Плотность и удельный вес металлов, применение таблиц для разных материалов в вычислениях, объёмный вес стали
Содержание
- 1 Определение и использование плотности
- 1.1 Железо и его сплавы
- 1.2 Цветные металлы и их сплавы
- 2 Определение массы изделия
- 3 Что такое удельный вес
- 4 Перевозки изделий из металлов
Во всех сферах человеческой деятельности применяются изделия из металлов. Металлы в научном смысле представляют собой простые вещества, обладающие специфическими свойствами (металлическим блеском, ковкостью, высокой электропроводностью). В быту и на производстве часто используют их сплавы с другими элементами. Эти затвердевшие расплавы также обычно называют металлами.
Определение и использование плотности
Как известно, чтобы найти плотность вещества, его массу делят на объем. Плотность является физико-химической характеристикой вещества. Она постоянна. Материалы для промышленного производства должны соответствовать этому показателю.
Для её обозначения принято использовать греческую букву ρ.
Плотность железа равна 7874 кг/м³, никеля — 8910 кг/м³, хрома — 7190 кг/м³, вольфрама — 19250 кг/м³. Конечно, это относится к твёрдым сплавам. В расплавленном состоянии веществам присущи другие характеристики.
В природе лишь некоторые металлы присутствуют в большом количестве. Удельный вес железа в земной коре 4,6%, алюминия — 8,9%, магния — 2,1%, титана — 0,63%. Металлы незаменимы в большинстве сфер человеческой деятельности. Их производство растёт год от года. Для удобства металлы разделены на группы.
Железо и его сплавы
Чёрными металлами принято называть стали и чугуны разных марок. Сплав железа и углерода считается сталью, если железа не менее 45%, а содержание углерода 0,1%—2,14%. Чугуны, соответственно, углерода содержат больше.
Для получения необходимых свойств сталям и сплавам их легируют (присаживают при переплаве легирующие добавки).
Таким образом плавят заданные марки. Все марки металла строго соответствуют определённым техническим условиям. Свойства каждой марки регламентированы государственными стандартами.
В зависимости от состава плотность стали варьируется в диапазоне 7,6—8,8 (г/см³) в СГС или 7600—8800 (кг/м³) в СИ (это видно из таблицы 1). Конечно, сталь имеет сложную структуру, это не смесь различных веществ. Однако присутствие этих веществ и их соединений изменяют свойства, в частности, плотность. Поэтому самыми большими плотностями обладают быстрорежущие стали с высоким содержанием вольфрама.
Цветные металлы и их сплавы
Изделия из бронзы, латуни, меди, алюминия широко применяются на производстве:
- Обычно бронзы это сплавы меди с оловом, алюминием, свинцом и бериллием. Однако в бронзовом веке, когда удельный вес бронзы в общей массе металлических изделий составлял почти 100%, это были сплавы медь — мышьяк.
- Сплавы на основе цинка — латуни. В латуни может присутствовать олово, но его количество меньше, чем цинка. Чтобы получить сыпучую стружку, иногда добавляют свинец. Кроме ювелирных сплавов латуни и бронзы, они нужны для деталей машин и морских судов, скобяных изделий, пружин. Некоторые сорта применяют в авиации и ракетостроении.
- Дюралюминий (дюраль) — сплав алюминия с медью (меди 4,4%) — это высокопрочный сплав. Главным образом применяется в авиации.
- Титан по прочности превосходит многие марки стали. Одновременно он вдвое легче. Эти качества сделали его незаменимым в большинстве отраслей промышленности. А также он широко применяется в медицине (протезировании). Удельный вес титана в производстве летательных аппаратов достигает 70% от всего выплавляемого в мире. Около 15% титана идёт для химического машиностроения.
- Серебро и золото — первые металлы, с которыми познакомился человек. За всю историю существования человечества эти металлы, по большей части, шли на ювелирные изделия. И в настоящее время тенденция сохраняется.
- Вольфрам из-за высокой тугоплавкости незаменим в приборостроении. Большая плотность позволяет применять его, как защиту от радиации.
- Никель и хром образуют нихром — жаропрочный пластичный сплав, очень долговечный и надёжный.
