Какая плотность у стали

Свойства стали: удельный вес, плотность кг см3 и другие

Термин «сталь» используется в металлургии и означает смесь железа с углеродом, количество которого варьируется от 0,03% до 2,14% по массе.

Если содержание углерода в железе превышает указанную верхнюю границу, тогда материал теряет свои ковкие свойства, и работать с ним можно только путем литья.

Общие свойства

Не нужно путать сталь с железом, которое представляет собой твердый и относительно пластичный металл, имеет атомный диаметр 2,48 ангстрема, температуру плавления 1535 °C и температуру кипения 2740 °C. В свою очередь, углерод является неметаллом с атомным диаметром 1,54 ангстрема, мягкий и хрупкий в большинстве своих аллотропных модификаций (исключение составляет алмаз). Диффузия этого элемента в кристаллической структуре железа возможна благодаря разнице в их атомных диаметрах. В результате такой диффузии образуется этот материал.

Главным отличием железа от стали является процентное содержание углерода, которое было указано выше. Материал может иметь различную микроструктуру в зависимости от той или иной температуры. Она может находиться в следующих структурах (для большей информации посмотрите фазовую диаграмму железо-углерод):

Материал сохраняет свойства железа в своем чистом состоянии, однако добавка углерода и других элементов, как металлов, так и неметаллов, улучшает ее физико-химические свойства.

Существует много видов стали в зависимости от добавляемых в нее элементов. Группу углеродных сталей образуют материалы, в которых углерод является единственной добавкой. Другие специальные материалы получают свои названия благодаря своим основным функциям и свойствам, которые определяются их структурой и добавленными дополнительными элементами, например, кремниевые, цементирующие, нержавеющие, структурные сплавы и так далее.

Как правило, все материалы с добавками объединяются под одним названием — специальные стали, которые отличаются от обычных углеродных сталей, а последние служат базовым материалом для изготовления специальных материалов. Такое разнообразие данного материала по его хаpaктеристикам и свойствам привело к тому, что сталь начали называть «сплав железа и другой субстанции, которая повышает его твердость».

Компоненты металла

Два основных компонента стали встречаются в изобилии в природе, что благоприятствует ее производству в крупных масштабах. Разнообразие свойств и доступность этого материала делает его пригодными для таких отраслей промышленности, как машиностроение, производство инструментов, строительство зданий, внося свой вклад в индустриализацию общества.

Несмотря на свою плотность (удельный вес стали кг м3 составляет 7850, то есть масса стали объемом 1 м³ равна 7850 килограмм, для сравнения плотность алюминия 2700 кг/м3) она используется во всех секторах индустрии, включая аэронавтику. Причинами ее такого разнообразного применения являются как податливость и в то же время твердость, так и ее относительно низкая стоимость.

Добавки и их хаpaктеристика

Специальная классификация сталей определяет наличие конкретного элемента в ее составе и его процентное содержание по массе. Элементы добавляются в сплав с целью придания последней специфических свойств, например, увеличения ее механической выносливости, твердости, устойчивости к износу, способности к плавлению и другие. Ниже приведен список наиболее распространенных добавок и эффектов, которые они вызывают.

• Алюминий: добавляется в концентрациях, близких к 1%, для повышения твердости сплава, а при концентрациях меньше 0,008% как антиокислитель для жаростойких материалов.
• Бор: при малых концентрациях (0,001—0,006%) увеличивает прокаливаемость материала, не снижая ее способность подвергаться механической обработке. Используется в материалах низкого качества, например, при производстве плугов, проволоки, обеспечивая ее твердость и ковкость. Используется также в качестве ловушек для азота в кристаллической структуре железа.
• Кобальт. Уменьшает закаливаемость и приводит к упрочнению материала и увеличению его твердости при высоких температурах. Увеличивает также магнитные свойства. Используется в жаропрочных материалах.
• Хром: благодаря образованию карбидов придает стали прочность и сопротивляемость высоким температурам, увеличивает коррозионную стойкость, увеличивает глубину формирования карбидов и нитридов при термохимической обработке, используется в качестве твердого нержавеющего покрытия для осей, поршней и так далее.
• Молибден увеличивает твердость и коррозионную стойкость для аустенитных материалов.
• Азот добавляется для облегчения образования аустенита.
• Никель делает аустенит стабильным при комнатной температуре, увеличивая твердость материала. Используется в жаростойких сплавах.
• Свинец образует маленькие глобулярные образования, которые повышают способность к механической обработке стали. Этот элемент обеспечивает смазку материала при процентном содержании от 0,15% до 0,30%.
• Кремний увеличивает закаливаемость и стойкость к окислению материала.
• Титан стабилизирует сплав при высоких температурах и увеличивает его сопротивляемость окислению.
• Вольфрам образует вместе с железом стабильные и очень твердые карбиды, которые остаются устойчивыми при высоких температурах, 14—18% этого элемента позволяет создать режущую сталь, которую можно применять со скоростью в три раза больше, чем обычную углеродную сталь.
• Ванадий увеличивает сопротивляемость окислению материала и формирует сложные карбиды с железом, которые увеличивают сопротивление усталости.
• Ниобий придает твердость, пластичность и ковкость сплаву. Используется в структурных материалах и автоматике.

Примеси в сплаве

Примесями называются элементы, которые нежелательны в составе стали. Они содержатся в самом материале и попадают в него в результате плавки, так как содержатся в горючем топливе и в минералах. Необходимо уменьшать их содержание, поскольку они ухудшают свойства сплава. В том случае, когда их удаление из состава материала является невозможным или дорогим, тогда стараются сократить их процентное содержание до минимума.

Сера: ее содержание ограничивается 0,04%. Элемент образует сульфиды вместе с железом, которые, в свою очередь, совместно с аустенитом образуют эвтектику с низкой температурой плавления. Сульфиды выделяются на границах зерен. Содержание серы резко ограничивает возможность термо- и механообработки материалов при средних и высоких температурах, поскольку приводит к разрушению материала по границам зерен.

Добавки марганца позволяют контролировать содержание серы в материалах. Марганец имеет большее родство с серой, чем железо, поэтому вместо сульфида железа образуется сульфид марганца, имеющий высокую температуру плавления и хорошие пластические свойства. Концентрация марганца должна быть в пять раз больше, чем концентрация серы, для обеспечения положительного эффекта. Марганец также увеличивает способность к механической обработке сталей.

Фосфор: максимальный предел его содержания в сплаве составляет 0,04%. Фосфор вреден, поскольку растворяется в феррите, уменьшая тем самым его пластичность. Фосфид железа вместе с аустенитом и цементитом образует хрупкую эвтектику с относительно низкой температурой плавления. Выделение фосфида железа на границах зерен делает материал хрупким.

Механические и технологические хаpaктеристики стали

Очень тяжело определить конкретные физические и механические свойства стали, поскольку число ее видов разнообразно ввиду различного состава и термической обработки, которые позволяют создавать материалы с широким разнообразием химических и механических хаpaктеристик. Такое разнообразие привело к тому, что производство этих материалов и их обработку начали выделять в отдельную отрасль металлургии — черную металлургию, отличающуюся от цветной металлургии. Однако общие свойства для стали привести можно, они представлены в списке ниже.

