Металл с самым маленьким удельным весом

redactor

3 года назад

Металл с самым маленьким удельным весом

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:

− легкие — магний, алюминий;

− благородные металлы (драгоценные) — платина, золото, серебро и полублагородная медь;

− легкоплавкие металлы – цинк, олово, свинец.

Удельный вес цветных металлов

Таблица. Удельный вес металлов, свойства, обозначения металлов, температура плавления

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.

Таблица удельного веса сплавов металлов

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)

Алюминиевая бронза — Aluminum Bronze (3-10% алюминия)

Баббит — Antifriction metal

Бериллиевая бронза (бериллиевая медь) — Beryllium Copper

Удельный вес металла

При проектировании деталей и металлоконструкций необходимо знать сколько будет весить готовое изделие или сооружение. Эта характеристика важна для работы механизмов, расчетов нагрузок на опоры. Образцы одного объема и формы, выполненные из разных материалов имеют разные показатели массы, ускорения. Это же относится к сравнению металлических сплавов одной группы. Что такое удельный вес металла, как его определить?

Удельным называют вес абсолютно плотного вещества. Для измерения следует привести материал в такое состояние, в котором в структуре отсутствуют поры и посторонние включения. Расчет проводят по формуле:

где P — вес однородного тела, V — его объем

Принято несколько систем вычисления с разными единицами измерения.

СГС (дин/см³): 1 дина — это сила, которая сообщает ускорение 1 см/с² телу массой в 1 г. Метод был разработан в 1832 г., позже признан сложно применимым и исключен из инженерных расчетов, но применяется до сих пор в физике и астрофизике.
СИ (Н/м³): международная система измерения для обозначения физических характеристик, для учета используют силу тяжести в ньютонах на кубический метр объема.
МКГСС (кГ/м³): импульс, сообщающий телу m=1 кг, ускорение, равное ускорению свободного падения, но в горизонтальной плоскости. Методика не принята стандартами ГОСТ с 60-х годов, но используется в промышленности благодаря измерительным приборам, функционирующим в МКГСС.

Эти единицы измерения легко конвертировать: 0,1 дин/см³= 1 Н/м³= 0,102кГ/м³. Для удобства вычислений в металлургии используют обозначения в кубических сантиметрах и метрах. Это зависит от ценности и расхода сырья. Иногда Ƴ путают с плотностью. Действительно, их вычисляют по похожим формулам. Однако плотность (P=m/V) рассчитывают для любых тел и веществ, и даже пространств (межгалактические и межзвездные среды), а не только для абсолютно плотных.

Величина меняется в зависимости от температуры среды. Определение “весит” указывает на силу, с которой тело воздействует на подвес или поверхность, она имеет направленный вектор: Р (в ньютонах)=mg (масса в кг*ускорение свободного падения м/с²). Там, где важна высокая точность, значение g варьируется от 9,780 на экваторе Земли до 9,82 на полюсах. Во всех остальных случаях допускается округление до 10. Масса тел постоянна.

Удельный вес цветных металлов

Цветмет — ограниченное и ценное сырье, каждый материал обладает уникальными свойствами: свинец и олово смягчают трение механизмов, алюминий легкий и безопасный, из его сплавов делают самолеты и упаковку для пищи. Величину Ƴ вычисляют в лабораторных условиях. Она соотносится с температурой плавления — фазовым переходом из твердого состояния в жидкое под воздействием нагрева и давления. В этом же терморежиме происходит и обратный процесс.

Таким образом, t плавления = t кристаллизации.

Это совпадение возможно только для идеально чистых однородных веществ, не содержащих примесей. Именно эти цифры указывают в справочниках.

Таблица удельного веса 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

Таблица удельного веса сплавов

Адмиралтейская латунь — Admiralty Brass (30% цинка, и 1% олова)

Алюминиевая бронза — Aluminum Bronze (3-10% алюминия)

Баббит — Antifriction metal

Бериллиевая бронза (бериллиевая медь) — Beryllium Copper

Дельта металл — Delta metal

Желтая латунь — Yellow Brass

Фосфористые бронзы — Bronze — phosphorous

Обычные бронзы — Bronze (8-14% Sn)

Ковкий чугун — Wrought Iron

Красная латунь (мало цинка) — Red Brass

Латунь, литье — Brass — casting

Латунь, прокат — Brass — rolled and drawn

Легкие сплавы алюминия — Light alloy based on Al

Легкие сплавы магния — Light alloy based on Mg

Марганцовистая бронза — Manganese Bronze

Нержавеющая сталь — Stainless Steel

Нейзильбер — Nickel silver

Припой 50% олово/ 50% свинец — Solder 50/50 Sn Pb

Светлый антифрикционный сплав для заливки подшипников =штейн с содержанием 72-78% Cu — White metal

Свинцовые бронзы, Bronze — lead

Углеродистая сталь — Steel

Чугуны — Cast iron

Электрум (сплав золота с серебром, 20% Au) — Electrum

Все вещества имеют разную молекулярную структуру и межатомное расстояние, поэтому вес атома не всегда точно соотносится с удельным. Человечество научилось применять эти свойства во благо. Тяжесть золота относительно минералов позволила золотоискателям отмывать песчинки в ручье, в то время как легкие титан и алюминий дали возможность подняться в небо.

Ни один металлический элемент таблицы Менделеева невозможно получить в чистом состоянии: чистота электротехнической бескислородной меди 99,999%.

Ее применяют только в высокоточной аппаратуре, так как удаление примесей требует использования сложных технологий. Для производства проводников достаточно 99,9. Многие цветные металлы используются исключительно в сплавах: дюраль, мельхиор, бронза, латунь и др.

Марочные сплавы не имеют точной температуры плавления, только переходные диапазоны. При расчетах и проектировании показатель Ƴ= P/V не используют, но устанавливается плотность, присущая каждой марке. Например у латуни ЛМцА57-3-1 она равна 8100 кг/м³. Из этой марки производят детали для морских судов. Благодаря значению можно вычислить сколько сырья потребуется для производства партии и каждой детали в отдельности. Слитки с недостаточным соотношением массы и объема будут низкого качества, вероятно в их структуре присутствуют включения газов и оксидов.

Удельный вес чугуна

Железо — один из самых распространенных элементов в земной коре. Это важнейший конструкционный материал, стойкий к механическим нагрузкам. Из железных руд выплавляют чугун — сплав на основе железа и углерода. Если уменьшить углеродную составляющую — получится сталь.

Чистое железо, синтезированное лабораторным путем, весит 7,874 г/см³ или 7874 кг/м³. Его t плавления 1538⁰, но предварительно оно претерпевает ряд превращений по кристаллическому признаку, поэтому при выплавке чугуна достигать этого нагрева не требуется.

Ƴ чугуна вычислить невозможно, так как его физические свойства зависят от массовой доли углерода и его состояния: формирование включений графита или карбидных соединений. Для обозначения параметра используют диапазон величин, присущий типу.

Белый: 7-7,8 г/см³ — получают в результате быстрого охлаждения расплава, структура с максимальным содержанием карбидов железа неустойчива и распадается при механических воздействиях, резких перепадах температур, излом белого цвета. Металл твердый и хрупкий, используется в качестве сырья для изготовления других марок.
Серый: 6,6-7,8 г/см³ — в расплав добавляют кремний, углерод выпадает из структуры и формирует включения графита между ячейками. Легирование делает чугун легче.
Ковкий — производят путем термической обработки белых чугунных слитков. В зависимости от терморежима часть углерода образует графитовые хлопья и сплав лучше поддается пластической деформации. Стандартами установлены значения плотности для каждой марки.

В результате изменения режимов охлаждения получают промежуточные варианты. Благодаря легирующим добавкам на рынке представлены жаростойкие, антифрикционные, износостойкие, коррозионностойкие и другие чугуны. Самые легкие из применяемых марок имеют показатель P=m/V равный 6,8 г/см³, у быстрорежущих сталей он достигает 8.

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	«-»

Вывод

Удельный вес — это сила воздействия на подвес или поверхность, рассчитанная в ньютонах для тела из абсолютно плотного вещества, не имеющего в своем составе посторонних включений.

На практике такого состояния достичь невозможно. Лабораторная величина соотносится со строением атома, типом кристаллической решетки.

При создании марок черных и цветных металлов знание Ƴ помогает заранее вычислить плотность новой разработки. Значение необходимо в научных и промышленных отраслях, в точном конструировании, компьютерном моделировании. Установленные показатели в килограммах на кубический метр представлены в стандартах ГОСТ, для удобства расчета закупок и распределения металлопроката можно использовать специальные онлайн-калькуляторы, или зная форму полуфабриката, посчитать объем затраченного сырья по геометрической формуле. Так, при продаже арматуры применяют тоннаж, для ювелирных изделий указывают граммы.

Для удобства воспользуйтесь нашим марочником стали.

Удельный вес металлов

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 весом одного 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.

Так как существует большое количество марок стали, химический состав которых очень отличается, то все удельные веса стали вынесены в отдельную статью.

Цветные металлы

Цветные металлы представляют 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.

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.

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.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Плотность и удельный вес металлов и их сплавов

Во всех сферах человеческой деятельности применяются изделия из металлов. Металлы в научном смысле представляют собой простые вещества, обладающие специфическими свойствами (металлическим блеском, ковкостью, высокой электропроводностью). В быту и на производстве часто используют их сплавы с другими элементами. Эти затвердевшие расплавы также обычно называют металлами.

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.

Определение массы изделия

Все современные справочные материалы, ГОСТ и технические условия предприятий скорректированы в соответствии с международной классификацией.

Пользуясь справочными таблицами плотностей различных материалов, легко определить их массу. Это особенно актуально, когда предметы тяжёлые или отсутствуют соответствующие весы. Для этого требуется знать их геометрические параметры. Чаще всего узнать требуется массу предмета в форме цилиндра, трубы или параллелепипеда:

Металлические прутки имеют форму цилиндра. Зная диаметр и длину, легко узнать массу. Масса равна плотности, умноженной на объём. Находим объём предмета. Он получается умножением площади сечения на длину. Площадь круга, зная диаметр, определить несложно. Диаметр в квадрате умножается на 3,14 (число пи), делится на 4.
Массу трубы получаем аналогично. При нахождении площади берём разницу между внешним и внутренним диаметром сечения.
Чтобы определить массу листа, блюма, сляба или прутка прямоугольного сечения, определяем объём, перемножая длину, высоту и толщину. Умножаем на плотность из справочника.

При таких вычислениях всегда допускается маленькая погрешность, ведь формы не идеальны. На практике ей можно пренебречь. Производители металлоизделий разработали специальные калькуляторы вычисления массы для пользователей. Достаточно ввести уникальные размеры в соответствующие окна и получить результат.

Что такое удельный вес

Удельным весом называют плотность, умноженную на ускорение свободного падения (силу тяжести) или отношение веса тела к его объёму. Путать его с плотностью недопустимо. Однако часто это происходит из-за смешения понятий массы и веса. Вес тела, а следовательно и удельный вес, изменяется в зависимости от силы тяжести. Он не является постоянной величиной. В зависимости от места, где находится предмет, он имеет разные значения. Эта физическая величина будет разной даже в разных точках Земли. Ускорение свободного падения на экваторе больше, чем на полюсах. Масса и плотность постоянны.

К примеру, можно вычислить удельный вес серебра. На Земле эта величина будет составлять 10500 кг/м³ (плотность чистого металла). Умножив на 9,81м/с 2 (сила тяжести), можно получить 103005 Н/м³. А на Луне 10500 кг/м³ умножается на 1,62м/с 2 (сила тяжести на Луне). Результат уже другой — 17,01Н/м³. В кабине корабля, вращающегося вокруг Земли — невесомость, ускорение равно нулю. Следовательно, и вес любого материала здесь ноль.

Все значения будут разными. Самое большое значение будет в первом случае, потому что на Земле ускорение свободного падения имеет самое большое значение. В невесомости вещь не весит ничего. Плотность одного и того же материала в любом месте будет одинаковой. Она является константой.

Для того, чтобы составить таблицы удельного веса металлов на различных планетах (или в других условиях), необходимо знать ускорение свободного падения и плотность.

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.

Плотность металлов и сплавов

В таблице представлена плотность металлов и сплавов, а также коэффициент К отношения их плотности к плотности стали. Плотность металлов и сплавов в таблице указана в размерности г/см 3 для интервала температуры от 0 до 50°С.

Дана плотность металлов, таких как: бериллий Be, ванадий V, висмут Bi, вольфрам W, галлий Ga, гафний Hf, германий Ge, золото Au, индий In, кадмий Cd, кобальт Co, литий Li, марганец Mn, магний Mg, медь Cu, молибден Mo, натрий Na, никель Ni, олово Sn, палладий Pd, платина Pt, рений Re, родий Rh, ртуть Hg, рубидий Rb, рутений Ru, свинец Pb, серебро Ag, стронций Sr, сурьма Sb, таллий Tl, тантал Ta, теллур Te, титан Ti, хром Cr, цинк Zn, цирконий Zr.

Плотность алюминиевых сплавов и металлической стружки: алюминиевые сплавы: АЛ1, АЛ2, АЛ3, АЛ4, АЛ5, АЛ7, АЛ8, АЛ9, АЛ11, АЛ13, АЛ21, АЛ22, АЛ24, АЛ25. Насыпная плотность стружки: стружка алюминиевая мелкая дробленая, стальная мелкая, стальная крупная, чугунная. Примечание: плотность стружки в таблице дана в размерности т/м 3 .

Плотность сплавов магния и меди: магниевые сплавы деформируемые: МА1, МА2, МА2-1, МА8, МА14; магниевые сплавы литейные: МЛ3, МЛ4, МЛ6, МЛ10, МЛ11, МЛ12; медно-цинковые сплавы (латуни) литейные: ЛЦ16К4, ЛЦ23А6Ж3Мц2, ЛЦ30А3, ЛЦ38Мц2С2, ЛЦ40Сд, ЛЦ40С, ЛЦ40 Мц3Ж, ЛЦ25С2; медно-цинковые сплавы, обрабатываемые давлением: Л96, Л90, Л85, Л80, Л70, Л68, Л63, Л60, ЛА77-2, ЛАЖ60-1-1, ЛАН59-3-2, ЛЖМц59-1-1, ЛН65-5, ЛМ-58-2, ЛМ-А57-3-1.

Плотность бронзы различных марок: бронзы безоловянные, обрабатываемые давлением: БрА5, 7, БрАМц9-2, БрАЖ9-4, БрАЖМц10-3-1,5, БрАЖН10-4-4, БрКМц3,1, БрКН1-3, БрМц5; бронзы бериллиевые: БрБ2, БрБНТ1,9, БрБНТ1,7; бронзы оловянные деформируемые: Бр0Ф8,0-0,3, Бр0Ф7-0,2, Бр0Ф6,5-0,4, Бр0Ф6,5-0,15, Бр0Ф4-0,25, Бр0Ц4-3, Бр0ЦС4-4-2,5, Бр0ЦС4-4-4; бронзы оловянные литейные: Бр03Ц12С5, Бр03Ц7С5Н1, Бр05Ц5С5; бронзы безоловянные литейные: БрА9Мц2Л, БрА9Ж3Л, БрА10Ж4Н4Л, БрС30.

Плотность сплавов никеля и цинка: никелевые и медно-никелевые сплавы, обрабатываемые давлением: НК0,2, НМц2,5, НМц5, НМцАК2-2-1, НХ9,5, МНМц43-0,5, НМЦ-40-1,5, МНЖМц30-1-1, МНЖ5-1, МН19, 16, МНЦ15-20, МНА 13-3, МНА6-1,5, МНМц3-12; цинковые сплавы антифрикционные: ЦАМ9-1,5Л, ЦАМ9-1,5, ЦАМ10-5Л, ЦАМ10-5.

Плотность стали, чугуна и баббитов: сталь конструкционная, стальное литье, сталь быстрорежущая с содержанием вольфрама 5…18%; чугун антифрикционный, ковкий и высокопрочный, чугун серый; баббиты оловянные и свинцовые: Б88, 83, 83С, Б16, БН, БС6.

Приведем показательные примеры плотности различных металлов и сплавов. По данным таблицы видно, что наименьшую плотность имеет металл литий, он считается самым легким металлом, плотность которого даже меньше плотности воды — плотность этого металла равна 0,53 г/см 3 или 530 кг/м 3 . А у какого металла наибольшая плотность? Металл, обладающий наибольшей плотностью — это осмий. Плотность этого редкого металла равна 22,59 г/см 3 или 22590 кг/м 3 .

Следует также отметить достаточно высокую плотность драгоценных металлов. Например, плотность таких тяжелых металлов, как платина и золото, соответственно равна 21,5 и 19,3 г/см 3 . Дополнительная информация по плотности и температуре плавления металлов представлена в этой таблице.

Сплавы также обладают широким диапазоном значений плотности. К легким сплавам относятся магниевые сплавы и сплавы алюминия. Плотность алюминиевых сплавов выше. К сплавам с высокой плотностью можно отнести медные сплавы такие, как латуни и бронзы, а также баббиты.

Источник:
Цветные металлы и сплавы. Справочник. Издательство «Вента-2». НН., 2001 — 279 с.

Удельный вес

Среди множества параметров, характеризующих свойства материалов существует и такой как удельный вес. Иногда применяют термин плотность, но это не совсем верно. Но так или иначе эти оба термина имеют собственные определения и имеют хождение в математике, физике и множестве других наук, в том числе и материаловедении.

Определение удельного веса

Физическая величина, являющаяся отношением веса материала к занимаемому им объему, называется УВ материала.

Материаловедение ХХI века далеко ушло вперед в и уже освоены технологии, которые каких-то сто лет назад считались фантастикой. Эта наука может предложить современной промышленности сплавы, которые отличаются друг от друга качественными параметрами, но и физико-техническими свойствами.

Для определения того, как некий сплав может быть использован для производства целесообразно определить УВ. Все предметы, изготовленные с равным объемом, но для их производства был использованы разные виды металлов, будут иметь разную массу, она находится в четкой связи с объемом. То есть отношение объема к массе это есть некое постоянное число, характерная для этого сплава.

Для расчета плотности материала применяют специальную формулу, имеющую прямую связь с УВ материала.

Кстати, УВ чугуна, основного материала для создания стальных сплавов, можно определить весом 1 см 3 , отраженного в граммах. Тем больше УВ металла, тем тяжелее будет готовое изделие.

Формула удельного веса

Формулу расчета УВ выглядит как отношение веса к объему. Для подсчета УВ допустимо применять алгоритм расчета, который изложен в школьном курсе физики.
Для этого необходимо использовать закон Архимеда, точнее определение силы, которая является выталкивающей. То есть груз с некоей массой и при этом он держится на воде. Другими словами на него влияют две силы – гравитации и Архимеда.

Формула для расчета архимедовой силы выглядит следующим образом

F=g×V,

где g – это УВ жидкости. После подмены формула приобретает следующий вид F=y×V, отсюда получаем формулу УВ груза y=F/V.

Разница между весом и массой

В чем состоит разница между весом и массой. На самом деле в быту, она не играет ни какой роли. В самом деле, на кухне, мы не делаем развития между весом курицы и ее массой, но между тем между этими терминами существуют серьезные различия.

Эта разница хорошо видна при решении задач, связанных с перемещением тел в межзвездном пространстве и ни как имеющим отношения с нашей планете, и в этих условиях эти термины существенно различаются друг от друга.
Можно сказать следующее, термин вес имеет значение только в зоне действия силы тяжести, т.е. если некий объект находиться рядом с планетой, звездой и пр. Весом можно называть силу, с которой тело давит на препятствие между ним и источником притяжения. Эту силу измеряют в ньютонах. В качестве примера можно представить следующую картину — рядом с платным образованием находиться плита, с расположенным на ее поверхности неким предметом. Сила, с которой предмет давит на поверхность плиты и будет весом.

Масса тела напрямую связана с инерцией. Если детально рассматривать это понятие то можно сказать, что масса определяет размер гравитационного поля создаваемого телом. В действительности, это одна из ключевых характеристик мироздания. Ключевое различие между весом и массой заключается в следующем — масса не зависит от расстояния между объектом и источником гравитационной силы.

Для измерения массы применяют множество величин – килограмм, фунт и пр. Существует международная система СИ, в которой применяют привычные, нам килограммы, граммы и пр. Но кроме нее, в многих странах, например, Британских островах, существует собственная система мер и весов, где вес измеряют в фунтах.

Разница между удельным весом и плотностью

УВ – что это такое?

Удельный вес – это есть отношение веса материи к его объему. В международной системе измерений СИ его измеряют как ньютон на кубический метр. Для решения определенных задач в физике УВ определяют следующим образом – насколько обследуемое вещество тяжелее, чем вода при температуре 4 градусов при условии того, что вещество и вода имеют равные объемы.

По большей части такое определение применяют в геологических и биологических исследованиях. Иногда, УВ, рассчитываемый по такой методике, называют относительной плотностью.

В чем отличия

Как уже отмечалось, эти два термина часто путают, но так как, вес напрямую зависим от расстояния между объектом и гравитационным источником, а масса не зависит от этого, поэтому термины УВ и плотность различаются между собой.
Но необходимо принять во внимание то, что при некоторых условиях масса и вес могут совпадать. Измерить УВ в домашних условиях практически невозможно. Но даже на уровне школьной лаборатории такую операцию достаточно легко выполнить. Главное что бы лаборатория была оснащена весами с глубокими чашами.

Предмет необходимо взвесить при нормальных условиях. Полученное значение можно будет обозначить как Х1, после этого чашу с грузом помещают в воду. При этом в соответствии с законом Архимеда груз потеряет часть своего веса. При этом коромысло весов будет перекашиваться. Для достижения равновесия на другую чашу необходимо добавить груз. Его величину можно обозначить как Х2. В результате этих манипуляций будет получен УВ, который будет выражен как соотношение Х1 и Х2. Кроме вещества в твердом состоянии удельных можно измерить и для жидкостей, газов. При этом замеры можно выполнять в разных условиях, например, при повышенной температуре окружающей среды или пониженной температуры. Для получения искомых данных применяют такие приборы как пикнометр или ареометр.

Единицы измерения удельного веса

В мире применяют несколько систем мер и весов, в частности, в системе СИ УВ измеряют в отношении Н (Ньютон) к метру кубическому. В других системах, например, СГС у удельного веса используется такая единица измерения д(дин) к сантиметру кубическому.

Металлы с наибольшим и наименьшим удельным весом

Кроме того, что понятие удельного веса, применяемое в математике и физике, существуют и довольно интересные факты, например, об удельных весах металлов из таблицы Менделеева. если говорить о цветных металлах, то к самым «тяжелым» можно отнести золото и платину.

Эти материалы превышают по удельному весу, такие металлы как серебро, свинец и многие другие. К «легким» материалам относят магний с весом ниже чем у ванадия. Нельзя забывать и радиоактивных материалах, к примеру, вес урана составляет 19,05 грамм на кубический см. То есть, 1 кубический метр весит 19 тонн.

Удельный вес других материалов

Наш мир сложно представить без множества материалов, используемых в производстве и быту. Например, без железа и его соединений (стальных сплавов). УВ этих материалов колеблется в диапазоне одной – двух единиц и это не самые высокие результаты. Алюминий, к примеру, обладает низкой плотностью и малым удельным весом. Эти показатели позволили его использовать в авиационной и космической отраслях.

Удельный вес металлов

Медь и ее сплавы, обладают удельным весом сопоставимый со свинцом. А вот ее соединения – латунь, бронза легче других материалов, за счет того, в них использованы вещества с меньшим удельным весом.

Как рассчитать удельный вес металлов

Как определить УВ — этот вопрос часто встает у специалистов занятых в тяжелой промышленности. Эта процедура необходима для того, что бы определить именно те материалы, которые будет отличаться друг от друга улучшенными характеристиками.

Одна из ключевых особенностей металлических сплавов заключается в том, какой металл является основой сплава. То есть железо, магний или латунь, имеющие один объем будут иметь разную массу.

Плотность материала, которая рассчитывается на основании заданной формулы имеет прямое отношение к рассматриваемому вопросу. Как уже отмечено, УВ – это соотношение веса тела к его объему, надо помнить, что эта величина может быть определена как силу тяжести и объема определенного вещества.

Для металлов УВ и плотность определяют в той же пропорции. Допустимо использовать еще одну формулу, которая позволяет рассчитать УВ. Она выглядит следующим так УВ (плотность) равна отношению веса и массы с учетом g, постоянной величины. Можно сказать, что УВ металла может, носит название веса единицы объема. Дабы определить УВ необходимо массу сухого материала поделить на его объем. По факту, эта формула может быть использована для получения веса металла.

Кстати, понятие удельного веса широко применяют при создании металлических калькуляторов, применяемых для расчета параметров металлического проката разного типа и назначения.

УВ металлов измеряют в условиях квалифицированных лабораторий. В практическом виде этот термин редко применяют. Значительно чаще, применяют понятие легкие и тяжелые металлы, к легким относят металлы с малым удельным весом, соответственно к тяжелым относят металлы с большим удельным весом.