Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

СВОЙСТВА ЖИДКОЙ СТАЛИ. Плотность стали жидкой

СВОЙСТВА ЖИДКОЙ СТАЛИ. Плотность стали жидкой

Жидкая сталь представляет собой сплав железа с различными элемента­ми-примесями. Сочетания этих при­месей многообразны, поэтому свой­ства жидкой стали изменяются в ши­роких пределах. Если определять с вы­сокой точностью зависимость свойств жидкой стали от изменения темпера­туры или концентрации примесей, то немонотонное (скачкообразное) изме­нение свойств характерно для изменения структуры жидкости (разупоря-дочивания или, наоборот, ассоциа­ции атомов, возникновения микро­группировок, расслаивания и т. п.). Свойства жидкости, которые зависят от изменения ее структуры, называют структурно-чувствительными. К их числу прежде всего относят плот­ность, вязкость, поверхностное натя­жение, электрическую проводимость, теплопроводность, скорость распрос­транения звука и др. В металлургии стали наиболее часто используют данные о плотности, вязкости и по­верхностном натяжении.

Плотностьявляется одним из важ­нейших структурно-чувствительных свойств и определяется выражением уд , где V уд— удельный объем жидкого (или твердого) металла; V уд = Vат + V св, где Vат — сумма объема атомов или молекул, не изменяющая­ся при изменении температуры и дав­ления; V св — свободное пространство между атомами (молекулами), которое изменяется при изменении внешних условий. При изменении V св изменит­ся и плотность. Если это изменение имеет скачкообразный характер, то при данных условиях (температуре, концентрации примеси и др.) имеет место изменение строения (структу­ры) жидкой стали.

Таким образом, перегибы или пе­реломы, наблюдаемые на политермах (кривые изменения температуры рас­плава) или изотермах (кривые измене­ния состава расплава при данной тем­пературе) плотности, свидетельствуют об определенных изменениях строе­ния расплава. В большинстве исследо­ваний отмечен линейный (без переги­бов) характер изменения плотности жидких металлов от температуры, од­нако в некоторых исследованиях на политермах плотности обнаружены перегибы.

Существует зависимость между ти­пом кристаллической решетки метал­ла и изменением плотности при плав­лении. Металлы, обладающие плот­ными кристаллическими решетками, плавятся с увеличением объема, пони­жением плотности и координацион­ного числа. Металлы, имеющие «рых­лые» кристаллические решетки (тет­рагональные, ромбоэдрические и

т.д.), плавятся с увеличением плотно­сти и координационного числа и уменьшением удельного объема. К та­ким металлам относятся, например, висмут, сурьма и др. Железо имеет плотную решетку. Плотность железа при 1600 °С составляет

7,0 г/см3; при дальнейшем повышении температуры она уменьшается.

Вязкость,так же как и плотность, является важнейшим физико-хими­ческим свойством жидкости. Вяз­кость (внутреннее трение) характе­ризует свойство текучих тел (жидко­стей и газов) оказывать сопротивле­ние необратимому перемещению одной их части относительно другой при сдвиге, растяжении или других видах деформации. Основной закон вязкого течения был установлен Ньютоном:

где F— тангенциальная (касательная) сила, вызывающая сдвиг слоев жидкости (газа) одного относительно другого; — коэффи­циент пропорциональности, называемый коэффициентом динамической вязкости или вязкостью, Па • с (то же, что и Н • с/м2). Ве­личину, обратную вязкости (1/п), называют текучестью; отношение (v2 — v1)/(z2 –z1) — градиент скорости течения (быстрота изме­нения от слоя к слою), или скорость сдвига; S—площадь слоя, по которому происходит сдвиг.

Наряду с динамической вязкостью для характеристики свойств жидкости часто используют величину v = /р (р — плотность жидкости), называе­мую кинематической вязкостью (м2/с или см2/с). Приборы, при помощи ко­торых определяют вязкость жидкостей (и газов), называют вискозиметрами, а раздел физики, посвященный измере­нию вязкости, — вискозиметрией (см. разд. 9.3).

Вязкость воды при 25 ºС равна 0,00089 Па-с, глицерина —0,5 Па • с. Вязкость при 1600 °С чистого железа, по разным данным, составляет 0,0045—0,0060 Па • с, вязкость стали в зависимости от ее состава — 0,005— 0,0085 Па • с, мартеновского шлака — 0,02-0,04 Па • с.

В жидкостях вязкость является результатом в первую очередь межмоле­кулярного взаимодействия, ограничи­вающего подвижность молекул. Моле­кула из одного слоя может проникнуть в соседний слой лишь при наличии в нем полости, достаточной для про­скальзывания туда молекулы. Образо­вание полости («рыхление» жидкости) связано с расходом энергии. Эта так называемая энергия активации вязкого течения уменьшается с повышением температуры и понижением давления. В 1912г. русский физик Л. И. Ба-чинский, исходя из предположения, что вязкостные свойства жидкости опреде­ляются силами межмолекулярного вза­имодействия, установил зависимость между коэффициентом динамической вязкости и удельным объемом V:

где с и Ь — постоянные.

Постоянная b близка к удельному объему твердого тела в момент плавле­ния V; соответственно разность V— b представляет так называемый свобод­ный объем жидкости. Чем больше этот свободный объем, тем меньше ее вяз­кость. В формуле Бачинского влияние температуры на вязкость учитывается через удельный объем жидкости V, по­скольку он непосредственно зависит от температуры. С повышением тем­пературы вязкость уменьшается, так как при этом происходит как бы раз­рыхление жидкости (на что затрачива­ется энергия).

Читайте так же:
Светодиодная лента схема распайки

С учетом разности объемов жидко­го и твердого металлов Vж-Vтв полу­чим = с/( Vж — Vтв). Разность Vж — Vтвхарактеризует степень разрыхления жидкости, или суммарный объем ва­кансий.

Я. И. Френкель при разработке ки­нетической теории жидкостей предло­жил использовать формулу, характе­ризующую связь между вязкостью и температурой:

=Aexp(E /RT). ln =lnA+E /RT

где Е — энергия активации вязкого течения, характеризующая энергию, необходимую для перехода частицы (или группы частиц) из од­ного положения равновесия в другое. В соответствии с этой формулой величина

В случае изменения структуры жидкого металла при температурах, соответствующих изменению строе­ния (структуры) жидкого металла, на графике данной функции наблюдается перелом. При рассмотрении экспери­ментальных данных о вязкости стали необходимо помнить, что примеси, особенно неметаллические включе­ния, заметно увеличивают вязкость. Влияние примесей в жидком железе проявляется в усилении межчастично­го взаимодействия и уменьшении под­вижности атомов железа, приводящих к повышению вязкости. Кроме приме­сей на вязкость стали заметно влияют и другие факторы (неметаллические включения, газы и т. д.).

Гистерезис вязкости.Известны многочисленные эксперименты, в ходе которых был установлен гистере­зис вязкости жидкой стали, заключа­ющийся в несоответствии значений вязкости, полученных в режимах на­грева и охлаждения металла: вязкость расплава в режиме охлаждения после нагрева часто оказывается выше вяз­кости при первоначальном нагреве. Гистерезис особенно заметен для ле­гированных сталей. При объяснении этого явления иногда используют тер­мин «гетерогенность строения жидкой стали». При этом подразумевается обычно явление сохранения или со­здания медленно распадающихся группировок или решеток, отличаю­щихся наличием определенных свя­зей. Состав и размеры этих группиро­вок зависят от состава стали и техно­логии плавки. Предполагается, что для каждой стали существует опреде­ленная критическая температура, при достижении которой формируется квазигомогенное строение расплава, устраняющее гистерезис вязкости.

Между свойствами стали и ее вяз­костью в жидком состоянии существу­ет связь. Одновременно с получением квазигомогенного строения жидкости в результате устранения гистерезиса вязкости достигаются максимальные пластичность и ударная вязкость стали

в твердом состоянии; прочностные свойства стали при этом понижаются.

Цикл исследований свойств жид­кой стали выполнен уральскими уче­ными П. В. Гельдом, Б. А. Баумом и др. Результаты этих исследований сви­детельствуют о том, что для большин­ства сталей и сплавов характерно раз­личие вязкости и удельного электри­ческого сопротивления при нагреве и охлаждении. Исследователи этого вопроса предполагают, что гистерезис вязкости и электрического сопротив­ления объясняется изменениями в структуре расплавов.

Наиболее часто встречающиеся (по мнению этих ученых) три формы гис­терезиса вязкости приведены на рис 10.2. Случай, когда гистерезис по­является лишь при определенном пе­регреве над линией ликвидуса (tr-температура начала ветвления поли­терм или начала гистерезиса), отражен на рис. 10.2, а. При большем перегреве положение политерм не изменяется. По мнению предложивших эту теорию Гельда и Баума, в этом случае, по-ви­димому, изменения неравновесной структуры и приближение расплава к состоянию равновесия, начиная с не­которой температуры, происходят мо­нотонно и завершаются при tr. На рис. 10.2, б приведен случай, когда ги­стерезис наблюдается только при на­греве расплава до температур, превы­шающих температуру аномального уменьшения свойств /ан. При этой температуре происходит скачкообраз­ное изменение структуры расплава, что и вызывает аномальное повыше­ние вязкости и быстрый переход в равновесное состояние. Наконец, на рис. 10.2, в иллюстрируется случай, когда гистерезис наблюдается только при нагреве до критической темпера­туры tкр, нагрев до которой при после­дующем охлаждении вызывает ветвле­ние политерм. По мнению Б. А. Баума и Г. В. Тягунова, один из возможных вариантов объяснения такой зависимо­сти состоит в следующем. Расплав име­ет не менее двух структурных составля­ющих, например карбидоподобные комплексы и металлическую матрицу. При нагреве энергия теплового движе­ния частиц возрастает пропорциональ­но абсолютной температуре, устойчи­вость межатомных связей уменьшается немонотонно. Однако эта немонотон­ность в ходе нагрева может не про­явиться на данном свойстве, если из­менения в отдельных структурных со­ставляющих взаимосвязаны и компен­сируют одно другое. Они полностью завершаются только вблизи tкр. В ходе обратного понижения температуры ис­чезнувшая неравновесная структура не восстанавливается, но силы межатом­ного взаимодействия проявляются по-прежнему немонотонно. Так, в упомя­нутой модели атомы углерода снова становятся соседями атомов карбидо-образующих элементов. Это ухудшает условия их взаимного перемещения и обнаруживается в резком возрастании вязкости при tr.

Читайте так же:
Прокладка бронированного кабеля в земле

Все изложенное является лишь од­ним из возможных объяснений на­блюдаемых факторов. В настоящее время нет убедительного толкования наблюдаемых явлений гистерезиса вязкости. Не ясны и другие обнару­женные явления: например, во многих (но не во всех) случаях гистерезис на­блюдается лишь при первичном цикле нагрева и охлаждения; для некоторых легированных сталей (например, ша­рикоподшипниковых) переплав не из меняет гистерезис; для многих групп

Рис. 10.2.Формы гистерезиса вязкости 108

легированных сталей чем ниже плас­тичность твердых образцов, тем боль­ше гистерезис.

Похожие статьи:

Некоторые свойства жидкого железа и его сплавов. Плотность и вязкость стали. Поверхностное натяжение стали. Диффузия примесей в жидком и твердом железе

1 Некоторые свойства жидкого железа

Температура плавления чистого железа составляет 1539 оС, радиус его атома равен 0,126 н.м. При высоких температурах твердое железо существует в модификациях и . Кристаллическая решетка – пространственно центрированный куб (координационное число 8). Кристаллическая решетка – куб с центрированными гранями (координационное число 12). Из избыточных примесей фосфор и углерод наиболее сильно влияют на температуру плавления сплавов на основе железа. Обычно в сталях фосфора содержится мало и его влияние несущественно.

Затвердевание стали сопровождается уменьшением ее удельного объема, которое в общем случае зависит от состава металла (в основном, от содержания углерода).

1.1 Плотность железа и его сплавов

Плотность является одним из важнейших структурно-чувствительных свойств. Плотность () является обратной величиной удельного объема (). Удельный объем твердого или жидкого металла можно представить суммой объема атомов (молекул) , который не изменяется в зависимости от температуры и давления, и свободного объема пространств между атомами , который не остается постоянным при изменении внешних условий. Поэтому любое изменение (плавное или скачкообразное) межатомных расстояний, числа ближайших соседей или геометрии размещения атомов (относительно фиксированного) приводит к соответствующему изменению свободного объема и, следовательно, плотности. Можно считать, что плотность является интегральной характеристикой, наиболее тесно связанной со структурой жидкости. По мнению А.А. Вертмана и A.M. Самарина изменение плотности при нагреве определяется увеличением числа «дырок» в жидкости.

Плотность чистого жидкого железа () зависит от температуры () и ее значение с достаточной степенью точности можно определить из выражения:

Добавка различных примесей, имеющих различные физические свойства, в разной степени влияет на плотность стали.

Е.А. Казачковым с сотрудниками [1] получена следующая эмпирическая зависимость, распространяющаяся на большинство промышленных марок стали:

, где величины в квадратных скобках представляют концентрации соответствующих химических элементов в стали.

Следует отметить, что в некоторых сталях имеют место скачки или переломы на политермах структурно-чувствительных свойств. Объясняются они изменением структуры металла при определенных температурах, например, при температурах превращения в . Для многих сталей аномалии плотности (отклонения от линейности) фиксируются также в жидком переохлажденном состоянии при температуре

1.2 Вязкость стали

При сдвиге слоев жидкости относительно друг друга возникает сила трения (она называется силой внутреннего трения или вязкой силой), препятствующая сдвигу, стремящаяся выровнять скорость движения в разных точках.

Вязкость является важнейшим физико-химическим свойством жидкости. От вязкости стали зависит скорость истечения ее струи из канала сталеразливочного стакана (коэффициенты скорости и расхода). Вязкость влияет на образование ряда дефектов непрерывно-литой заготовки: усадочной рыхлости, плен, неметаллических включений и др.

Для характеристики вязкости принят коэффициент динамической вязкости , численно равный силе внутреннего трения между двумя параллельными слоями несжимаемой жидкости площадью , равной единице, перемещающимися относительно друг друга при градиенте скорости , равном единице:

Кроме динамической используется кинематическая вязкость , которая равна отношению коэффициента динамической вязкости к плотности: . Динамическую вязкость измеряют в (Пз), а кинематическую – в .

Вязкость стали зависит от ее химического состава и при 1600 оС изменяется в пределах 0,004 – 0,006 .

По мнению Я.И. Френкеля, вязкое течение жидкости заключается в переходе частиц из одного положения равновесия в другое с преодолением энергетического барьера, равного энергии активации вязкого течения . Энергию активации перехода можно рассматривать как энергию «разрыхления» или «дырообразования» жидкости. Энергия разрыхления для жидкости значительно меньше, чем для кристаллов, и по величине приближается к энергии плавления. Для жидких металлов значительно меньше скрытой теплоты испарения

Читайте так же:
Чертежи для чпу плазменной резки

Чему равна плотность стали

Задача № 1. Найдите плотность молока, если 206 г молока занимают объем 200 см 3 ?

задача 4

Задача № 2. Определите объем кирпича, если его масса 5 кг?

задача 5

Задача № 3. Определите массу стальной детали объёмом 120 см 3

задача 6

Задача № 4. Размеры двух прямоугольных плиток одинаковы. Какая из них имеет большую массу, если одна плитка чугунная, другая — стальная?

Решение: Из таблицы плотности веществ (см. в конце страницы) определим, что плотность чугуна (ρ2 = 7000 кг/м 3 ) меньше плотности стали (ρ1 = 7800 кг/м 3 ). Следовательно, в единице объема чугуна содержится меньшая масса, чем в единице объема стали, так как чем меньше плотность вещества, тем меньше его масса, если объемы тел одинаковы.

Задача № 5. Определите плотность мела, если масса его куска объемом 20 см 3 равна 48 г. Выразите эту плотность в кг/м 3 и в г/см 3 .

Ответ: Плотность мела 2,4 г/см 3 , или 2400 кг/м 3 .

Задача № 6. Какова масса дубовой балки длиной 5 м и площадью поперечного сечения 0,04 м 2 ?

ОТВЕТ: 160 кг.

РЕШЕНИЕ. Из формулы для плотности получаем m = p • V. С учетом того, что объем балки V = S • l , получаем: m = p • S • l.

Вычисляем: m = 800 кг/м 3 • 0,04 м 2 • 5 м = 160 кг.

Задача № 7. Брусок, масса которого 21,6 г, имеет размеры 4 х 2,5 х 0,8 см. Определить, из какого вещества он сделан.

ОТВЕТ: Брусок сделан из алюминия.

Задача № 8 (повышенной сложности). Полый медный куб с длиной ребра а = 6 см имеет массу m = 810 г. Какова толщина стенок куба?

ОТВЕТ: 5 мм.

РЕШЕНИЕ: Объем кубика VK = а 3 = 216 см 3 . Объем стенок VС можно вычислить, зная массу кубика mК и плотность меди р: VС = mК / р = 91 см 3 . Следовательно, объем полости VП = VK — VC = 125 см 3 . Поскольку 125 см 3 = (5 см) 3 , полость является кубом с длиной ребра b = 5 см. Отсюда следует, что толщина стенок куба равна (а — b)/2 = (6 – 5)/2 = 0,5 см.

Задача № 9 (олимпиадный уровень). Масса пробирки с водой составляет 50 г. Масса этой же пробирки, заполненной водой, но с куском металла в ней массой 12 г составляет 60,5 г. Определите плотность металла, помещенного в пробирку.

ОТВЕТ: 8000 кг/м 3

РЕШЕНИЕ: Если бы часть воды из пробирки не вылилась, то в этом случае общая масса пробирки, воды и куска металла в ней была бы равна 50 г + 12 г = 62 г. По условию задачи масса воды в пробирке с куском металла в ней равна 60,5 г. Следовательно, масса воды, вытесненной металлом, равна 1,5 г, т. е. составляет 1/8 массы куска металла. Таким образом, плотность металла в 8 раз больше плотности воды.

Задачи на плотность, массу и объем с решением. Таблица плотности веществ.

Задачи на плотность

Справочный материал для «Задачи на плотность, массу и объем«

Задачи на плотность, массу и объем с решением

Как, зная только массу, рассчитать плотность?

  1. Если объем тела (вещества) неизвестен или не задан явно в условиях задачи, то попытайтесь его измерить, вычислить или узнать, используя косвенные (дополнительные) данные.
  2. Если вещество сыпучее или жидкое, то оно, как правило, находится в емкости, которая обычно имеет стандартный объем. Так, например, объем бочки обычно равен 200 литров, объем ведра – 10 литров, объем стакана – 200 миллилитров (0,2 литра), объем столовой ложки – 20 мл, объем чайной – 5 мл. Об объеме трехлитровых и литровых банок нетрудно догадаться из их названия.
  3. Если жидкость занимает не всю емкость или емкость нестандартная, то перелейте ее в другую тару, объем которой известен.Если подходящей емкости нет, перелейте жидкость с помощью мерной кружки (банки, бутылки). В процессе вычерпывания жидкости просто посчитайте количество таких кружек и умножьте на объем мерной тары.
  4. Если тело имеет простую форму, то вычислите его объем, используя соответствующие геометрические формулы. Так, например, если тело имеет форму прямоугольного параллелепипеда, то его объем будет равен произведению длин его ребер. То есть: Vпар. = a • b • c, где Vпар. – объем прямоугольного параллелепипеда, а a, b, c — значения его длины, ширины и высоты (толщины), соответственно.
  5. Если тело имеет сложную геометрическую форму, то попробуйте (условно!) разбить его на несколько простых частей, найти объем каждой из них отдельно и затем сложить полученные значения.
  6. Если тело невозможно разделить на более простые фигуры (например, статуэтку), то воспользуйтесь методикой Архимеда. Опустите тело в воду и измерьте объем вытесненной жидкости. Если тело не тонет, то «утопите» его с помощью тонкой палочки (проволоки).
  7. Если объем вытесненной телом воды посчитать проблематично, то взвесьте вылившуюся воду, или найдите разность между начальной и оставшейся массой воды. При этом, количество килограммов воды будет равняться количеству литров, количество граммов – количеству миллилитров, а количество тонн – количеству кубометров.
Читайте так же:
Оборудование для переработки опилок

Конспект урока «Задачи на плотность, массу и объем с решением».

Плотность вещества

Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).

Масса

Начнем с самого сложного — с массы. Казалось бы, это понятие мы слышим с самого детства, примерно знаем, сколько в нас килограмм, и ничего сложного здесь быть не может. На самом деле, все сложнее.

В Международном бюро мер и весов в Париже есть цилиндр массой один килограмм. Материал этого цилиндра — сплав иридия и платины. Его масса равна одному килограмму, и этот цилиндр — эталон для всего мира.

цилиндр

Высота этого цилиндра приблизительно равна 4 см, но чтобы его поднять, нужно приложить немалую силу. Необходимость эту силу прикладывать обуславливается инерцией тел и математически записывается через второй закон Ньютона.

Второй закон Ньютона

F = ma

a — ускорение [м/с2]

В этом законе массу можно считать неким коэффициентом, который связывает ускорение и силу. Также масса важна при расчете силы тяготения. Она является мерой гравитации: именно благодаря ей тела притягиваются друг к другу.

Закон Всемирного тяготения

F = GMm/R2

M — масса первого тела (часто планеты) [кг]

m — масса второго тела [кг]

R — расстояние между телами [м]

G — гравитационная постоянная

G = 6.67 × 10-11 м3 кг-1 с-2

Когда мы встаем на весы, стрелка отклоняется. Это происходит потому, что масса Земли очень большая, и сила тяготения буквально придавливает нас к поверхности. На более легкой Луне человек весит меньше в шесть раз. Когда думаешь об этом, хочется взвешиваться исключительно на Луне

Откуда берется масса

Физики убеждены, что у элементарных частиц должна быть масса. Доказано, что у электрона, например, масса есть. В противном случае они не могли бы образовать атомы и всю видимую материю.

Вселенная без массы представляла бы собой хаос из различных излучений, двигающихся со скоростью света. Не существовало бы ни галактик, ни звезд, ни планет. Здорово, что это не так, и у элементарных частиц есть масса. Только вот пока непонятно, откуда эта масса у них берется.

Мужчину на этой фотографии зовут Питер Хиггс. Ему мы обязаны за предположение, экспериментально доказанное в 2012 году, что массу всех частиц создает некий бозон.

Питер Хигго

Бозон Хиггса невозможно представить. Это точно не частица в форме шарика, как обычно рисуют электрон в учебнике. Представьте, что вы бежите по песку. Бежать ощутимо сложно, как будто бы увеличилась масса. Частицы пробираются в поле Хиггса и получают таким образом массу.

Объем тела

Объем — это физическая величина, которая показывает, сколько пространства занимает тело. Это важный навык — уметь объемы соотносить. Например, чтобы посчитать, сколько пластиковых шариков помещается в гигантский бассейн.

объем прямоугольного параллепипеда

Например, чтобы рассчитать объем прямоугольного параллелепипеда, нам нужно перемножить три его параметра.

Формула объема параллелепипеда

V = a*b*c

А для цилиндра будет справедлива такая формула:

Формула объема цилиндра

V = S*h

S — площадь основания [м^2]

Плотность вещества

Плотность — скалярная физическая величина. Определяется как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.

Читайте так же:
Шиномонтаж своими руками чертеж как сделать клюшку

Формула плотности вещества

р — плотность вещества [кг/м^3]

m — масса вещества [кг]

V — объем вещества [м^3]

Плотность зависит от температуры, агрегатного состояния вещества и внешнего давления. Обычно если давление увеличивается, то молекулы вещества утрамбовываются плотнее — следовательно, плотность больше. А рост температуры, как правило, приводит к увеличению расстояний между молекулами вещества — плотность понижается.

Ниже представлены значения плотностей для разных веществ. В дальнейшем это поможет при решении задач.

Плотность стали в кг/м3. Углеродистые и легированные стали

Сталь является самым распространенным в промышленности металлическим материалом, на основе которого изготавливают конструкции и инструменты с заданными свойствами. В зависимости от назначения этого материала изменяются многие его физические свойства, включая плотность. В данной статье рассмотрим, какой обладает плотностью сталь в кг/м3.

Что такое сталь, и какой она бывает?

Прежде чем приводить таблицы плотность стали в кг/м3, познакомимся с самим материалом. Сталью в металлургии называют сплав железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,1 атомных процентов. Если углерода будет больше, то начинает образовываться графит в системе, что приводит к резкому изменению свойств сплава. В частности, увеличивается его твердость и хрупкость, и уменьшается пластичность. Если углерода больше, чем 2,1 %, то сплав называется чугуном.

Следует понимать главную вещь, что сталь — это сплав железа с другими элементами, которые выступают в качестве примесей. Если железо становится не основным компонентом, тогда такой сплав сталью не является.

Стали бывают самые разные. Так, низкое содержание углерода приводит к образованию класса конструкционных материалов. Более высокое его содержание образует класс инструментальных сталей. Помимо углеродистых, существуют легированные разными элементами материалы. Например, добавление больше 13% хрома приводит к образованию нержавеющих материалов, а большое содержание молибдена и вольфрама образует класс режущих сталей.

От чего зависит плотность стали?

Существует ряд факторов, которые определяют плотность стали в кг/м3. К ним относятся следующие:

  • плотность собственно железа для данной кристаллической решетки;
  • количество и тип примесей;
  • наличие фаз.

Из названных факторов первый является самым главным, поскольку именно железо является основой рассматриваемых сплавов. Как известно, оно может существовать в двух кристаллических решетках: ОЦК (объемно-центрированная кубическая) и ГЦК (гранецентрированная кубическая).

Первый тип решетки образует, так называемые ферритные стали, второй — аустенитные. Решетка ГЦК является плотноупакованной, в то время как ОЦК — это более рыхлая упаковка атомов. Тем не менее плотность ферритных сталей, как правило, выше, чем аустенитных. Причина этого проста, дело в том, что ГЦК является стабильной структурой только при высоких температурах для чистого железа, а все металлы при нагреве сильно расширяются. Последнее приводит к падению плотности.

Стали углеродистые

Чему равна плотность стали углеродистой? В общем можно сказать, что она немного ниже плотности чистого ОЦК железа (7874 кг/м3). Это незначительное уменьшение связано с тем, что углерод в ОЦК решетке занимает октаэдрические поры. Плотность самого углерода в структурах алмаза и графита очень низкая, поэтому его добавка к железу уменьшает его среднюю плотность. Поскольку атомы углерода занимают большие октаэдрические поры, то они незначительно увеличивают средний параметр решетки, что сказывается на небольшом снижении рассматриваемого показателя. Ниже приведена таблица плотности стали в кг/м3 в зависимости от марки и температуры.

Легированные стали

Как было сказано, к ним относятся любые сплавы на основе железа, которые, помимо углерода, содержат другие элементы, например, хром, никель, вольфрам, ванадий и так далее. Так, плотность нержавеющей стали 12Х18Н9, содержащей, помимо хрома, никель, при комнатной температуре составляет 7900 кг/м3, что выше, чем у чистого ОЦК железа. Если в «нержавейке» никеля не будет, то ее плотность окажется ниже, чем у чистого железа, поскольку атом хрома легче железного.

Самыми плотными являются быстрорежущие стали. Они содержат в больших количествах такие тяжелые металлы, как молибден и вольфрам. Плотность их может достигать 8800 кг/м3.

Советуем подписаться на наши страницы в социальных сетях: Facebook | Вконтакте | Twitter | Google+ | Одноклассники

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector