Металл с самым маленьким удельным весом
Обновлено: 17.05.2024
Для расчета какого-либо металлопроката по удельному весу - для этого существует специальный калькулятор металла.
Сталь представляет собой сплав железа (в составе могут быть и другие сплавы), углерода и чугуна. Углерод в данном сплаве является обязательным компонентом, его содержание должно быть не менее 2%. В зависимости от спецификации стали, она может быть наделена прочными или твердыми свойствами. Прочный материал применяется для изготовления мостов, морских судов. Что же касается твердого вещества, оно используется для производства различных инструментов, разрезающих металл. Существует такой вид, как нержавеющая сталь, которая считается антикоррозионным, очень прочным материалом. Нержавеющая сталь имеет в своем составе хром и никель. Стали можно придавать любую форму при помощи прокатки, литья или прессования. При помощи термообработки можно получить сталь, которая наделяется различными физическими, химическими свойствами, а также удельным весом. Некоторые мягкие стали поддаются обработке ручным инструментом. Твердой сталью с высоким удельным весом можно даже разрезать стекло. Сталь также можно легко подвергнуть полировке.
Стали можно классифицировать
1. по микроструктуре,
2. по химическому составу,
3. по методу и типу производства,
4. по сфере применения.
По химическому составу сталь можно разделить на углеродистую (инструментальную и конструкционную) и легированную (высоколегированную и низколегированною)
Плотность стали
Марганец, углерод, хром и особенно алюминий могут уменьшить удельный вес стали; кобальт, никель, медь, а также вольфрам ее могут увеличить.
Ниже приведены данные по удельному весу некоторых наиболее распространенных видов сталей, которые рассчитаны по данной формуле:
| Удельный вес стали различных марок | ||
| Наименование (тип стали) | Марка или обозначение | Удельный вес (г/см 3 ) |
| никельхромовая сталь | ЭИ 418 | 8,51 |
| хромомарганцовоникелевая сталь | Х13Н4Г9 (ЭИ100) | 8,5 |
| хромистая сталь | 1Х13 (ЭЖ1) | 7,75 |
| 2Х13 (ЭЖ2) | 7,70 | |
| 3Х13 (ЭЖ3) | 7,70 | |
| 4Х14 (ЭЖ4) | 7,70 | |
| Х17 (ЭЖ17) | 7,70 | |
| Х18 (ЭИ229) | 7,75 | |
| Х25 (ЭИ181) | 7,55 | |
| Х27 (Ж27) | 7,55 | |
| Х28 (ЭЖ27) | 7,85 | |
| хромоникелевая сталь | 0Х18Н9 (ЭЯ0) | 7,85 |
| 1Х18Н9 (ЭЯ1) | 7,85 | |
| 2Х18Н9 (ЭЯ2) | 7,85 | |
| Х17Н2 (ЭИ268) | 7,75 | |
| ЭИ307 | 7,7 | |
| ЭИ334 | 8,4 | |
| Х23Н18 (ЭИ417) | 7,9 | |
| хромокремнемолибденовая сталь | ЭИ107 | 7,62 |
| хромоникельвольфрамовая сталь | ЭИ69 | 8,0 |
| хромоникельвольфрамовая с кремнием сталь | Х25Н20С2 (ЭИ283) | 8,0 |
| хромоникелькремнистая сталь | ЭИ72 | 7,7 |
| прочая особая сталь | ЭИ401 | 7,9 |
| ЭИ418 | 8,51 | |
| ЭИ434 | 8,13 | |
| ЭИ435 | 8,51 | |
| ЭИ437 | 8,20 | |
| ЭИ415 | 7,85 | |
| Удельный вес стали углеродистой и легированной | ||
| Наименование (тип стали) | Марка или обозначение | Удельный вес (г/см3) |
| высокоуглеродистая сталь | 70 (ВС и ОВС) | 7,85 |
| среднеуглеродистая сталь | 45 | 7,85 |
| малоуглеродистая сталь | 10 и 10А; 20 и 20А | 7,85 |
| малоуглеродистая электро-техническая (железо типа Армко) сталь | А и Э; ЭА; ЭАА | 7,8 |
| хромистая сталь | 15ХА | 7,74 |
| хромоалюминиевомолибденовая азотируемая сталь | 38ХМЮА | 7,65 |
| хромомарганцовокремнистая сталь | 25ХГСА | 7,85 |
| хромованадиевая сталь | 30ХГСА | 7,85 |
| 20ХН3А | 7,85 | |
| 40ХФА | 7,80 | |
| 50ХФА | 7,74 | |
Поскольку существует большое количесво марок стали, более 1500 марок, то данная статья будет постепенно пополняться новыми наиболее востребованными марками стали с описанием удельного веса каждой марки.
