Удельный вес металла. Таблица плотности металлов и сплавов
Таблицы плотности металлов и сплавов
Все металлы обладают определенными физико-механическими свойствами, которые, собственно говоря, и определяют их удельный вес. Чтобы определить, насколько тот или иной сплав черной или нержавеющий стали подходит для производства рассчитывается удельный вес металлопроката. Все металлические изделия, имеющие одинаковый объем, но произведенные из различных металлов, к примеру, из железа, латуни или алюминия, имеют различную массу, которая находится в прямой зависимости от его объема. Иными словами, отношение объема сплава к его массе — удельная плотность (кг/м3), является постоянной величиной, которая будет характерной для данного вещества. Плотность сплава рассчитывается по специальной формуле и имеет прямое отношение к расчету удельного веса металла.
Удельным весом металла называется отношение веса однородного тела из этого вещества к объему металла, т.е. это плотность, в справочниках измеряется в кг/м3 или г/см3. Отсюда можно вычислить формулу как узнать вес металла. Чтобы это найти нужно умножить справочное значение плотности на объем.
В таблице даны плотности металлов цветных и черного железа. Таблица разделена на группы металлов и сплавов, где под каждым наименованием обозначена марка по ГОСТ и соответствующая ей плотность в г/см3 в зависимости от температуры плавления. Для определения физического значения удельной плотности в кг/м3 нужно табличную величину в г/см3 умножить на 1000. Например, так можно узнать какова плотность железа — 7850 кг/м3.
Наиболее типичным черным металлом является железо. Значение плотности — 7,85 г/см3 можно считать удельным весом черного металла на основе железа. К черным металлам в таблице относятся железо, марганец, титан, никель, хром, ваннадий, вольфрам, молибден, и черные сплавы на их основе, например, нержавеющие стали (плотность 7,7-8,0 г/см3), черные стали (плотность 7,85 г/см3) в основном используют производители металлоконструкций в Украине , чугун (плотность 7,0-7,3 г/см3). Остальные металлы считаются цветными, а также сплавы на их основе. К цветным металлам в таблице относятся следующие виды:
Таблица. Удельный вес металлов, свойства, обозначения металлов, температура плавления
Металл, обозначение
Атомный вес
Температура плавления, °C
Удельный вес, г/куб.см
Цинк Zn (Zinc)
65,37
419,5
7,13
Алюминий Al (Aluminium)
26,9815
659
2,69808
Свинец Pb (Lead)
207,19
327,4
11,337
Олово Sn (Tin)
118,69
231,9
7,29
Медь Cu (Сopper)
63,54
1083
8,96
Титан Ti (Titanium)
47,90
1668
4,505
Никель Ni (Nickel)
58,71
1455
8,91
Магний Mg (Magnesium)
24
650
1,74
Ванадий V (Vanadium)
6
1900
6,11
Вольфрам W (Wolframium)
184
3422
19,3
Хром Cr (Chromium)
51,996
1765
7,19
Молибден Mo (Molybdaenum)
92
2622
10,22
Серебро Ag (Argentum)
107,9
1000
10,5
Тантал Ta (Tantal)
180
3269
16,65
Железо Fe (Iron)
55,85
1535
7,85
Золото Au (Aurum)
197
1095
19,32
Платина Pt (Platina)
194,8
1760
21,45
При прокате заготовок из цветных металлов необходимо еще точно знать их химический состав, поскольку от него зависят их физические свойства. Например, если в алюминии присутствуют примеси (хотя бы и в пределах 1%) кремния или железа, то пластические характеристики у такого металла будут гораздо хуже. Другое требование к горячему прокату цветных металлов – это предельно точная выдержка температуры металла. К примеру, цинк требует при прокатке температуры строго 180 градусов — если она будет чуть выше или чуть ниже, капризный металл резко утратит пластичность. Медь более «лояльна» к температуре (ее можно прокатывать при 850 – 900 градусах), но зато требует, чтобы в плавильной печи непременно была окислительная (с повышенным содержанием кислорода) атмосфера — иначе она становится хрупкой.
Удельный вес металлов определяют чаще всего в лабораторных условиях, но в чистом виде они весьма редко применяются в строительстве. Значительно чаще находится применение сплавам цветных металлов и сплавам черных металлов, которые по удельному весу подразделяют на легкие и тяжелые.
Легкие сплавы активно используются современной промышленностью, из-за их высокой прочности и хороших высокотемпературных механических свойств. Основными металлами подобных сплавов выступают титан, алюминий, магний и бериллий. Но сплавы, созданные на основе магния и алюминия, не могут использоваться в агрессивных средах и в условиях высокой температуры.
В основе тяжелых сплавов лежит медь, олово, цинк, свинец. Среди тяжелых сплавов во многих сферах промышленности применяют бронзу (сплав меди с алюминием, сплав меди с оловом, марганцем или железом) и латунь (сплав цинка и меди). Из этих марок сплавов производятся архитектурные детали и санитарно-техническая арматура.
Ниже в справочной таблице приведены основные качественные характеристики и удельный вес наиболее распространенных сплавов металлов. В перечне представлены данные по плотности основных сплавов металлов при температуре среды 20°C.
Список сплавов металлов
Плотность сплавов (кг/м 3 )
Адмиралтейская латунь — Admiralty Brass (30% цинка, и 1% олова)
Для расчета веса или длины металлопроката по удельному весу нужной марки — существует специальный калькулятор металла.
См. также таблицы:
Удельный вес титана, никеля, цинка
Определение удельного веса металлов.
Современная наука уже давно шагнула вперед по сравнению с технологиями, которые использовались на заре развития тяжелой промышленности, и может предложить различные вариации сплавов металлов, отличающихся друг от друга не только по своим качественным характеристикам, но и по физико-химическим свойствам. Для того, чтобы определить, насколько тот или иной сплав черной или нержавеющий стали подходит для производства рассчитывается его удельный вес. Все тела, имеющие одинаковый объем, но произведенные из различных веществ, к примеру, из железа, латуни или алюминия, имеют различную массу, которая находится в прямой зависимости от его объема. Иными словами, отношение объема сплава к его массе является постоянной величиной, которая будет характерной для данного вещества. Плотность вещества рассчитывается по специальной формуле и имеет прямое отношение к расчету удельного веса металла.
Удельным весом металла называется отношение веса Р однородного тела из этого вещества к объему металла. Он обозначается γ. Тогда, согласно формуле удельный вес металлов расчитывается как:
Также не стоит забывать, что удельный вес металла есть сила тяжести непосредственно взятого за основу объема данного вещества.
Удельный вес металла и его плотность находятся в таком же соотношении друг к другу, как вес и масса тела, и поэтому удельный вес можно определить по формуле:
За единицу удельного веса металла (нержавеющей стали, латуни, чугуна, меди, бронзы и т.д.) принимается:
— в системе СГС —1 дин/см 3 ,
— в системе СИ — 1 н/м 3 ,
— в системе МКСС— 1 кГ/м 3 .
Все эти значения единицы связаны между собой соотношением
0,1 дин/см 3 = 1 н/м 3 = 0,102 кГ/м 3 .
При определении удельного веса металла также возможно использование внесистемной единицы 1 Г/см 3 .
Поскольку масса вещества, выраженная в г, равна его весовому значению, выраженному в Г, то удельный вес металла, выраженный в данных единицах, по своей численности равен плотности этого металла, которая будет выражена в системе СГС. Подобное же числовое равенство можно проследить и между удельным весом в системе МКСС и плотностью в системе СИ.
Таким образом, удельным весом металла называется вес единицы объема безусловного плотного (непористого) материала. Для обозначения удельного веса следует массу сухого материала поделить на его объем в полностью плотном состоянии — фактически это и есть формула определения веса металла. Для того, чтобы добиться подобного результата, металл необходимо привести в такое состояние, чтобы в его частицах не было пор, а структура была полностью однородной.
Все известные и применяемые в промышленности металлы обладают определенными физико-механическими свойствами, которые, собственно говоря, и определяют их удельный вес. Существует несколько основополагающих критериев, уникализирующих тот или иной металл или сплав.
Особенности металлов и их качественные и весовые характеристики
Для того, чтобы более точно иметь представление о спецификациях каждого вида металлов необходимо определиться, что же все-таки понимается под данной группой веществ.
Металлами именуются вещества, обладающие характерными свойствами, среди которых можно назвать высокую прочность, тепло- и электропроводность, пластичность, особый металлический блеск, характерный для каждой группы. Металлические элементы входят в почти 3/4 всех известных в природе элементов, но не все могут находить широкое применение в промышленности. Некоторые из них в своем истинном состоянии и удельном весе встречаются достаточно редко. Из наиболее важных и ценных для технологических процессов и производства металлов лишь небольшая часть содержится в земной коре. Это железо, алюминий, магний, титан и т.д.