И в настоящее время тенденция сохраняется.Различные марки сталей и чугунов, бронз и других металлов имеют разный химический состав и разную плотность. Плотности всех востребованных материалов измерены и систематизированы. Таблицы, содержащие эти данные доступны пользователям. С их помощью можно легко найти массу изделия заданной формы.
Определение массы изделия
Все современные справочные материалы, ГОСТ и технические условия предприятий скорректированы в соответствии с международной классификацией.
Пользуясь справочными таблицами плотностей различных материалов, легко определить их массу. Это особенно актуально, когда предметы тяжёлые или отсутствуют соответствующие весы. Для этого требуется знать их геометрические параметры. Чаще всего узнать требуется массу предмета в форме цилиндра, трубы или параллелепипеда:
- Металлические прутки имеют форму цилиндра. Зная диаметр и длину, легко узнать массу. Масса равна плотности, умноженной на объём. Находим объём предмета. Он получается умножением площади сечения на длину. Площадь круга, зная диаметр, определить несложно. Диаметр в квадрате умножается на 3,14 (число пи), делится на 4.
- Массу трубы получаем аналогично. При нахождении площади берём разницу между внешним и внутренним диаметром сечения.
- Чтобы определить массу листа, блюма, сляба или прутка прямоугольного сечения, определяем объём, перемножая длину, высоту и толщину. Умножаем на плотность из справочника.
youtube.com/embed/6kNsjcxVE30″ frameborder=”0″ allow=”accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture” allowfullscreen=””/>При таких вычислениях всегда допускается маленькая погрешность, ведь формы не идеальны. На практике ей можно пренебречь. Производители металлоизделий разработали специальные калькуляторы вычисления массы для пользователей. Достаточно ввести уникальные размеры в соответствующие окна и получить результат.
Что такое удельный вес
Удельным весом называют плотность, умноженную на ускорение свободного падения (силу тяжести) или отношение веса тела к его объёму. Путать его с плотностью недопустимо. Однако часто это происходит из-за смешения понятий массы и веса. Вес тела, а следовательно и удельный вес, изменяется в зависимости от силы тяжести. Он не является постоянной величиной. В зависимости от места, где находится предмет, он имеет разные значения. Эта физическая величина будет разной даже в разных точках Земли. Ускорение свободного падения на экваторе больше, чем на полюсах.
Масса и плотность постоянны.
К примеру, можно вычислить удельный вес серебра. На Земле эта величина будет составлять 10500 кг/м³ (плотность чистого металла). Умножив на 9,81м/с2 (сила тяжести), можно получить 103005 Н/м³. А на Луне 10500 кг/м³ умножается на 1,62м/с2 (сила тяжести на Луне). Результат уже другой — 17,01Н/м³. В кабине корабля, вращающегося вокруг Земли — невесомость, ускорение равно нулю. Следовательно, и вес любого материала здесь ноль.
Все значения будут разными. Самое большое значение будет в первом случае, потому что на Земле ускорение свободного падения имеет самое большое значение. В невесомости вещь не весит ничего. Плотность одного и того же материала в любом месте будет одинаковой. Она является константой.
Для того, чтобы составить таблицы удельного веса металлов на различных планетах (или в других условиях), необходимо знать ускорение свободного падения и плотность.
Перевозки изделий из металлов
В системе грузоперевозок задействовано такое понятие, как «объёмный вес». Если масса предмета в одном кубическом метре 167 кг, то такой вес считается физическим, а если меньше — объёмным. Например, масса куба стали углеродистой — 7750 кг. Другими словами, объёмный вес стали 7750 кг. Эти расчёты нужны, чтобы определить, какой объем займёт перевозимый груз.
Однако в зависимости от того, какие металлические изделия перевозятся, объем будет меняться. Предположим, что есть несколько различных метизов одной и той же марки стали. По идее, они обладают одинаковой плотностью. Однако слитки, крупносортные изделия и бунты проволоки обладают различным объёмом, а следовательно, при их перевозке займут больше или меньше места на транспорте. Таким образом, они обладают разным объёмным весом. При любых условиях кубометр стали больше 167 кг, следовательно, его не назовёшь объёмным.
- Автор: admin
- Распечатать
(1 голос, среднее: 5 из 5)
Поделитесь с друзьями!виды и свойства, изготовление, что такое удельный вес и его расчет
Самым распространенным материалом, применяемым в промышленности, является сталь. Под ней принято понимать сплав железа с другими химическими элементами. Основным компонентом, входящим в его состав, является углерод. Его процентная доля в стали составляет 2,14%. Во многом благодаря ему сталь и приобретает высокие прочностные характеристики. Если говорить об удельном весе материала, то он варьируется от 75 500 до 77 500 Н/ куб.м. В составе современных марок стали могут присутствовать и легирующие элементы, которые обеспечивают сплаву более высокие качества.
Классификация сталей
Есть целый ряд критериев, на основании которых классифицируется сталь.
Основными разновидностями этого сплава являются:
- конструкционная сталь;
- инструментальная сталь.
Также специалисты выделяют быстрорежущую сталь, которую специалисты также относят к числу инструментальных сталей. Между собой стали различаются и по химическому составу. В зависимости от входящих в состав стали элементов этот материал можно разделить на углеродистые и легированные стали. Также этот металл может классифицироваться и по количеству содержащегося углерода. По этому критерию принято выделять три основных вида:
- низкоуглеродистая. Содержание углерода в такой стали не превышает 0,25%;
- среднеуглеродистая. В этой стали углерод присутствует в количестве от 0,25 до 0,6%;
- высокоуглеродистая. Содержание углерода в этой стали не превышает 2%.
Классификация легированных сталей осуществляется подобным образом, но только в ней разделение на виды происходит по процентному содержанию присутствующих легирующих элементов:
- низколегированная — в ней содержание легирующих добавок не превышает 4%;
- среднелегированная — количество присутствующих легирующих компонентов в этом сплаве не превышает 11%;
- высоколегированная — количество добавок, присутствующих в ней, превышает 11%.
Сегодня сталь производится металлургическими предприятиями с применением современных технологий и самых разных методов. В зависимости от используемого для производства этого материала способа, в составе стали могут присутствовать определенные металлические включения. Если классифицировать стали по такому параметру, как количество содержащихся в материале металлических включений, то сталь принято разделять на следующие виды:
- смеси обыкновенного качества;
- качественные стали;
- сплавы высокого качества;
- стали особого качества.
Этот материал принято разделять и по своему структурному составу. В настоящее время металлургическими предприятиями выпускаются следующие разновидности сплавов:
- ферритные;
- аустенитные;
- перлитные.
Состав сплава — важный фактор, оказывающий влияние на удельный вес самой стали. Стоит сказать, что сплавы разделяются еще на двухфазные и многофазные. Ещё один критерий, на основании которого классифицируется сталь — характер затвердевания и степень раскисления.
Методы производства стали
Основным сырьем для производства современной стали выступает чугун. По той причине, что в его составе в большом количестве содержится углерод, фосфор и сера, он обладает повышенной хрупкостью и значительной ломкостью. Для того чтобы переработать чугун в сталь, необходимо добиться уменьшения содержания в материале этих веществ до нужного уровня. Снижение концентрации приводит к тому, что удельный вес стали уменьшается. Изменения происходят и в её свойствах. Использование того или другого метода для производства стали предполагает применение различных способов окисления углерода в чугуне. Чаще всего производителем используются следующие методы.
- Кислородно-конвертерный метод. Большинство марок сталей производители изготавливают с применением этой технологии.
- Мартеновский метод. В последнее время он используется все реже.
- Электротермический метод. В настоящий момент этот способ является одним из передовых и активно используется для получения стали. Его применение приводит к тому, что в конечном итоге получается материал, обладающий высокими качественными характеристиками.
Кислородно-конвертерный метод
При использовании для производства стали этого способа проблема избытка чугуна фосфора и серы в стали решается путем их окисления при помощи кислорода. Для этого выполняют продув под давлением через расплавленный металл. Используемая для получения стали печь называется конвертором. По форме она напоминает грушу. Во внутренней его части присутствует футеровка огнеупорным кирпичом. Характерной особенностью этого оборудования является его высокая мобильность. Печи можно поворачивать на 360 градусов.
Емкость конвертера составляет 60 т. Два типа сырья используются производителями для футеровки:
- динас — в составе этого сырья присутствует оксид кремния, который обладает высокими кислотными свойствами;
- доломит – в его составе основными компонентами является оксид кальция и магния. Доломитный материал используют для его получения.
Мартеновский метод
Он активно использовался несколько десятилетий назад. По состоянию на настоящий момент он устарел и применяется все реже. Применяя его для переработки чугуна в сталь, можно получить на выходе материал невысокого качества. Своим видом мартеновская печь представляет собой плавильную ванну большого объема. Она покрыта сводом, который выполнен из огнеупорного кирпича. На нем присутствуют камеры-рекуператоры.
Они представляют собой отсеки, основным предназначением которых является подогрев газа.
Для них характерно наполнение насадкой, изготовленной из огнеупорного кирпича. Через третий и четвертый рекуператоры происходит наполнение потоком горячего газа и воздуха. В это же время происходит нагрев первого и второго рекуператоров за счет печных газов. Когда температура поднимается на достаточную величину, то процесс идет в обратную сторону.
Электротермический способ
В сравнении с двумя другими способами переработка чугуна в сталь посредством этого метода имеет ряд преимуществ. Она не дает возможности для изменения химического состава стали. При этом после завершения процесса получается сталь высокого качества.
Так как при его применении в печи количество воздуха ограничено, это приводит к снижению монооксида железа в готовом материале. Поэтому его небольшое количество, содержащееся в сплаве, дает возможность получить качественный продукт. При применении этого способа температура поддерживается на уровне не ниже 2000 градусов Цельсия.
Это позволяет полностью удалить из состава сплава такие вредные примеси, как сера и фосфор.
Удельный вес стали
В процессе производства стали происходит индукционный нагрев металла. Для этого используются токи промышленной частоты. Благодаря тому, что сердечник имеет большую массу, такого воздействия на металл оказывается вполне достаточно. Для того чтобы осуществить плавление стали массой до 100 т, будет вполне достаточно использовать промышленный ток частотой 50 Гц. Следует сказать о том, что у разных типов сырья некоторые параметры могут не совпадать.
Расчет удельного веса стали
Только для конкретного вещества характерно соотношение между объемом сплава и его массой. Стоит сказать, что этот параметр является постоянным. Для определения плотности сплава используют специальную формулу. Она непосредственно связана с вычислением для стали удельного веса и имеет следующий вид:
γ =P/V.
В этой формуле Y следует понимать как удельный вес металла. Вес однородного тела обозначают буквой P. Букву V используют для обозначения объема соединения. Стоит сказать, что эта формула работает только в тех случаях, когда у металла плотное состояние и поры как таковые отсутствуют.
Сталь используют в различных отраслях промышленности. Металлургические предприятия получают его посредством переработки чугуна. Чтобы сталь получилась качественной, используют различные методы переработки. У каждого из них имеются свои особенности. Применяя современные методы переработки, появляется возможность для удаления из состава сплава вредных примесей, а это позволяет обеспечить высокое качество готового металла.
- Автор: Николай Иванович Матвеев
- Распечатать
(1 голос, среднее: 1 из 5)
Поделитесь с друзьями!Масса, вес, плотность или удельный вес различных металлов
Масса, вес, плотность или удельный вес различных металлов
| |||||||
| Масса более
Ниже перечислены 30 различных металлов и сплавов. Пока данные полезны
по дизайну отдельные образцы будут отличаться. Примеси часто имеют
влияние. 1000 кг чистой воды = 1 кубический метр. В качестве «основы» была выбрана чистая вода. линия’ для удельного веса и учитывая значение 1. Удельный вес всех других материалов по сравнению с водой как часть тяжелее или более легкая плотность. Например, бериллий имеет конкретный плотность (sg) 1,84 (1840 кг/куб.м) (см. таблицу ниже)Поскольку удельный вес является лишь сравнением, его можно применять для любых единицы измерения. Плотность чистой воды также составляет 62,4 фунта на кубический фут. фут), и если мы знаем, что образец алюминия имеет плотность 2,5, то мы можно вычислить, что его плотность составляет 2,5 x 62,4 = 156 фунтов/куб.  фут. Примечание: кг/куб.м разделить на 16,02 = фунт/куб.фут |
[
вернуться на главную страницу плотность материалов ] [ плотность
древесины ] [ плотность жидкости ] [
плотность воды]
|
|
см
до hp вверх
