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.
Сколько весит металл?
Удельный вес металлов в килограммах и тоннах.
Удельный вес сплавов в килограммах и тоннах.
Источник
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 характеристика
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.
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.
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.