• Объемный вес стали, то есть масса 1 м³, составляет 7850 кг. Плотность стали г см3 составляет, таким образом, 7,85.
• В зависимости от температуры материал можно гнуть, вытягивать и плавить.
• Температура плавления зависит от типа сплава и процентного содержания добавок. Так, чистое железо плавится при температуре 1510 °C, в свою очередь, сталь имеет точку плавления, равную 1375 °C, которая увеличивается по мере увеличения процентного содержания углерода и других элементов в ней (исключение составляют эвтектики, плавящиеся при более низких температурах). Быстрорежущая сталь плавится при температуре 1650 °C.
• Кипит материал при температуре 3000 °C.
• Это стойкий к деформациям материал, твердость которого повышается при добавлении других элементов.
• Обладает относительной ковкостью (с помощью него можно получать тонкие нити путем волочения — проволоку), а также пластичностью (можно получать плоские металлические листы толщиной 0,12—0,50 мм — жесть, которая обычно покрывается оловом для предотвращения окисления).
• Перед использованием термического воздействия сплав проходит механическую обработку.
• Некоторые композиты обладают памятью формы и деформируются на величину, превосходящую предел текучести.
• Твердость стали варьируется между твердостью железа и твердостью структур, которые получаются с помощью термических и химических процессов. Среди них наиболее известной является закалка, применяемая к материалам с высоким содержанием углерода. Высокая поверхностная твердость стали позволяет ее использовать в качестве режущего инструмента. Для получения этой хаpaктеристики, которая сохраняется до высоких температур, в сталь добавляют хром, вольфрам, молибден и ванадий. Измеряют твердость металла по бринеллю, викерсу и роквеллу.
• Обладает хорошими литейными свойствами.
• Способность подвергаться коррозии является одним из основных недостатков стали, поскольку окисленное железо увеличивается в объеме и приводит к возникновению трещин на поверхности, что, в свою очередь, еще сильнее ускоряет процесс разрушения. Традиционно металл защищали от коррозии с помощью различных поверхностных обработок. Кроме того, некоторые составы стали устойчивы к окислению, например, нержавеющие материалы.
• Обладает высокой электропроводностью, которая не сильно изменяется в зависимости от состава сплава. В воздушных линиях электропередач чаще всего используют алюминиевые проводники, которые покрываются стальной рубашкой. Последняя обеспечивает необходимую механическую прочность проводам, а также способствует более дешевому их производству.
• Используется для производства искусственных постоянных магнитов, поскольку намагниченная сталь не теряет свою магнитную способность до определенной температуры. При этом структура стали феррит обладает магнитными свойствами, в то время как структура аустенит не является магнитной. Магниты на основе стали для стабилизации структуры феррита содержат, как правило, около 10% никеля и хрома.
• С увеличением температуры изделие из этого материала увеличивает свою длину. Поэтому если в той или иной конструкции существуют степени свободы, то тепловое расширение не является проблемой, если же таких степеней свободы не существует, то расширение стали приведет к появлению дополнительных напряжений, которые нужно учитывать. Коэффициент теплового расширения стали близок к таковому для бетона. Этот факт делает возможным их совместное использование в конструкциях различного типа, такой материал получил название железобетон.
• Это негорючий материал, однако его фундаментальные механические свойства быстро ухудшаются под воздействием открытого огня.

Читать еще:  Как открутить болт без шляпки

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 обpaбатывалась 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 хаpaктеристик 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 колeблется в пределах 7,85-7,87 т/м 3 и приведен в таблице:

Плотность стали конструкционной повышенной обpaбатываемости

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 пpaктике перед людьми встает другая пpaктическая 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 пpaктического применения в большинстве случаев достаточно обычных, более или менее точных весов, использующих гравитацию Земли и пружины, либо рычаги и стандартные гири, либо пьезоэлементы.

На пpaктике, 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 хаpaктеристик 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 пpaктических 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 колeбaться 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?

Пpaктический 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:

лабораторные работы / Расчет узлов (Тудвасева) / Плотность стали

Плотность стали, удельный вес стали и другие хаpaктеристики стали

Плотность стали — (7,7-7,9)*10 3 кг/м 3 ;

Удельный вес стали — (7,7-7,9) г/cм 3 ;

Удельная теплоемкость стали при 20 o C — 0,11 кал/град;

Температура плавления стали — 1300-1400 o C ;

Удельная теплоемкость плавления стали — 49 кал/град;

Коэффициент теплопроводности стали — 39ккал/м*час*град;

Коэффициент линейного расширения стали

(при температуре около 20 o C) :

сталь 3 (марка 20) — 11,9 (1/град);

сталь нержавеющая — 11,0 (1/град).

Предел прочности стали при растяжении :

сталь для конструкций — 38-42 (кГ/мм 2 );

сталь кремнехромомарганцовистая — 155 (кГ/мм 2 );

сталь машиноподелочная (углеродистая) — 32-80 (кГ/мм 2 );

сталь рельсовая — 70-80 (кГ/мм 2 );

Модули упругости стали и коэффициент Пуассона

Читать еще:  Розетка с заземлением фото

Модуль Юнга, кГ/мм 2

Модуль сдвига, кГ/мм 2

Стали легированные Стали углеродистые

Величины допускаемых напряжений стали (кГ/мм 2 )

Сталь легированная конструкционная в машиностроении

Сталь углеродистая конструкционная в машиностроении

Свойства некоторых электротехнических сталей

Начальная магнитная проницаемость, гс/эрсm

Максимальная магнитная проницаемость, гс/эрсm

Коэрци- тивная сила, эрсm

Индукция при 25 эрсm , гс

Удельное электрическое сопротивление, ом*мм 2 /м

Э 31 Э 41 Э 42 Э 45 Э 310

250 300 400 600 1000

5500 6000 7500 10000 30000

0,55 0,45 0,4 0,25 0,12

15200 14900 14900 14600 17800

0,52 0,6 0,6 0,62 0,5

Сталь. Классификация

Сталь – деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2%) и другими элементами. Сталь – важнейший материал, применяемый в большенстве отраслей промышленности. К стали, в зависимости от применения, предъявляют разнообразные требования. Существует большое число марок сталей, различающихся по химическому составу, структуре, физическим и механическим свойствам.

