Что тяжелее сталь или латунь

Обновлено: 25.03.2023

При проектировании деталей и металлоконструкций необходимо знать сколько будет весить готовое изделие или сооружение. Эта характеристика важна для работы механизмов, расчетов нагрузок на опоры. Образцы одного объема и формы, выполненные из разных материалов имеют разные показатели массы, ускорения. Это же относится к сравнению металлических сплавов одной группы. Что такое удельный вес металла, как его определить?

Удельным называют вес абсолютно плотного вещества. Для измерения следует привести материал в такое состояние, в котором в структуре отсутствуют поры и посторонние включения. Расчет проводят по формуле:

Ƴ = P/V

где P — вес однородного тела, V — его объем

Принято несколько систем вычисления с разными единицами измерения.

  • СГС (дин/см³): 1 дина — это сила, которая сообщает ускорение 1 см/с² телу массой в 1 г. Метод был разработан в 1832 г., позже признан сложно применимым и исключен из инженерных расчетов, но применяется до сих пор в физике и астрофизике.
  • СИ (Н/м³): международная система измерения для обозначения физических характеристик, для учета используют силу тяжести в ньютонах на кубический метр объема.
  • МКГСС (кГ/м³): импульс, сообщающий телу m=1 кг, ускорение, равное ускорению свободного падения, но в горизонтальной плоскости. Методика не принята стандартами ГОСТ с 60-х годов, но используется в промышленности благодаря измерительным приборам, функционирующим в МКГСС.

Эти единицы измерения легко конвертировать: 0,1 дин/см³= 1 Н/м³= 0,102кГ/м³. Для удобства вычислений в металлургии используют обозначения в кубических сантиметрах и метрах. Это зависит от ценности и расхода сырья. Иногда Ƴ путают с плотностью. Действительно, их вычисляют по похожим формулам. Однако плотность (P=m/V) рассчитывают для любых тел и веществ, и даже пространств (межгалактические и межзвездные среды), а не только для абсолютно плотных.


Величина меняется в зависимости от температуры среды. Определение “весит” указывает на силу, с которой тело воздействует на подвес или поверхность, она имеет направленный вектор: Р (в ньютонах)=mg (масса в кг*ускорение свободного падения м/с²). Там, где важна высокая точность, значение g варьируется от 9,780 на экваторе Земли до 9,82 на полюсах. Во всех остальных случаях допускается округление до 10. Масса тел постоянна.

Удельный вес цветных металлов

Цветмет — ограниченное и ценное сырье, каждый материал обладает уникальными свойствами: свинец и олово смягчают трение механизмов, алюминий легкий и безопасный, из его сплавов делают самолеты и упаковку для пищи. Величину Ƴ вычисляют в лабораторных условиях. Она соотносится с температурой плавления — фазовым переходом из твердого состояния в жидкое под воздействием нагрева и давления. В этом же терморежиме происходит и обратный процесс.

Таким образом, t плавления = t кристаллизации.

Это совпадение возможно только для идеально чистых однородных веществ, не содержащих примесей. Именно эти цифры указывают в справочниках.

Сравнение латуни с нержавеющей сталью

Сравнение латуни с нержавеющей сталью может быть важно не только при ответе на вопрос, что лучше для смесителя: латунь или нержавеющая сталь. Важно также разобраться, что дороже и тяжелее. Но и, сверх того, нужно выяснять, чем еще отличаются материалы.



Выносливость материалов

Нержавеющая сталь считается более выносливым материалом. Достоверно установлено, что она лучше переносит тепловые нагрузки. Механические воздействия для нее тоже не настолько страшны, как для черного металла.

Вероятность коррозии если и есть, то крайне мала, и проявляется она только после длительного использования. Материал весьма стойко противостоит агрессивным средам.

Однако при этом нержавейка отличается от латуни высокой прочностью. Это создает определенные проблемы при механической обработке и придании формы. Мягкость и пластичность латунных сплавов позволяет устранить это затруднение. Современные варианты латуни далеко ушли от раннего варианта — соединения меди и цинка. Продвинутый тип сплава (так называемый томпак) содержит заметное количество алюминия (до 5%). Это существенно улучшает антикоррозийные характеристики вещества.

Классическая латунь может при комнатной температуре спокойно контактировать с:

сухим паром, движущимся на небольшой скорости;

сухими газообразными галогенами;

медленно движущейся морской водой.

Крайне вредно на состоянии латуни сказываются:

минеральные и жирные кислоты;

влажный насыщенный водяной пар, если он движется с высокой скоростью.

Контактная коррозия латунных сплавов развивается при прямом контакте с:

Нержавеющая сталь неплохо противостоит разрушению кислотами. Стойкость к такому типу коррозии обеспечивается за счет введения в состав хрома. Нержавейку делят на 3 ключевые категории:

коррозионностойкий материал для бытового применения и использования в промышленности;

жаростойкий металлургический продукт, который отлично переносит корродирующую реакцию при повышенной температуре и агрессивном воздействии;

жаропрочные материалы, которые при сильном разогреве сохраняют приличную механическую выносливость (коррозионной сопротивляемости тогда уделяется меньше внимания).

Сплавы первой категории используют для медицинских инструментов. А также они находят применение в выпуске кухонной посуды, оборудования для нефтедобычи и газодобычи. Альтернативная область применения — машины для текстильных и обувных производств. Жаростойкими типами стали пользуются на химических предприятиях.



А жаропрочный металл оказывается востребован в транспортной отрасли и некоторых других применениях, где одинаково важны тепловая и механическая стойкость.

Что дороже?

Практически всегда продукция из нержавеющей стали стоит существенно дороже латунных аналогов. Это характерно в том числе и для сантехнической продукции. Именно по рыночной стоимости чаще всего и сравнивают такие варианты. Однако не вызывает сомнений, что при грамотном выборе и умелом применении оба материала полностью удовлетворят требованиям. А также надо учитывать, что цены могут отличаться в зависимости от политики производителей и нюансов конкретных продуктов.



Сравнение других характеристик

Отличия между сплавами не только в их рыночной цене и коррозионной сопротивляемости. Давно установлено, что нержавеющие стали тяжелее латуни любого типа. Облегчение последней становится еще более убедительным преимуществом, если учесть превосходные антифрикционные характеристики. Подобные преимущества обусловлены добавлением кремния и свинца. Латунь еще и проще сделать, то есть она имеет более низкую трудоемкость.

Даже в классической рецептуре соотношение между цинком и медью может меняться в широких пределах. Это определяется целевым предназначением конкретного продукта. Техническая латунь различных сортов содержит от 48 до 50% цинка. Такое соотношение позволяет увеличить прочность и понизить интенсивность износа.

Однако по пластическим характеристикам такой продукт изрядно проигрывает.

В некоторых случаях концентрацию цинка уменьшают до 35%. В таком случае пластичность заметно увеличивается. Материал можно будет легче обрабатывать и в горячем, и в холодном виде. Дополнительное повышение коррозионной стойкости обеспечивается за счет введения:

При добавлении олова получается так называемая морская латунь. Она особенно стойка к коррозионному воздействию. В производстве часов широкое применение находит автоматная латунь. В пищевом и холодильном оборудовании такой сплав также однозначно выиграет даже у лучших сортов нержавеющей стали. Он успешно противостоит негативным воздействиям жидкостей, паров и газов.

Нержавеющая сталь все равно применяется больше, чем латунь. Она тверже и менее стойка к износу. Химическая инертность позволяет успешно использовать его и в медицине, и в нефтегазовой отрасли, и в обращении с пищевыми продуктами. Нержавеющий прокат способен работать при существенно более высоких температурах, нежели его латунный аналог.

Что выбрать?

Но стоит посмотреть на тему не только в общем виде, а и на примере конкретного применения — в сантехнике. Именно этот момент — что лучше для смесителя — живо беспокоит многих людей. Стальные и латунные конструкции смотрятся внешне неплохо. На более или менее одинаковом уровне они находятся и по гигиеническим характеристикам. Однако проблема в том, что латунь, даже не говоря о фальсификате, существенно уступает.

Нержавеющий смеситель служит дольше. Он более устойчив механически. Разнообразие внешнего облика и стойкость к эксплуатационному износу также можно считать весомым преимуществом. Даже повышенная стоимость стали вполне компенсируется ее положительными качествами. Однако надо учитывать покрытие царапинами и склонность к загрязнению.

Латунные смесители доминируют на рынке. Они довольно надежны и мало накапливают налет. При этом хромированная оболочка подавляет развитие микроорганизмов. Правда, воплотить оригинальный дизайн едва ли получится.