Автор: Администрация
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Удельный вес металла таблица
Удельным весом металлов (УВМ) называется характеристика, которая определяет соотношение веса однородного материала к объему изделия. Данная характеристика учитывается при проектировании металлических конструкций и конструировании деталей, расчетах работы механизмов и нагрузок на опоры. Дело в том, что у деталей и конструкций одинакового размера и формы, но изготовленных из разных сплавов, будет разное ускорение и показатели массы. Абсолютный вес металла без пор и неметаллических включений рассчитывается по формуле Y=P/V, где Y — удельный вес, Р — плотность вещества, V — объем.
Существует три системы расчетов удельного вес металла - УВМ:
● СГС (дин/смЗ). Диной обозначают силу, которая придает ускорение 1см/с2 телу массой 1г. Эту методику разработали в 1832 г, но позже признали сложноприменимой и прекратили ее использование в инженерных расчетах. Сейчас этот метод продолжает использоваться в научных экспериментах.
● СИ (Н/мЗ). Это методика учета основана на обозначении физических характеристик. В формуле используются следующие значения — сила тяжести на 1 мЗ объема.
● МКГСС (кГ/мЗ). Данный метод расчетов не принят госстандартами, но применяется в различных отраслях промышленности из-за приборов, которые функционируют в МКГСС.
Единицы измерения разных систем легко конвертируются: 0,1дин/смЗ=1Н/мЗ=0,1021кГ/мЗ. В металлургической отрасли для удобства расчетов применяются обозначения в смЗ и мЗ. Тип обозначения зависит от ценности материала. УВМ иногда путают с плотностью, так как они вычисляются по похожим формулам. Разница между ними в том, что плотность можно рассчитать для любых физических тел, а удельный вес — только для плотных материалов, которые не имеют в своем составе инородных включений.
Подробнее об удельном весе металлов
Все виды металлов и сплавов, применяемые в различных отраслях промышленности, имеют определенные характеристики, от которых и зависит УВМ. Чтобы понимать, как рассчитывается этот параметр, нужно учитывать характеристики материала. Металлом называется вещество, которое имеет определенный химический состав, обладает определенными показателями прочности, теплоемкости, текучести, линейного расширения, температурой плавления и температурой кипения. Самое большое значение в промышленности имеют черные и цветные металлы — углеродистая, низкоуглеродистая, легированная сталь, чугун, жаропрочные, жаростойкие и кислотостойкие сплавы, титан, медь, алюминий, олово, серебро, вольфрам и сплавы на их основе.
Черные металлы, железо удельный вес
В эту группу входят сплавы на основе железа и углерода, легированные магнием, никелем, кремнием, хромом и другими металлами. Это белый, серый и ковкий чугун, а также сталь конструкционных, инструментальных и нержавеющих марок.
Чугуном называются сплавы железа с углеродом, которого в составе сплава должно быть не менее 2,13%. Эти сплавы отличают хорошие литейные свойства, а также имеют высокие показатели прочности, устойчивости к деформации под действием внешних факторов. Из чугуна отливают детали и элементы конструкций, предназначенных для длительной эксплуатации в условиях значительных нагрузок.
Удельный вес
Среди множества параметров, характеризующих свойства материалов существует и такой как удельный вес. Иногда применяют термин плотность, но это не совсем верно. Но так или иначе эти оба термина имеют собственные определения и имеют хождение в математике, физике и множестве других наук, в том числе и материаловедении.
Определение удельного веса
Физическая величина, являющаяся отношением веса материала к занимаемому им объему, называется УВ материала.
Материаловедение ХХI века далеко ушло вперед в и уже освоены технологии, которые каких-то сто лет назад считались фантастикой. Эта наука может предложить современной промышленности сплавы, которые отличаются друг от друга качественными параметрами, но и физико-техническими свойствами.
Для определения того, как некий сплав может быть использован для производства целесообразно определить УВ. Все предметы, изготовленные с равным объемом, но для их производства был использованы разные виды металлов, будут иметь разную массу, она находится в четкой связи с объемом. То есть отношение объема к массе это есть некое постоянное число, характерная для этого сплава.
Для расчета плотности материала применяют специальную формулу, имеющую прямую связь с УВ материала.
Кстати, УВ чугуна, основного материала для создания стальных сплавов, можно определить весом 1 см 3 , отраженного в граммах. Тем больше УВ металла, тем тяжелее будет готовое изделие.
Формула удельного веса
Формулу расчета УВ выглядит как отношение веса к объему. Для подсчета УВ допустимо применять алгоритм расчета, который изложен в школьном курсе физики.
Для этого необходимо использовать закон Архимеда, точнее определение силы, которая является выталкивающей. То есть груз с некоей массой и при этом он держится на воде. Другими словами на него влияют две силы – гравитации и Архимеда.
Формула для расчета архимедовой силы выглядит следующим образом
F=g×V,
где g – это УВ жидкости. После подмены формула приобретает следующий вид F=y×V, отсюда получаем формулу УВ груза y=F/V.
Разница между весом и массой
В чем состоит разница между весом и массой. На самом деле в быту, она не играет ни какой роли. В самом деле, на кухне, мы не делаем развития между весом курицы и ее массой, но между тем между этими терминами существуют серьезные различия.
Эта разница хорошо видна при решении задач, связанных с перемещением тел в межзвездном пространстве и ни как имеющим отношения с нашей планете, и в этих условиях эти термины существенно различаются друг от друга.
Можно сказать следующее, термин вес имеет значение только в зоне действия силы тяжести, т.е. если некий объект находиться рядом с планетой, звездой и пр. Весом можно называть силу, с которой тело давит на препятствие между ним и источником притяжения. Эту силу измеряют в ньютонах. В качестве примера можно представить следующую картину — рядом с платным образованием находиться плита, с расположенным на ее поверхности неким предметом. Сила, с которой предмет давит на поверхность плиты и будет весом.
Масса тела напрямую связана с инерцией. Если детально рассматривать это понятие то можно сказать, что масса определяет размер гравитационного поля создаваемого телом. В действительности, это одна из ключевых характеристик мироздания. Ключевое различие между весом и массой заключается в следующем — масса не зависит от расстояния между объектом и источником гравитационной силы.
Для измерения массы применяют множество величин – килограмм, фунт и пр. Существует международная система СИ, в которой применяют привычные, нам килограммы, граммы и пр. Но кроме нее, в многих странах, например, Британских островах, существует собственная система мер и весов, где вес измеряют в фунтах.
Разница между удельным весом и плотностью
УВ – что это такое?
Удельный вес – это есть отношение веса материи к его объему. В международной системе измерений СИ его измеряют как ньютон на кубический метр. Для решения определенных задач в физике УВ определяют следующим образом – насколько обследуемое вещество тяжелее, чем вода при температуре 4 градусов при условии того, что вещество и вода имеют равные объемы.
По большей части такое определение применяют в геологических и биологических исследованиях. Иногда, УВ, рассчитываемый по такой методике, называют относительной плотностью.
В чем отличия
Как уже отмечалось, эти два термина часто путают, но так как, вес напрямую зависим от расстояния между объектом и гравитационным источником, а масса не зависит от этого, поэтому термины УВ и плотность различаются между собой.
Но необходимо принять во внимание то, что при некоторых условиях масса и вес могут совпадать. Измерить УВ в домашних условиях практически невозможно. Но даже на уровне школьной лаборатории такую операцию достаточно легко выполнить. Главное что бы лаборатория была оснащена весами с глубокими чашами.
Предмет необходимо взвесить при нормальных условиях. Полученное значение можно будет обозначить как Х1, после этого чашу с грузом помещают в воду. При этом в соответствии с законом Архимеда груз потеряет часть своего веса. При этом коромысло весов будет перекашиваться. Для достижения равновесия на другую чашу необходимо добавить груз. Его величину можно обозначить как Х2. В результате этих манипуляций будет получен УВ, который будет выражен как соотношение Х1 и Х2. Кроме вещества в твердом состоянии удельных можно измерить и для жидкостей, газов. При этом замеры можно выполнять в разных условиях, например, при повышенной температуре окружающей среды или пониженной температуры. Для получения искомых данных применяют такие приборы как пикнометр или ареометр.
Единицы измерения удельного веса
В мире применяют несколько систем мер и весов, в частности, в системе СИ УВ измеряют в отношении Н (Ньютон) к метру кубическому. В других системах, например, СГС у удельного веса используется такая единица измерения д(дин) к сантиметру кубическому.
Металлы с наибольшим и наименьшим удельным весом
Кроме того, что понятие удельного веса, применяемое в математике и физике, существуют и довольно интересные факты, например, об удельных весах металлов из таблицы Менделеева. если говорить о цветных металлах, то к самым «тяжелым» можно отнести золото и платину.
Эти материалы превышают по удельному весу, такие металлы как серебро, свинец и многие другие. К «легким» материалам относят магний с весом ниже чем у ванадия. Нельзя забывать и радиоактивных материалах, к примеру, вес урана составляет 19,05 грамм на кубический см. То есть, 1 кубический метр весит 19 тонн.
Удельный вес других материалов
Наш мир сложно представить без множества материалов, используемых в производстве и быту. Например, без железа и его соединений (стальных сплавов). УВ этих материалов колеблется в диапазоне одной – двух единиц и это не самые высокие результаты. Алюминий, к примеру, обладает низкой плотностью и малым удельным весом. Эти показатели позволили его использовать в авиационной и космической отраслях.
Удельный вес металлов
Медь и ее сплавы, обладают удельным весом сопоставимый со свинцом. А вот ее соединения – латунь, бронза легче других материалов, за счет того, в них использованы вещества с меньшим удельным весом.
Как рассчитать удельный вес металлов
Как определить УВ — этот вопрос часто встает у специалистов занятых в тяжелой промышленности. Эта процедура необходима для того, что бы определить именно те материалы, которые будет отличаться друг от друга улучшенными характеристиками.
Одна из ключевых особенностей металлических сплавов заключается в том, какой металл является основой сплава. То есть железо, магний или латунь, имеющие один объем будут иметь разную массу.
Плотность материала, которая рассчитывается на основании заданной формулы имеет прямое отношение к рассматриваемому вопросу. Как уже отмечено, УВ – это соотношение веса тела к его объему, надо помнить, что эта величина может быть определена как силу тяжести и объема определенного вещества.
Для металлов УВ и плотность определяют в той же пропорции. Допустимо использовать еще одну формулу, которая позволяет рассчитать УВ. Она выглядит следующим так УВ (плотность) равна отношению веса и массы с учетом g, постоянной величины. Можно сказать, что УВ металла может, носит название веса единицы объема. Дабы определить УВ необходимо массу сухого материала поделить на его объем. По факту, эта формула может быть использована для получения веса металла.
Кстати, понятие удельного веса широко применяют при создании металлических калькуляторов, применяемых для расчета параметров металлического проката разного типа и назначения.
УВ металлов измеряют в условиях квалифицированных лабораторий. В практическом виде этот термин редко применяют. Значительно чаще, применяют понятие легкие и тяжелые металлы, к легким относят металлы с малым удельным весом, соответственно к тяжелым относят металлы с большим удельным весом.
Удельный вес металлов
Для расчета веса или длины металлопроката по удельному весу нужной марки - существует специальный калькулятор металла.
См. также таблицы:
Удельный вес титана, никеля, цинка
Определение удельного веса металлов.
Современная наука уже давно шагнула вперед по сравнению с технологиями, которые использовались на заре развития тяжелой промышленности, и может предложить различные вариации сплавов металлов, отличающихся друг от друга не только по своим качественным характеристикам, но и по физико-химическим свойствам. Для того, чтобы определить, насколько тот или иной сплав черной или нержавеющий стали подходит для производства рассчитывается его удельный вес. Все тела, имеющие одинаковый объем, но произведенные из различных веществ, 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 является постоянной величиной, которая будет характерной для данного вещества. Плотность вещества рассчитывается по специальной формуле и имеет прямое отношение к расчету удельного веса металла.
Удельным весом металла называется отношение веса Р однородного тела из этого вещества к объему металла. Он обозначается γ. Тогда, согласно формуле удельный вес металлов расчитывается как:
Также не стоит забывать, что удельный вес металла есть сила тяжести непосредственно взятого за основу объема данного вещества.
Удельный вес металла и его плотность находятся в таком же соотношении друг к другу, как вес и масса тела, и поэтому удельный вес можно определить по формуле:
За единицу удельного веса металла (нержавеющей стали, латуни, чугуна, меди, бронзы и т.д.) принимается:
- в системе СГС —1 дин/см 3 ,
- в системе СИ — 1 н/м 3 ,
- в системе МКСС— 1 кГ/м 3 .
Все эти значения единицы связаны между собой соотношением
0,1 дин/см 3 = 1 н/м 3 = 0,102 кГ/м 3 .
При определении удельного веса металла также возможно использование внесистемной единицы 1 Г/см 3 .
Поскольку масса вещества, выраженная в г, равна его весовому значению, выраженному в Г, то удельный вес металла, выраженный в данных единицах, по своей численности равен плотности этого металла, которая будет выражена в системе СГС. Подобное же числовое равенство можно проследить и между удельным весом в системе МКСС и плотностью в системе СИ.
Таким образом, удельным весом металла называется вес единицы объема безусловного плотного (непористого) материала. Для обозначения удельного веса следует массу сухого материала поделить на его объем в полностью плотном состоянии - фактически это и есть формула определения веса металла. Для того, чтобы добиться подобного результата, металл необходимо привести в такое состояние, чтобы в его частицах не было пор, а структура была полностью однородной.
Все известные и применяемые в промышленности металлы обладают определенными физико-механическими свойствами, которые, собственно говоря, и определяют их удельный вес. Существует несколько основополагающих критериев, уникализирующих тот или иной металл или сплав.
Особенности металлов и их качественные и весовые характеристики
Для того, чтобы более точно иметь представление о спецификациях каждого вида металлов необходимо определиться, что же все-таки понимается под данной группой веществ.
Металлами именуются вещества, обладающие характерными свойствами, среди которых можно назвать высокую прочность, тепло- и электропроводность, пластичность, особый металлический блеск, характерный для каждой группы. Металлические элементы входят в почти 3/4 всех известных в природе элементов, но не все могут находить широкое применение в промышленности. Некоторые из них в своем истинном состоянии и удельном весе встречаются достаточно редко. Из наиболее важных и ценных для технологических процессов и производства металлов лишь небольшая часть содержится в земной коре. Это железо, алюминий, магний, титан и т.д.
Удельный вес чугуна
Черные металлы (черная сталь, чугун) — техническое название железных сплавов и самого железа. В течение тысячелетий они были основополагающими в изготовлении орудий труда. Несмотря на стабильный рост продукции химической промышленности, цветной металлургии, тяжелой промышленности, чёрные металлы по-прежнему считаются главным конструкционным материалом во многих отраслях деятельности человека. По производственным объемам большинства важнейших видов изделий черной металлургии (железной руды, чугуна, стали, стальных труб, кокса, огнеупоров) Россия занимает достойное место лидера во всем мире. Черные металлы подразделяются на чугуны и стали в зависимости от содержания углерода и своего удельного веса.
Чугун — это сплав углерода с железом при содержании углерода более 2,13%. Чугун наделен небольшой способностью к пластической деформации и отличными литейными свойствами. В его составе содержатся графитовые включения — форма и размер которых определяют тип чугуна и его сферу его применения. Серый чугун — это материал, в котором углерод содержится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита. Высокопрочный чугун содержит в своем составе углерод в форме шаровидного графита, и используется для изготовления деталей, которые в процессе эксплуатации подвергаются значительным механическим нагрузкам. Ковкий чугун может иметь повышенные характеристики пластичности, если его сравнивать с вышеуказанным чугуном. Он применяется в производстве деталей, где необходимы более высокие уровни механических свойств.
Удельный вес чугуна и его сплавов определяется весом одного его кубического сантиметра, который выражен в граммах. Чем больше показатель удельного веса металла, тем более тяжелым может получиться готовое изделие. В приведенной ниже таблице проиллюстрированы типичные физические свойства и удельный вес, характерный для определенных типов чугуна.
Так как существует большое количество марок стали, химический состав которых очень отличается, то все удельные веса стали вынесены в отдельную статью.
Цветные металлы
Цветные металлы представляют собой значимый и важный перечень веществ для металлургической промышленности. Но добыча их ограничена природными геологическими источниками и является длительным и трудоемким процессом. Использование лома данной категории металлов позволяет экономично и грамотно расходовать невосполнимые ресурсы страны, повышая этим производительность металлургической отрасли. Удельный вес металлов в чистом виде можно определять чаще всего в лабораторных условиях, но их натуральные качества весьма редко применяются в строительстве. Значительно чаще находится применение сплавам цветных 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 сплавов производятся архитектурные детали и санитарно-техническая арматура.
Ниже приведены основные качественные характеристики и удельный вес наиболее распространенных цветных металлов.
Кроме необъемной группы легких металлов, таких как алюминий, магний, которые имеют удельный вес не более 3, большинство металлов может иметь значительный удельный вес отдельно. К примеру, благодаря большому удельному весу платины (21,45) и золота (19,32), встречающиеся в природном виде, они могут добываться при помощи метода отмывки от сравнительно легких частиц песка, глины, сопровождающих их в разных слоях почвы.
Малый удельный вес некоторых металлов имеет очень важное значение при строительстве и проектировании самолетов, и поэтому на данный момент легкие сплавы и их характеристики особенно тщательно изучаются.
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.
Плотность стали конструкционной легированной
Конструкционные легированные сплавы применяются в производстве высоконагруженных ответственных конструкций, в том числе работающих в агрессивных средах. Плотность марки 30ХГСА близка к стандартному значению в 7,85 т/м 3
плотность стали конструкционной низколегированной для сварных конструкций
Низколегированные сплавы обладают прекрасной свариваемостью и высокой стойкостью к коррозии, поэтому их широко применяют для ответственных конструкций в строительстве и кораблестроении. УВ стали этой группы колеблется в пределах 7,85-7,87 т/м 3 и приведен в таблице:
| Группа | Марка | Плотность |
| низколегированная конструкционная | 09Г2С | 7,85 |
| высоко-углеродистая | 70 (ВС и ОВС) | 7,85 |
| среднеуглеродистая | 45 | 7,85 |
| мало-углеродистая | 10, 10А, 20, 20А | 7,85 |
| углеродистая конструкционная | Ст3сп, Ст3пс | 7,87 |
Плотность стали конструкционной повышенной обрабатываемости
Удельный вес стали 30ХГСА, применяемой для валов, осей, рычагов составляет 7,85 т/м 3 . При нагреве до 200 ºС он снижается до 7,8. Плотность стали конструкционной подшипниковой марки 35ХГ2 равна 7,8 т/м 3 .
Удельный вес стали 12Х2Н4А, применяемой для создания высоконагруженных шестерен, поршневых пальцев и т. п., составляет 7,84 т/м 3 при 20 ºС и снижается до 7,63 при нагреве до 600 ºС
Плотность стали конструкционной рессорно – пружинной
Рессорно-пружинные сплавы обладают повышенной упругостью при сохранении высокой прочности и применяются для изготовления элементов упругости механизмов — рессор, пружин, амортизаторов. Плотность марки 65Г составляет 7,85 т/м 3 .
Плотность стали конструкционной углеродистой качественной
Сталь качественная конструкционная углеродистая марок 10, 20, 30, 40 имеет плотность 7,85 т/м 3
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.
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.
В большинстве случаев расчета по массе погонного или квадратного метра хватает для практических применений. Сырье и комплектующие закупаются с некоторым нормированным запасом, а перед отгрузкой потребителю изделие взвешивают на весах для точных взаиморасчетов между контрагентами.
Однако нужно понимать, что данные в справочнике рассчитываются на основании стандартной плотности стали, чаще всего это 7,85 т/м 3 . 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/м 3 .
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.
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.
Как рассчитать P или выполнить корректировку массы 1 метра?
Практический способ определения плотности достаточно прост и известен нам из школьного курса физики. В мерную емкость, заполненную водой до определенной отметки, опускают образец материала. Уровень воды поднимается на определенную высоту. Объем вытесненной воды равен объему образца. Массу образца определяют взвешиванием на точных весах. Плотность будет равна отношению массы и объема.
Чтобы выполнить корректировку массы погонного или квадратного метра, нужно значение из справочника разделить на плотность из справочника и результат умножить на измеренную плотность материала образца. Получится откорректированная величина.
Если предвидится повторение подобных вычислений, то удобнее будет вычислить корректировочный коэффициент, равный отношению стандартной плотности и плотности образца, и далее применять его в расчетах.
Плотность 12Х18Н10Т и некоторых нержавеющих сталей
Марка 12×18Н10Т является одной из самых широко применяемых нержавеющих сталей. Плотность для нее и нескольких популярных в производстве марок приведена в таблице, марки расположены по мере возрастания плотности. В третьей колонке показан коэффициент корректировки плотности относительно стандартного значения в 7,85:
| Марка стали | Плотность т/м 3 | Корректировочный коэффициент |
| 08Х22Н6Т 15Х28 | 7,60 | 0,97 |
| 08Х13 12Х17 | 7,70 | 0,98 |
| 04Х18Н10 08Х18Н12Б 12Х18Н10Т 17Х18Н9 | 7,90 | 1,01 |
| 08Х18Н12Т 10Х23Н18 | 7,95 | 1,01 |
| 06ХН28МДТ 08ХН28МДТ | 7,96 | 1,01 |
| 10Х17Н13М2Т | 8,00 | 1,02 |
| 08Х17Н15М3Т | 8,10 | 1,03 |
Плотность других сталей и сплавов
Удельный вес стали других групп приведен в таблице:
| Тип стали | Марка | Плотность |
| криогенная нержавеющая конструкционная | 12Х18Н10Т | 7,9 |
| жаропрочная нержавеющая коррозионно-стойкая | 08Х18Н10Т | 7,9 |
| штамповая инструментальная | Х12МФ | 7,7 |
| штамповая инструментальная | 5ХНМ | 7,8 |
| мало-углеродистая электро-техническая (Армко) | А и Э; ЭА; ЭАА | 7,8 |
| хромистая | 15ХА | 7,74 |
| хромоалюминиевомолибденовая азотируемая | 38ХМЮА | 7,71 |
| хромомарганцовокремнистая | 25ХГСА | 7,85 |
| хромованадиевая | 30ХГСА; 20ХН3А | 7,85 |
Сталь — понятие и ее характеристики
Сталь– является самым распространенным материалом для изготовления конструкций, деталей, механизмов и инструмента.
К сталям относятся все сплавы железа и углерода, причем доля железа должна быть не менее 45 %, а доля углерода — менее 2,14 процента. Углерод, выстраиваясь в молекулярные структуры железа, повышает прочность и твердость, но делает сплав менее пластичным и ковким. Кроме углерода, в состав сплава входят металлы и неметаллы.
К наиболее важным характеристикам сплава относятся:
- модуль сдвига;
- модуль упругости;
- плотность;
- коэффициент линейного расширения.
Разные сферы применения материалов требуют от них отличающихся друг от друга физических и химических свойств. Так, например, стальные сплавы с высоким модулем упругости применяют для производства пружин и амортизаторов рессорного типа. Эти свойства целенаправленно меняются в результате добавления различных присадок.
Плотность стали, или УВ стали — одна из важнейших характеристик сплава. Исходя из нее, конструктор подсчитывает вес детали и общий вес изделия, логистика организует закупку и доставку сырья, заготовок и готовых изделий, экономисты определяют себестоимость.
Вес стали определяется как произведение плотности на объем.
Классификация стали
В зависимости от доли неметаллических примесей, определяемой методом выплавки данной марки, стальные сплавы разделяют на:
- особо высококачественные;
- высококачественные;
- обыкновенного качества.
По химическому составу сплавы также разделяют на легированные и углеродистые.
Углеродистые стали
Используются преимущественно для производства сварных конструкций и содержит от 0,25 до 2,14 процента углерода. Внутри группы они далее разделяются на подгруппы, и также по процентной доле углерода:
- высокоуглеродистые (0,6-2,14);
- среднеуглеродистые (0,3-0,55);
- низкоуглеродистые (ниже 0,25).
В качестве присадок в них также входят кремний и марганец.
Кроме полезных, вводимых целенаправленно присадок в сплаве могут содержаться и вредные примеси, отрицательно влияющие на ее физико- химические свойства:
- фосфор снижает пластичность при нагреве и повышает хрупкость при охлаждении;
- сера приводит к образованию микротрещин.
В состав сплава могут попадать и другие примеси.
Легированная сталь
Для обретения сплавом требуемых свойств при плавке в него добавляют полезные присадки, или легирующие элементы, чаще всего металлы, такие, как алюминий, молибден, хром, марганец, никель, ванадий и другие. Свойства сплава меняются при этом весьма существенно: сплав приобретает стойкость к коррозии, особую прочность, высокую ковкость, повышенную или пониженную электропроводность и т.д.
Сплав с такими добавками называют легированной сталью. По процентному содержанию легирующих присадок они делятся на три группы:
- высоколегированные – свыше 11;
- среднелегированные – от 4 до 11;
- низколегированные – менее 4.
По области применения стальные сплавы делятся на:
- инструментальные — высокопрочные сплавы применяются для изготовления инструментов, штампов, фрез, сверл и резцов;
- конструкционные – применяются для производства корпусов и узлов транспортных средств, станков, строительных конструкций;
- специальные. В эту группу включают сплавы с повышенной стойкостью к кислотной и щелочной среде, радиации, нержавеющие сплавы, электроматериалы и др.
Некоторые присадки и виды обработки повышают плотность материала, а другие – снижают, например:
Читайте также: