полученным значениям веса металла на калькуляторе следует относиться как к ориентировочным.
Плотность стали, значение и примеры
Он в зависимости от своего химического состава и области применения разделяются на несколько групп. Так, по химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные.
Плотность стали равна:
| СИ, кг/м3 | СГС, г/см3 | МКСС, тем/м3 | |
| Сталь | 7800 | 7,8 | 796 |
Однако в углеродистой стали промышленного производства всегда имеются примеси многих элементов.
Присутствие одних примесей обусловлено особенностями производства стали: например, при раскислении в сталь вводят небольшие количества марганца или кремния, которые частично переходят в шлак в виде оксидов, а частично остаются в стали.
Присутствие других примесей обусловлено тем, что они содержатся в исходной руде и в малых количествах переходят в чугун, а затем и в сталь. Полностью избавиться от них трудно. Вследствие этого, например, углеродистые стали обычно содержат 0,05 – 0,1% фосфора и серы.
Твердость цементита намного выше твердости феррита. Поэтому при увеличении содержания углерода в стали её твердость повышается. Кроме того, частицы цементита затрудняют движение дислокаций в основной фазе – в феррите.
По этой причине увеличение количества углерода снижает пластичность стали.
Углеродистая сталь имеет широкое применение. В зависимости от назначения применяется сталь с малым или более высоким содержание углерода, без термической обработки (в «сыром» виде – после проката) или с закалкой и отпуском.
Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях для изменения её свойства, называются легирующими элементами, а сталь, содержащая такие элементы, называется легированной сталью. К важнейшим легирующим элементам относятся хром, никель, марганец, кремний, ванадий, молибден.
Например, твердые растворы марганца или никеля в g-железе при значительном содержании этих элементов стабильны от комнатной температуры до температуры плавления.
Сплавы железа с подобными металлами называются аустенитными сталями или аустенитными сплавами.
Влияние легирующих элементов на свойства стали обусловлено также тем, что некоторые из них образуют с углеродом карбиды, которые могут быть простыми, напримерMn3C, Cr7C3, а также сложными (двойными), например (Fe, Cr)3C. Присутствие карбидов, особенно в виде дисперсных включений в структуре стали, в ряде случаев оказывает сильное влияние на её механические и физико-химические свойства.
Назначения и плотность стали
По своему назначению стали делятся на конструкционные, инструментальные и на стали с особыми свойствами. Конструкционные стали применяются для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений.
В качестве конструкционных могут использоваться как углеродистые, так и легированные стали. Конструкционные стали обладают высокой прочностью и пластичностью. В то же время они должны хорошо поддаваться обработке давлением, резанием, хорошо свариваться.
Основными легирующие компоненты конструкционных сталей – это хром (около 1%), никель (1-4%) и марганец (1-1,5%).
Основной легирующий элемент инструментальных сталей – хром; иногда в них вводят также вольфрам и ванадий.
Особую группу инструментальных сталей составляет быстрорежущая сталь, сохраняющая режущие свойства при больших скоростях резания, когда температура рабочей части резца повышается до 600-700oС. Основные легирующие элементы этой стали – хром и вольфрам.
К группе сталей с особыми свойствами относятся нержавеющие, жаростойкие, жаропрочные, магнитные и некоторые другие стали. Нержавеющие стали устойчивы против коррозии в атмосфере, влаге и в растворах кислот, жаростойкие – в коррозионно-активных средах при высоких температурах.
Важнейшие легирующие элементы жаропрочных сталей – это хром (15-20%), никель (8-15%), вольфрам.
Плотность стали
Первые упоминания о стали содержатся в индийские источники, датируемые приблизительно 1 тысячелетием до н. э. Стальные мечи, изготовленные индийскими мастерами, были прочнее и острее бронзовых. Сталь обрабатывалась на Ближнем Востоке и в Древнем Риме. Именно стальные мечи и доспехи помогли римским легионам в их победоносном шествии по античному миру.
Второе рождение материала произошло в 19 веке, года был разработан мартеновский метод ее выплавки, позволяющий получать сплавы высокого и стабильного качества в больших количествах. В 20 веке сталь стала основным конструкционным материалом. Одной из важных характеристик любого материала, является его плотность — масса вещества в единице объема.
Плотность измеряется в граммах на кубический сантиметр или в тоннах на кубометр. Цифровое значение плотности для этих двух единиц измерения будет совпадать. Плотность одного и того же материала при разной температуре меняется вследствие явления теплового и объемного расширения. У большинства веществ, включая металлы, плотность с ростом температуры падает.
П=(1 — pc/pu)*100
где pc, pu — средняя и истинная плотности материала.
Пористость строительных материалов колеблется в широких пределах, начиная от 0 (сталь, стекло) до 95% (пенобетон).
Для сыпучих материалов определяется пустотность (межзерновая пористость). Истинная, средняя плотности и пористость материалов — взаимосвязанные величины. От них зависят прочность, теплопроводность, морозостойкость и другие свойства материалов. Примерные значения их для наиболее распространенных материалов приведены в таблице 1. Таблица 1.
| Наименование | Плотность, кг/м3 | Пористость, % | Теплопроводность, Вт / (м * оС) | |
| истинная | средняя | |||
| Гранит | 2700 | 2500 | 7,4 | 2,8 |
| Вулканический туф | 2700 | 1400 | 52 | 0,5 |
| Керамический кирпич | ||||
| — обыкновенный | 2650 | 1800 | 32 | 0,8 |
| — пустотелый | 2650 | 1300 | 51 | 0,55 |
| Тяжелый бетон | 2600 | 2400 | 10 | 1,16 |
| Пенобетон | 2600 | 700 | 85 | 0,18 |
| Полистиролбетон | 2100 | 400 | 91 | 0,1 |
| Сосна | 1530 | 500 | 67 | 0,17 |
| Пенополистирол | 1050 | 40 | 96 | 0,03 |
Водопоглощением материала называется его способность впитывать и удерживать в своих порах воду. Оно определяется как разность весов образца материала в насыщенном водой и сухом состояниях и выражается в процентах от веса сухого материала (водопоглощение по массе) или от объема образца (водопоглащение по объему).
Водопоглощение определяют по следующим формулам:
Удельный и объемный вес стали. Таблица веса 1м2 стали различных марок.
Сталь – деформируемый сплав малого количества углерода (до 2%) с железом и другими элементами. Это один из самых распространённых материалов, применяемый в почти во всех отраслях промышленности. Классифицируются по маркам стали, которые различаются по структуре, различным механическим и различным физическим свойствам, а также по химическому составу.
Ниже приведена таблица веса 1м2 стали, наиболее распространённых марок в г/см3:Вес стали популярных типов: легированной, углеродистой, штамповой, рессорно-пружинная и других
| Тип стали | Марка | Удельный вес (г/см3) |
| криогенная нержавеющая конструкционная | 12Х18Н10Т | 7,9 |
| жаропрочная нержавеющая коррозионно-стойкая | 08Х18Н10Т | 7,9 |
| низколегированная конструкционная | 09Г2С | 7,85 |
| качественная конструкционная углеродистая | 10,20,30,40 | 7,85 |
| углеродистая конструкционная | Ст3сп, Ст3пс | 7,87 |
| штамповая инструментальная | Х12МФ | 7,7 |
| рессорно-пружинная конструкционная | 65Г | 7,85 |
| штамповая инструментальная | 5ХНМ | 7,8 |
| легированная конструкционная | 30ХГСА | 7,85 |
| сталь высоко-углеродистая | 70 (ВС и ОВС) | 7,85 |
| сталь среднеуглеродистая | 45 | 7,85 |
| сталь мало-углеродистая | 10 и 10А; 20 и 20А | 7,85 |
| сталь мало-углеродистая электро-техническая (Армко) | А и Э; ЭА; ЭАА | 7,8 |
| сталь хромистая | 15ХА | 7,74 |
| сталь хромоалюминиевомолибденовая азотируемая | 38ХМЮА | 7,65 |
| сталь хромомарганцовокремнистая | 25ХГСА | 7,85 |
| сталь хромованадиевая | 30ХГСА; 20ХН3А | 7,85 |
Так как существует огромное количество марок стали (около 1500), мы представили только удельный вес стали наиболее распространённых марок. Более подробную информацю про вес 1 м2 стали можно найти в других статьях на нашем сайте.
Исходя из характеристик стали, можно выделить такие основные – плотность, коэффициент линейного расширения, модули упругости и сдвига. По химическому составу различают легированные и углеродистые. В последнюю, на ряду с углеродом и добавлением железа, также добавляют марганец (0,1 – 1,0%) и кремний (до 0,4%). Для добавления особых свойств в сталь добавляют вредные примеси: фосфор – придаёт хрупкости при низких температурах, а при нагревании до определённых температур, уменьшает пластичность; сера – образовывает мелкие трещины (красноломкость) при высоких температурах.
Рассчитываться удельный вес стали по следующей формуле: y=P/V, где P – вес однородного тела, V – объём соединения. Получаемый параметр постоянный и работает только тогда, когда сталь имеет абсолютно плотное состояние и непористую структуру.
По справочнику физических свойств и материалов установлено, что вес стали 1м2 идентичен плотности стали, что равняется 7,85 г/см3. Изменяется этот параметр так:
| Обработка стали/Добавление примесей | Изменения по сравнению с стандартом 7,85 г/см3 |
| углерод | удельный вес уменьшается |
| хром, алюминий, марганец | удельный вес уменьшается |
| кобальт, вольфрам, медь | удельный вес увеличивается |
| деформации волочением | удельный вес увеличивается, но не более 2-3% |
Классификация по химическому составу
В данной группе сталь делится на классы в зависимости от процентного содержания в ее сплаве углерода. Бывают:
- Низкоуглеродистая или малоуглеродистая. Содержание углерода менее 0,3%.
- Среднеуглеродистые. Содержание углерода от 0,3% до 0,7%.
- Высокоуглеродистые. Содержание углерода более 0,7%.
Чистой стали не бывает. Для того чтобы сплав был более крепким и имел необходимые качества, ее легируют, т. е. добавляют легирующие элементы: натрий, хлор, никель, молибден, вольфрам, алюминий и др.
В легированной стали классификация по химическому составу всегда определяется процентом содержания вышеперечисленных легирующих элементов.