Дополнительное покрытие решает эти проблемы, но правильно оценить состав сплава несложно.

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 стали

Сталь — это сплав, в котором содержится не менее 45% железа и 0,2-2,14% углерода, некоторое количество примесей и специальных присадок. Основные составляющие распространены в природе, легирующие элементы, напротив, могут быть ценными и редкими. Сталь — основной конструкционный материал, она используется для изготовления деталей, крепежей, корпусов различных механизмов. Твердые и прочные сплавы предназначены для строительства мостов, опор, производства инструментов. Другие, напротив, пластичны, легко обрабатываются давлением, резанием, штамповкой.


Некоторые марки разрабатываются исключительно для решения специфических задач, их число постоянно увеличивается и превышает 1500. Для определения свойств в материаловедении и металлургии предусмотрено несколько способов классификации:

  • По содержанию углерода: увеличивает твердость и хрупкость, металл с высоким содержанием не пластичен, при деформации склонен к трещинообразованию, но в пределах допустимых нагрузок износостоек.
  • По степени раскисления: железо получают из восстановленной окиси, активный элемент стремится к созданию соединений. Качество стали определяется чистотой от газов, серы. фосфора, органических включений.
  • По структуре: легирование связывает железо и углерод в соединения, образующие кристаллическую решетку, не всегда похожую на исходный вариант. Выделено 4 структурных класса.
  • По назначению: в зависимости от химических и физических свойств.

Удельный вес (Ƴ) стали — одна из важнейших характеристик. В физике эта величина указывает на силу тяжести, которую оказывает тело на поверхность или подвес. В любой системе она равна произведению плотности вещества и ускорения свободного падения (Ƴ= P*g). Измеряется в ньютонах.

Плотность (P=m/V) — это отношение массы к объему, рассчитывается в кг/м³. Если значение известно, можно определить тоннаж для грузоперевозки, рассчитать металлоемкость партии или каждой изготовляемой детали.

Значение Ƴ определяют в лабораторных условиях для абсолютно плотного вещества без примесей и посторонних включений. Плотность каждой марки установлена стандартами. Прежде всего, на оба показателя оказывает влияние химический состав. Марганец, углерод, хром, и алюминий делают сплав легче, кобальт, никель, вольфрам — тяжелее. Добавки естественных раскислителей и элементов, измельчающих зерно способствуют уплотнению.

Каждое тело под воздействием нагрева расширяется, а под давлением становятся сжатым. Жаропрочные стали созданы для работы в высокотемпературной среде под действием механических нагрузок.

Примеси и добавки

Целевые присадки или лигатуры вступают в химическое соединения с железом, связывая его и предотвращая окисление, образуют карбиды и интерметаллиды, участвующие в формировании структуры. Каждый элемент имеет свое назначение, придает те или иные свойства, одновременно оказывая влияние на удельный вес стали.

  • Марганец — природная примесь, присутствующая в составе железных руд. Марганец вводят в расплав в концентрации до 2% для раскисления. В дальнейшем он предохраняет металл от коррозии, повышает предел текучести, хладноломкости, износостойкость, но делает сплав чувствительным к перегреву. Это компенсируют элементами, измельчающими зерно.
  • Кремний — естественная примесь вводится в состав до 2% для интенсивного раскисления, структурно растворяется в железе, не взаимодействуя с углеродом, повышает предел текучести и прочность, в больших концентрациях (более 1%) приводит к снижению пластичности и порога холодового охрупчивания.
  • Хром — увеличивает прочность, одновременно сохраняя пластичность, образует на поверхности пленку окислов, делающую изделия нержавеющими.
  • Никель — значительно усиливает свойства хрома, отвечает за прокаливаемость, но из-за высокой цены его стараются заменить аналогами.
  • Вольфрам — образует очень твердые карбиды, измельчает зерно, предотвращает отпускную хрупкость.
  • Ванадий — небольшие добавки значительно увеличивают прочность и стойкость к знакопеременным нагрузкам. Легирование применяют для производства нагруженных элементов.
  • Молибден — измельчает структурные зерна, способствует термоупрочнению, противостоит усталостному разрушению.
  • Кобальт — стойкость к ударным нагрузкам, нагреву, применяется для производства быстрорежущих инструментов с нагреваемой кромкой, увеличивает вторичную твердость при соблюдении циклов термообработки.
  • Титан — повышает прочность и технологичность, измельчает зерно, раскисляет и защищает от коррозии.
  • Ниобий — для кислотоупорных сталей с высокими требованиями к коррозионной стойкости сварных швов.
  • Медь — повышает обрабатываемость, не снижая прочностные характеристики, способствует дисперсному твердению.
  • Алюминий — удаляет газы из расплава, повышает жаростойкость готовых изделий.
  • Цирконий — стабилизирует высоколегированные составы, измельчает структуру, позволяет получать материалы с заданной зернистостью.

