Gęstość stali w kg/m3. Stale węglowe i stopowe

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Stal jest najpowszechniejszym materiałem metalicznym w przemyśle, na podstawie którego powstają konstrukcje i narzędzia o pożądanych właściwościach. W zależności od przeznaczenia tego materiału zmienia się wiele jego właściwości fizycznych, w tym gęstość. W tym artykule rozważymy, jaka stal ma gęstość w kg / m3.

Co to jest stal i jak to jest?

Zanim podamy tabele gęstości stali w kg/m3, zapoznajmy się z samym materiałem. Stal w metalurgii to stop żelaza z węglem, którego zawartość nie przekracza 2,1 procenta atomowego. Jeśli jest więcej węgla, w układzie zaczyna tworzyć się grafit, co prowadzi do gwałtownej zmiany właściwości stopu. W szczególności wzrasta jego twardość i kruchość, a maleje plastyczność. Jeśli zawartość węgla przekracza 2,1%, stop nazywa się żeliwem.

Najważniejszą rzeczą do zrozumienia jest to, że stal jest stopem żelaza z innymi pierwiastkami, które działają jak zanieczyszczenia. Jeśli żelazo stanie się składnikiem nierdzeniowym,wtedy ten stop nie jest stalą.

Stale są bardzo różne. Tak więc niska zawartość węgla prowadzi do powstania klasy materiałów konstrukcyjnych. Jego wyższa zawartość tworzy klasę stali narzędziowych. Oprócz węgla istnieją materiały stopowe z różnymi pierwiastkami. Na przykład dodanie ponad 13% chromu prowadzi do powstania materiałów nierdzewnych, a duża zawartość molibdenu i wolframu tworzy klasę stali skrawających.

Co decyduje o gęstości stali?

Istnieje wiele czynników, które określają gęstość stali w kg/m3. Należą do nich:

• gęstość samego żelaza dla danej sieci krystalicznej;
• ilość i rodzaj zanieczyszczeń;
• obecność faz.

Spośród tych czynników pierwszy jest najważniejszy, ponieważ to żelazo jest podstawą rozważanych stopów. Jak wiadomo, może istnieć w dwóch sieciach krystalicznych: bcc (sześcienny skupiony na ciele) i fcc (sześcienny skupiony na twarzy).

Pierwszy rodzaj siatki tworzy tak zwane stale ferrytyczne, drugi - austenityczne. Sieć fcc jest gęsto upakowana, podczas gdy sieć bcc ma luźniejsze upakowanie atomów. Jednak gęstość stali ferrytycznych jest na ogół wyższa niż stali austenitycznych. Powód tego jest prosty, faktem jest, że fcc jest stabilną strukturą tylko w wysokich temperaturach dla czystego żelaza, a wszystkie metale znacznie rozszerzają się po podgrzaniu. To ostatnie prowadzi do spadku gęstości.

Stale węglowe

Jaka jest gęstość stali węglowej? Ogólnie można powiedzieć, że jest nieco niższa niż gęstość czystego żelaza BCC (7874 kg/m3). Ten niewielki spadek wynika z faktu, że węgiel w siatce BCC zajmuje pory oktaedryczne. Sama gęstość węgla w strukturach diamentu i grafitu jest bardzo niska, więc jego dodatek do żelaza zmniejsza jego średnią gęstość. Ponieważ atomy węgla zajmują duże pory oktaedryczne, nieznacznie zwiększają średni parametr sieci, co wpływa na nieznaczny spadek rozważanego parametru. Poniżej znajduje się tabela gęstości stali w kg/m3 w zależności od gatunku i temperatury.

Stale stopowe

Jak wspomniano, obejmuje to wszelkie stopy na bazie żelaza, które oprócz węgla zawierają inne pierwiastki, takie jak chrom, nikiel, wolfram, wanad i tak dalej. Tak więc gęstość stali nierdzewnej 12X18H9, zawierającej oprócz chromu, nikiel, w temperaturze pokojowej wynosi 7900 kg/m3, czyli jest wyższa niż gęstość czystego żelaza BCC. Jeśli w „stali nierdzewnej” nie ma niklu, jego gęstość będzie niższa niż w przypadku czystego żelaza, ponieważ atom chromu jest lżejszy niż żelazo.

Najgęstsze są stale szybkotnące. Zawierają duże ilości metali ciężkich, takich jak molibden i wolfram. Ich gęstość może osiągnąć 8800 kg/m3.