Что такое удельный вес стали?

Удельный вес стали

02.07.2021

Рейтинг: 5 Голосов: 4

Время прочтения: 10 мин

Рейтинг: 5 Голосов: 4

Время прочтения: 10 мин

Полезное

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.

[include_post id="5371"]

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:

m=V*P

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

Длина;
Ширина;
Толщина.

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.

Родионова И. Г. и др. СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОЙ КОРРОЗИОННОСТОЙКОЙ ГОРЯЧЕКАТАНОЙ СТАЛИ С НИЗКИМ УДЕЛЬНЫМ ВЕСОМ. – 2017.