Основные хаpaктеристики стали (плотность стали, модуль упругости и модуль сдвига стали, коэффициент линейного расширения и т.д.) приведены на странице» физические свойства стали».

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. Углеродистая сталь наряду с железом и углеродом содержит марганец (0,1-1,0%), кремний (до 0,4%).

Сталь содержит также вредные примеси (фосфор, серу, газы — несвязанный азот и кислород). Фосфор придает стали хрупкость (хладноломкость) при низких температурах, уменьшает пластичность при нагревании. Сера вызывает трещиноватость при высоких температурах (красноломкость).

Для изготовления сварных конструкций в основном применяется углеродистая сталь обыкновенного качества, соответствующая ГОСТ 380-71. Для придания стали каких-либо особых свойств – механических, электрических, магнитных, коррозионной устойчивости и т.д. – в нее вводят так называемые легирующие элементы, как правило, металлы: хром, никель, молибден, алюминий и др. Такие стали называют легированными.

Свойства стали можно изменять, применяя различные виды обработки: термическую (закалка, отжиг), химико-термическую (цементизация, азотирование), термо-механическую (прокатка, ковка). При обработке стали для получения необходимой структуры используют свойство полиморфизма, присущее стали так же, как и их основа – железу. Полиморфизм – способность кристаллической решетки менять свое строение при нагреве и охлаждении. Взаимодействие углерода с двумя модификациями (видоизменениями) железа — α и γ – приводит к образованию твердых растворов. Избыточный углерод, не растворяющийся в α-железе, образует с ним химическое соединение — цементит Fe₃C. При закалке стали образуется метастабильная фаза — мартенсит – пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе. Сталь при этом теряет пластичность и приобретает высокую твердость. Сочетая закалку с последующим нагревом (отпуском), можно добиться оптимального сочетания твердости и пластичности.

По назначению стали делятся на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами. Конструкционные стали применяют для изготовления строительных конструкций, деталей машин и механизмов, судовых и вагонных корпусов, паровых котлов. Инструментальные стали служат для изготовления резцов, штампов и других режущих, ударно-штамповых и измерительных инструментов. К сталям с особыми свойствами относятся электротехнические, нержавеющие, кислотостойкие и др.

По способу изготовления сталь бывает мартеновской и кислородно-конверторной (кипящей, спокойной и полуспокойной). Кипящую сталь сразу разливают из ковша в изложницы, она содержит значительное количество растворенных газов. Спокойная сталь — это сталь, выдержанная некоторое время в ковшах вместе с раскислителями (кремний, марганец, алюминий), которые соединяясь с растворенным кислородом, превращаются в оксиды и выплывают на поверхность массы стали. Такая сталь имеет лучший состав и более однородную структуру, но дороже кипящей на 10-15%. Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей.

В современной металлургии сталь выплавляют в основном из чугуна и стального лома. Основные виды агрегатов для ее выплавки: мартеновская печь, кислородный конвертер, электропечи. Наиболее прогрессивным в наши дни считается кислородно-конвертерный способ производства стали. В то же время развиваются новые, перспективные способы ее получения: прямое восстановление стали из руды, электролиз, электрошлаковый переплав и т.д. При выплавке стали в сталеплавильную печь загружают чугун, добавляя к нему металлические отходы и железный лом, содержащий оксиды железа, которые служат источником кислорода. Выплавку ведут при возможно более высоких температурах, чтобы ускорить расплавление твердых исходных материалов. При этом железо, содержащееся в чугуне, частично окисляется:

2Fe + O₂ = 2FeO + Q

Образующийся оксид железа (II) FeO, перемешиваясь с расплавом, окисляет, кремний, марганец, фосфор и углерод, входящие в состав чугуна:

Si +2FeO = SiO₂ + 2 Fe + Q

Mn + FeO = MnO + Fe + Q

C + FeO = CO + Fe – Q

Чтобы довести до конца окислительные реакции в расплаве, добавляют так называемые раскислители – ферромарганец, ферросилиций, алюминий.

Плотность стали

Плотность стали и её другие физические свойства

Он в зависимости от своего химического состава и области применения разделяются на несколько групп. Так, по химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные.

Плотность стали равна:

Однако в углеродистой стали промышленного производства всегда имеются примеси многих элементов. Присутствие одних примесей обусловлено особенностями производства стали: например, при раскислении в сталь вводят небольшие количества марганца или кремния, которые частично переходят в шлак в виде оксидов, а частично остаются в стали. Присутствие других примесей обусловлено тем, что они содержатся в исходной руде и в малых количествах переходят в чугун, а затем и в сталь. Полностью избавиться от них трудно. Вследствие этого, например, углеродистые стали обычно содержат 0,05 – 0,1% фосфора и серы.

Механические свойства медленно охлажденной углеродистой стали сильно зависят от содержания в ней углерода. Медленно охлажденная сталь состоит из феррита и цементита, причем количество цементита пропорционально содержанию углерода. Твердость цементита намного выше твердости феррита. Поэтому при увеличении содержания углерода в стали её твердость повышается. Кроме того, частицы цементита затрудняют движение дислокаций в основной фазе – в феррите. По этой причине увеличение количества углерода снижает пластичность стали.

Углеродистая сталь имеет широкое применение. В зависимости от назначения применяется сталь с малым или более высоким содержание углерода, без термической обработки (в «сыром» виде – после проката) или с закалкой и отпуском.

Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях для изменения её свойства, называются легирующими элементами, а сталь, содержащая такие элементы, называется легированной сталью. К важнейшим легирующим элементам относятся хром, никель, марганец, кремний, ванадий, молибден.

Различные легирующие элементы по-разному изменяют структуру и свойства стали. Так, некоторые элементы образуют твердые растворы в g-железе, устойчивые в широкой области температур. Например, твердые растворы марганца или никеля в g-железе при значительном содержании этих элементов стабильны от комнатной температуры до температуры плавления. Сплавы железа с подобными металлами называются аустенитными сталями или аустенитными сплавами.

Влияние легирующих элементов на свойства стали обусловлено также тем, что некоторые из них образуют с углеродом карбиды, которые могут быть простыми, напримерMn₃C, Cr₇C₃, а также сложными (двойными), например (Fe, Cr)₃C. Присутствие карбидов, особенно в виде дисперсных включений в структуре стали, в ряде случаев оказывает сильное влияние на её механические и физико-химические свойства.

Назначения и плотность стали

По своему назначению стали делятся на конструкционные, инструментальные и на стали с особыми свойствами. Конструкционные стали применяются для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений. В качестве конструкционных могут использоваться как углеродистые, так и легированные стали. Конструкционные стали обладают высокой прочностью и пластичностью. В то же время они должны хорошо поддаваться обработке давлением, резанием, хорошо свариваться. Основными легирующие компоненты конструкционных сталей – это хром (около 1%), никель (1-4%) и марганец (1-1,5%).

Их применяют для изготовления режущих и измерительных инструментов, штампов. Необходимую твердость обеспечивается содержащийся в этих сталях углерод (в количество от 0,8 до 1,3%). Основной легирующий элемент инструментальных сталей – хром; иногда в них вводят также вольфрам и ванадий. Особую группу инструментальных сталей составляет быстрорежущая сталь, сохраняющая режущие свойства при больших скоростях резания, когда температура рабочей части резца повышается до 600-700 o С. Основные легирующие элементы этой стали – хром и вольфрам.

К группе сталей с особыми свойствами относятся нержавеющие, жаростойкие, жаропрочные, магнитные и некоторые другие стали. Нержавеющие стали устойчивы против коррозии в атмосфере, влаге и в растворах кислот, жаростойкие – в коррозионно-активных средах при высоких температурах. Жаропрочные стали сохраняют высокие механические свойства при нагревании до значительных температур, что важно при изготовлении лопаток газовых турбин, деталей реактивных двигателей и paкетных установок. Важнейшие легирующие элементы жаропрочных сталей – это хром (15-20%), никель (8-15%), вольфрам.

Читать еще:  Устройство карбюратора хускварна 236

Общая хаpaктеристика стали. Плотность стали

Сталь – это не чистый металл, а сплав железа и углерода. Его получают в кислородных конвертерах или в мартеновских печах, сплавляя чугун и стальной лом.

Плотность нержавеющей стали зависит от марки. Она может варьироваться от 7,6 г/см³ до 8,10 г/см³.

Стоит отметить, что если в сплаве железа с углеродом содержание углерода более 2,14%, то этот сплав называют чугуном.

Классификация стали

Существует несколько классификаций:

1. По структурному составу.
2. По химическому составу.
3. По назначению.
4. По качеству.

Классификация по структурному составу

Легированная сталь (или ее сплавы) могут быть:

• в нормализованном состоянии аутенитная, мартенситная, перлитная;
• в отожженном состоянии ферритная, доэвтектоидная, заэвтектоидная, карбидная, аустенитная.

Классификация по химическому составу

В данной группе сталь делится на классы в зависимости от процентного содержания в ее сплаве углерода. Бывают:

1. Низкоуглеродистая или малоуглеродистая. Содержание углерода менее 0,3%.
2. Среднеуглеродистые. Содержание углерода от 0,3% до 0,7%.
3. Высокоуглеродистые. Содержание углерода более 0,7%.

Чистой стали не бывает. Для того чтобы сплав был более крепким и имел необходимые качества, ее легируют, т. е. добавляют легирующие элементы: натрий, хлор, никель, молибден, вольфрам, алюминий и др.

В легированной стали классификация по химическому составу всегда определяется процентом содержания вышеперечисленных легирующих элементов.

Классификация по назначению

Эта классификация достаточно широкая. Здесь выделяют следующие типы: конструкционные, с особыми химическими и физическими свойствами, а также инструментальные.

Конструкционные: строительные, цементируемые, улучшаемые, высокопрочные, для холодной штамповки, автоматные, пружинные, подшипниковые и другие.

Инструментальные: штампованные, для режущих инструментов, для измерительных инструментов.

Общие сведения об изделиях

Средняя плотность стали составляет 8,0 г/см³. Плотность зависит от того, какое количество углерода содержится, какие легирующие вещества были использованы. Плотность нержавеющей стали в среднем равна 7,9 г/см³.

Почти все сплавы, о которых идет речь в этой статье, изготавливается для конструкционного материала, в широком смысле этого слова. Главные качества, необходимые для данного материала, – это прочность и пластичность. Необходимо, чтобы материал выдерживал достаточные нагрузки во время работы и не ломался.

Существует более 1500 марок, каждая из которых предназначается для определенной продукции, поэтому удельная плотность стали сильно отличается у каждой марки.

Например, для того чтобы изготовить подшипники, необходима хромистая специальная шарикоподшипниковая сталь марки ШХ15 и ШХ15СГ. Она отличается высокой твердостью, прочностью и контактной выносливостью. Плотность нержавеющей стали этой марки равна 7,65 г/см³.

Различные упругие элементы, например рессоры, пружины, должны быть изготовлены из материала, который будет хорошо выдерживать высокую деформацию детали. Марки 50ХФА, 30Х13, 03Х12Н10Д2Т обладают такой важной хаpaктеристикой, как высокая упругость, выносливость, текучесть. Плотность стали этих марок равна 7,6 г/см³.

40ХН2МА – это марка сплава, содержащая среднее количество углерода и легирующие элементы, поэтому она имеет высокую прочность и достаточно пластична. Плотность стали данной марки составляет 7,8 г/см³. Из нее делают высокопрочные конструкции.

Человечество с незапамятных времен добывает железо и делает из него различные орудия труда. В настоящее время производство стали является ведущей отраслью. Пpaктически все, что нас окружает, имеет в составе сталь: автомобили, каркасы зданий, предметы обихода, инструменты и др.

Общая хаpaктеристика стали. Плотность стали. Плотность сталь

Плотность стали, значение и примеры

Плотность стали и её другие физические свойства

Он в зависимости от своего химического состава и области применения разделяются на несколько групп. Так, по химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные.

Плотность стали равна:

Однако в углеродистой стали промышленного производства всегда имеются примеси многих элементов. Присутствие одних примесей обусловлено особенностями производства стали: например, при раскислении в сталь вводят небольшие количества марганца или кремния, которые частично переходят в шлак в виде оксидов, а частично остаются в стали. Присутствие других примесей обусловлено тем, что они содержатся в исходной руде и в малых количествах переходят в чугун, а затем и в сталь. Полностью избавиться от них трудно. Вследствие этого, например, углеродистые стали обычно содержат 0,05 – 0,1% фосфора и серы.

Механические свойства медленно охлажденной углеродистой стали сильно зависят от содержания в ней углерода. Медленно охлажденная сталь состоит из феррита и цементита, причем количество цементита пропорционально содержанию углерода. Твердость цементита намного выше твердости феррита. Поэтому при увеличении содержания углерода в стали её твердость повышается. Кроме того, частицы цементита затрудняют движение дислокаций в основной фазе – в феррите. По этой причине увеличение количества углерода снижает пластичность стали.

Углеродистая сталь имеет широкое применение. В зависимости от назначения применяется сталь с малым или более высоким содержание углерода, без термической обработки (в «сыром» виде – после проката) или с закалкой и отпуском.

Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях для изменения её свойства, называются легирующими элементами, а сталь, содержащая такие элементы, называется легированной сталью. К важнейшим легирующим элементам относятся хром, никель, марганец, кремний, ванадий, молибден.

Различные легирующие элементы по-разному изменяют структуру и свойства стали. Так, некоторые элементы образуют твердые растворы в g-железе, устойчивые в широкой области температур. Например, твердые растворы марганца или никеля в g-железе при значительном содержании этих элементов стабильны от комнатной температуры до температуры плавления. Сплавы железа с подобными металлами называются аустенитными сталями или аустенитными сплавами.

Влияние легирующих элементов на свойства стали обусловлено также тем, что некоторые из них образуют с углеродом карбиды, которые могут быть простыми, напримерMn3C, Cr7C3, а также сложными (двойными), например (Fe, Cr)3C. Присутствие карбидов, особенно в виде дисперсных включений в структуре стали, в ряде случаев оказывает сильное влияние на её механические и физико-химические свойства.

Назначения и плотность стали

По своему назначению стали делятся на конструкционные, инструментальные и на стали с особыми свойствами. Конструкционные стали применяются для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений. В качестве конструкционных могут использоваться как углеродистые, так и легированные стали. Конструкционные стали обладают высокой прочностью и пластичностью. В то же время они должны хорошо поддаваться обработке давлением, резанием, хорошо свариваться. Основными легирующие компоненты конструкционных сталей – это хром (около 1%), никель (1-4%) и марганец (1-1,5%).

Их применяют для изготовления режущих и измерительных инструментов, штампов. Необходимую твердость обеспечивается содержащийся в этих сталях углерод (в количество от 0,8 до 1,3%). Основной легирующий элемент инструментальных сталей – хром; иногда в них вводят также вольфрам и ванадий. Особую группу инструментальных сталей составляет быстрорежущая сталь, сохраняющая режущие свойства при больших скоростях резания, когда температура рабочей части резца повышается до 600-700oС. Основные легирующие элементы этой стали – хром и вольфрам.

К группе сталей с особыми свойствами относятся нержавеющие, жаростойкие, жаропрочные, магнитные и некоторые другие стали. Нержавеющие стали устойчивы против коррозии в атмосфере, влаге и в растворах кислот, жаростойкие – в коррозионно-активных средах при высоких температурах. Жаропрочные стали сохраняют высокие механические свойства при нагревании до значительных температур, что важно при изготовлении лопаток газовых турбин, деталей реактивных двигателей и paкетных установок. Важнейшие легирующие элементы жаропрочных сталей – это хром (15-20%), никель (8-15%), вольфрам.

Примеры решения задач

Таблица плотностей металлов, сталей, чугунов и цветных сплавов

В первой таблице представлены плотности чистых металлов: алюминий, медь, никель, молибден и др. Скачать таблицу можно по этой ссылке

Во второй таблице представлены плотности сталей, чугунов и некоторых цветных сплавов, в т.ч. алюминиевых медных, титановых сплавов и т.д. Скачать таблицу с плотностями сталей, чугунов и цветных сплавов можно по этой ссылке

Плотность — это физическая величина, которая определяет отношение массы тела к занимаемому этим телом объему. Различают истинную плотность, которая не учитывает пустоты в теле и удельную плотность, которая рассчитывается, как отношение массы тела к его реальному объему