Плотность железа 7874 кг/м³, у распространенных стальных марок этот показатель равен 7550-8200. Стали с большим удельным весом применяют для изготовления инструментов, в том числе обрабатывающих металлы. Легкие и прочные сплавы применяются в судостроении, самолетостроении, в производстве оборудования и предметов быта.


Удельный вес металлов

Наименование цветного металла Химическое обозначение Атомный вес Температура плавления, °C Удельный вес, г/куб.см
Цинк (Zinc) Zn 65,37 419,5 7,13
Алюминий (Aluminium) Al 26,9815 659 2,69808
Свинец (Lead) Pb 207,19 327,4 11,337
Олово (Tin) Sn 118,69 231,9 7,29
Медь (Сopper) Cu 63,54 1083 8,93
Титан (Titanium) Ti 47,90 1668 4,505
Никель (Nickel) Ni 58,71 1455 8,91
Магний (Magnesium) Mg 24 650 1,74
Ванадий (Vanadium) V 6 1900 6,11
Вольфрам (Wolframium) W 184 3422 19,3
Хром (Chromium) Cr 51,996 1765 7,19
Молибден (Molybdaenum) Mo 92 2622 10,22
Серебро (Argentum) Ag 107,9 1000 10,5
Тантал (Tantal) Ta 180 3269 16,65
Золото (Aurum) Au 197 1095 19,32
Платина (Platina) Pt 194,8 1760 21,45

Таблица удельного веса стали

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

Основные эксплуатационные характеристики металлов: плотность, температурное расширение, модуль упругости, прочность, предел текучести. Для увеличения одного или нескольких параметров модифицируют химический состав, применяют разные технологии обработки.

Как меняется удельный вес при выплавке и прокатке:

  • Разуглероживание, выгорание карбидов — структура становится более плотной;
  • Хром, алюминий, марганец, титан — снижают;
  • Медь, кобальт, вольфрам, никель — увеличивают;
  • Холодное волочение — возрастает на 2-3%.

Следует помнить, что каждая марка имеет нижний и верхний порог легирования. Полировка, шлифовка, фрезерование приводят к неконтролируемым потерям сырья, поэтому при закупках и распределении все величины принимают с погрешностью.

При горячем и холодном прокате применяют давление. Плотность значительно увеличивается при холодной штамповке. Этим методом изготавливают крепежи, оси автомобилей, тела вращения.

Показатель также зависит от условий эксплуатации. Так у стали 30ХГСА (для осей и валов) при нагреве более 200⁰ параметр снижается с 7,85 г/см³ до 7,8. В минусовых температурах металл сжимается, но не целиком, точки усадки ограничиваются креплениями, сварными соединениями. Усадочные изменения характерны для обшивки морских судов, металлоконструкций в северных районах.

Вес стального листа

При покупке полуфабрикатов несложно применить геометрические формулы. Можно использовать калькуляторы и таблицы, или вычислить характеристики груза самостоятельно.Масса равна произведению объема и плотности:

Для определения объема необходимо перемножить следующие величины, удобнее считать в метрах:

Средняя масса углеродистой стали по системе СИ — 7850 кг/м³, она используется в большинстве онлайн-калькуляторов. Можно посмотреть точное значение в сопроводительной документации или округлить до 8, если требуется приблизительный расчет. Для вычисления веса пачки листов достаточно умножить полученное значение на количество единиц. Горячий прокат не отличается точностью, поверхностные слои могут подвергаться неравномерному окислению, поэтому полученная величина будет относительной, но погрешности при транспортировке не существенны. Точный вес стального листа имеет важное значение при обшивке ангаров, промышленных холодильников, судов, обустройстве крыш.

Для расчета веса стального листа можно воспользоваться нашим калькулятором металла.

Читайте также: