Плотность стали: диаграммы плотности различных сталей
Сталь, без сомнения, является самым востребованным металлом этого столетия. Существует множество марок стали, каждая из которых обладает уникальными характеристиками. Эти стали различаются по составу и плотности. В сегодняшней статье давайте сосредоточимся на плотности марок стали и их значении в практической жизни.
Рисунок 1: Плотность стали
Введение в плотность стали
Железо и углерод являются двумя основными составляющими стали. Другие легирующие металлы, такие как марганец, хром, никель, молибден и т. д., также могут присутствовать. Тип стали зависит от элементного состава.
По данным AISI (Американский институт чугуна и стали), вы найдете стали 4 категорий. Например,
- Углеродистая сталь
- Легированная сталь
- Нержавеющая сталь
- Инструментальная сталь
По-видимому, физические свойства, например плотность стали, изменяются в зависимости от ее состава и типа.
Проще говоря, плотность — это фундаментальное физическое свойство, которое является мерой массы объекта на единицу объема. Обычно она обозначается символом «ρ» и выражается такими единицами, как килограммы на кубический метр (кг/м³) или граммы на кубический сантиметр (г/см³).
Плотность играет важную роль в оптимизации выбора материалов, проектирования, контроля качества и анализа проектирования и производства.
Обычно сталь имеет плотность в диапазоне от 7,75 до 8,05 (г/см³) или от 7750 до 8050 кг/м³. Как уже упоминалось, плотность определяется составом стали.
Сравнение плотности стали
Чтобы лучше понять эту тему, давайте сравним плотность стали с другими материалами. Давайте сначала возьмем алюминий. Его плотность ниже, чем у стали, между 2,70 г/см³ и 2,90 г/см³. Таким образом, сталь — это легкий сплав, который весит значительно меньше стали.
Далее, титан имеет наилучшее соотношение прочности к весу и плотность, эквивалентную 4,5 г/см³. Таким образом, он легче стали, но плотнее алюминия.
Рисунок 2: Плотность стали
Таблица плотности наиболее распространенных сталей
| Тип стали | Оценка | Состав (основные элементы, кроме Fe и C) | Плотность (г/см³) | Плотность (кг/м³) | Плотность (фунт/дюйм³) |
| Углеродистая сталь | Низкоуглеродистая сталь | – | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| Среднеуглеродистая сталь | – | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| Высокоуглеродистая сталь | – | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| Легированная сталь | 4140 | Хром, Молибден | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 4340 | Хром, никель, молибден | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| 8620 | Хром, никель, молибден | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| Нержавеющая сталь | 304 | Хром (18%), Никель (8%) | 7.93 | 7930 | 0.287 |
| 316 | Хром (16-18%), Никель (10-14%), Молибден | 8.00 | 8000 | 0.289 | |
| 410 | Хром (12-14%) | 7.70 | 7700 | 0.278 | |
| 430 | Хром (16-18%) | 7.70 | 7700 | 0.278 | |
| Инструментальная сталь | Д2 | Хром (11-13%), молибден, ванадий | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| Н13 | Хром, молибден, ванадий | 7.80 | 7800 | 0.282 | |
| М2 | Молибден, Вольфрам, Ванадий | 8.0-8.3 | 8000-8300 | 0.289-0.300 | |
| Быстрорежущая сталь | Т1 | Вольфрам, молибден, ванадий | 8.5 | 8500 | 0.307 |
| М42 | Молибден, кобальт, вольфрам, хром | 8.3 | 8300 | 0.300 | |
| Стойкая к атмосферным воздействиям сталь | А242 | Хром, Никель | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| А588 | Хром, Никель | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| Конструкционная сталь | А36 | – | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| А992 | Ванадий или ниобий | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| Мартенситная сталь | 250 | Никель, кобальт, молибден, титан | 8.1 | 8100 | 0.293 |
| 300 | Никель, кобальт, молибден, титан | 8.1 | 8100 | 0.293 | |
| Дуплексная нержавеющая сталь | 2205 | Хром (22%), Никель (5%), Молибден (3%) | 7.80 | 7800 | 0.282 |
| Супердуплексная нержавеющая сталь | 2507 | Хром (25%), Никель (7%), Молибден (4%) | 7.80 | 7800 | 0.282 |
| Кремниевая сталь | Зерновой | Кремний (3%) | 7.65 | 7650 | 0.276 |
| Пружинная сталь | 5160 | Хром (0,7-0,9%) | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 1095 | – | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| Хэдфилд Стил | – | Марганец (приблизительно 12%), Кремний | 7.87 | 7870 | 0.285 |
| Легкообрабатываемая сталь | 12L14 | Свинец, сера | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| Азотная сталь | – | Азот | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| Электротехническая сталь | Неориентированный | Кремний (2-3.5%) | 7.65 | 7650 | 0.276 |
| Криогенная сталь | 9% Никель | Никель (9%) | 8.00 | 8000 | 0.289 |
| HSLA (высокопрочная низколегированная) сталь | – | Зависит от конкретного сорта | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| Сверхвысокопрочная сталь | – | Легирующие элементы, такие как ниобий, титан | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| Оцинкованная сталь | – | Цинковое покрытие | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| Борсодержащая сталь | – | Бор | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| Рельсовая сталь | – | Хром, Марганец | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| Арматурная сталь | – | – | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| IF (беспримесная) сталь | – | Титан или ниобий (для фиксации интерстициальных элементов) | 7.85 | 7850 | 0.284 |
Другие марки стали и их плотности
| Обычные стали | Плотность (г/см³) | Плотность (кг/м³) | Примечательные особенности |
| Сталь AISI 1018 | 7,87 г/см³ | 7870 кг/м³ | Хорошая закалка |
| Сталь AISI 1020 | 7,87 г/см³ | 7870 кг/м³ | Пластичность и прочность |
| Сталь AISI 1045 | 7,85 г/см³ | 7850 кг/м³ | Прочность и термообрабатываемость |
| СС 303 | 7,92 г/см³ | 7920 кг/м³ | Отличная обрабатываемость |
| Сталь ASTM A36 | 7,85 г/см³ | 7850 кг/м³ | Хорошая прочность и свариваемость |
| Сталь AISI 4130 | 7,85 г/см³ | 7850 кг/м³ | Превосходная прочность |
Плотность стали и ее значение
При выборе материала для продукта или проекта вы учитываете различные физические свойства этого металла. Плотность играет решающую роль в этом процессе выбора, влияя на следующие факторы. Например,
1. Весовые характеристики
Плотность напрямую связана с весом материала. В зависимости от области применения необходимо учитывать вес металла. Например, легкие материалы, используемые в аэрокосмической и автомобильной промышленности, обеспечивают лучшую топливную экономичность, производительность и грузоподъемность.
2. Проектирование конструкций
Инженер учитывает нагрузки при проектировании конструкций. Поэтому он выбирает материалы, имеющие соответствующую плотность для поддержания целостности и безопасности конструкции.
3. Воздействие на окружающую среду
Материал с низкой плотностью, такой как алюминий и титан, может помочь снизить углеродный след в транспортной отрасли. Кроме того, он улучшает пробег и расход топлива.
4. Конкретные применения
Каждое приложение имеет особые потребности, такие как коррозионная стойкость, теплопроводность или магнитные свойства. Инженеры-конструкторы находят баланс между плотностью и другими характеристиками материала, чтобы гарантировать, что приложение будет работать эффективно и долго.
Рисунок 3: Плотность различных марок стали
Заключение
Плотность стали имеет решающее значение при выборе материала для продукта или конструкции. Простая ошибка может привести к нежелательным трещинам и несчастным случаям. Если у вас возникли проблемы с проектированием или разработкой продукта, свяжитесь с нами в Tuling. Наша команда экспертов готова помочь вам с решениями по производству металла от А до Я.