Удельный вес чугуна
Черные металлы (черная сталь, чугун) — техническое название железных сплавов и самого железа. В течение тысячелетий они были основополагающими в изготовлении орудий труда. Несмотря на стабильный рост продукции химической промышленности, цветной металлургии, тяжелой промышленности, чёрные металлы по-прежнему считаются главным конструкционным материалом во многих отраслях деятельности человека. По производственным объемам большинства важнейших видов изделий черной металлургии (железной руды, чугуна, стали, стальных труб, кокса, огнеупоров) Россия занимает достойное место лидера во всем мире. Черные металлы подразделяются на чугуны и стали в зависимости от содержания углерода и своего удельного веса.
Чугун — это сплав углерода с железом при содержании углерода более 2,13%. Чугун наделен небольшой способностью к пластической деформации и отличными литейными свойствами. В его составе содержатся графитовые включения — форма и размер которых определяют тип чугуна и его сферу его применения. Серый чугун — это материал, в котором углерод содержится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита. Высокопрочный чугун содержит в своем составе углерод в форме шаровидного графита, и используется для изготовления деталей, которые в процессе эксплуатации подвергаются значительным механическим нагрузкам. Ковкий чугун может иметь повышенные характеристики пластичности, если его сравнивать с вышеуказанным чугуном. Он применяется в производстве деталей, где необходимы более высокие уровни механических свойств.
Удельный вес чугуна и его сплавов определяется весомодного его кубического сантиметра, который выражен в граммах. Чем больше показатель удельного веса металла, тем более тяжелым может получиться готовое изделие. В приведенной ниже таблице проиллюстрированы типичные физические свойства и удельный вес, характерный для определенных типов чугуна.
Таблица 1. Типичные физические свойства и удельный вес чугуна
Тип чугуна
Удельный вес Г/см3
Коэффициент теплового линейного расширения a·10 -в 1/ о С, при температурах 20-100 о С
Теплоемкость в кал/Г · о С
Остаточный магнетизм в гс
Примечание, с повышением температуры: «+» — повышается; «-» — понижается
Белый
7,5±0,2
8±2
0,13±0,02
5000±1000
«-»
Серый
7,1±0,2
10±2
0,12±0,02
5000±1000
«+»
Ковкий
7,3±0,1
11±1
0,12±0,02
5000±1000
«-»
Так как существует большое количество марок стали, химический состав которых очень отличается, то все удельные веса стали вынесены в отдельную статью.
Цветные металлы
Цветные металлыпредставляют собой значимый и важный перечень веществ для металлургической промышленности. Но добыча их ограничена природными геологическими источниками и является длительным и трудоемким процессом. Использование лома данной категории металлов позволяет экономично и грамотно расходовать невосполнимые ресурсы страны, повышая этим производительность металлургической отрасли. Удельный вес металлов в чистом виде можно определять чаще всего в лабораторных условиях, но их натуральные качества весьма редко применяются в строительстве. Значительно чаще находится применение сплавам цветных металлов, которые по удельному весу подразделяют на легкие и тяжелые.
Легкие сплавы активно используются современной промышленностью, из-за их высокой прочности и хороших высокотемпературных механических свойств. Основными металлами подобных сплавов выступают титан, алюминий, магний и бериллий. Но сплавы, созданные на основе магния и алюминия, не могут использоваться в агрессивных средах и в условиях высокой температуры.
В основе тяжелых сплавов лежит медь, олово, цинк, свинец. Среди тяжелых сплавов во многих сферах промышленности применяют бронзу (сплав меди с алюминием, сплав меди с оловом, марганцем или железом) и латунь (сплав цинка и меди). Из этих сплавов производятся архитектурные детали и санитарно-техническая арматура.
Ниже приведены основные качественные характеристики и удельный вес наиболее распространенных цветных металлов.
Таблица 5. Химические свойства и удельный вес цветных 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
Кроме необъемной группы легких металлов, таких как алюминий, магний, которые имеют удельный вес не более 3, большинство металлов может иметь значительный удельный вес отдельно. К примеру, благодаря большому удельному весу платины (21,45) и золота (19,32), встречающиеся в природном виде, они могут добываться при помощи метода отмывки от сравнительно легких частиц песка, глины, сопровождающих их в разных слоях почвы.
Малый удельный вес некоторых металлов имеет очень важное значение при строительстве и проектировании самолетов, и поэтому на данный момент легкие сплавы и их характеристики особенно тщательно изучаются.
Для расчета какого-либо металлопроката по удельному весу — для этого существует специальный калькулятор металла.
См. также таблицы:
