Теплоемкость нержавеющей стали

redactor

3 года назад

Теплоемкость нержавеющей стали

Общая тепловая емкость легированного металла 12х18н10т. Что такое (уд.) удельная теплоемкость нержавеющей стали AISI (железа нержавейки, металлического сплава не поддающегося ржавлению). Чем отличаются эти виды теплофизических характеристик нержавеющего металла, почему нельзя обойтись одним физическим параметром нержавейки, описывающим тепловые свойства коррозионностойкой легированной стали и зачем понадобилось «умножать сущности, усложняя жизнь нормальным людям»?

Не удельной, а общей тепловой емкостью, в общепринятом физическом смысле, называется способность вещества нагреваться. По крайней мере так говорит нам любой учебник по теплофизике — это классическое определение теплоемкости (правильная формулировка). На самом деле это интересная физическая особенность. Мало знакомая нам по бытовой жизни «сторона медали». Оказывается, что при подведении тепла извне (нагреве, разогреве), не все вещества одинаково реагируют на тепло (тепловую энергию) и нагреваются по разному. Способность легированной стали AISI, металлического сплава марки 12х18н10т получать, принимать, удерживать и накапливать (аккумулировать) тепловую энергию называется теплоемкостью нержавеющей стали. А сама теплоемкость, является физической характеристикой, описывающей теплофизические свойства металла не поддающегося ржавлению. При этом, в разных прикладных аспектах, в зависимости от конкретного практического случая, для нас важным может оказаться что-то одно. Например: способность легированного железа принимать тепло или способность накапливать тепловую энергию или «талант» металла и сплава марки 12х18н10т удерживать ее. Однако, не смотря на некоторую разницу, в физическом смысле, нужные нам свойства будут описаны теплоемкостью нержавеющей стали.

Небольшая, но очень «гадкая загвоздка» имеющая принципиальный характер заключается в том, что способность нагреваться — тепловая емкость, непосредственно связана не только с химическим составом, молекулярной структурой вещества, но и с его количеством (весом, массой, объемом). Из-за такой «неприятной» связи, общая теплоемкость становится слишком неудобной физической характеристикой легированного металла AISI или сплава нержавейки. Так как, один измеряемый параметр, одновременно описывает «две разные вещи». А именно: действительно характеризует теплофизические свойства железа, однако, «попутно» учитывает еще и его количество. Формируя своеобразную интегральную характеристику, в которой автоматически связана «высокая» теплофизика и «банальное» количество вещества (в нашем случае: стального сплава не поддающегося ржавлению марки 12х18н10т).

Ну зачем нам нужны такие теплофизические характеристики, у которых явно прослеживается «неадекватная психика»? С точки зрения физики, общая теплоемкость легированного металла (самым неуклюжим способом), пытается не только описать количество тепловой энергии способной накопиться в стальном сплаве AISI, но и «попутно сообщить нам» о количестве нержавеющей стали 12х18н10т. Получается абсурд, а не внятная, понятная, стабильная, корректная теплофизическая характеристика железа. Вместо полезной константы, пригодной для практических теплофизических расчетов, нам «подсовывают» плавающий параметр, являющийся суммой (интегралом) количества тепла принятого стальным сплавом и его массой или объемом железа.

Спасибо конечно, за такой «энтузиазм», однако количество нержавеющей стали AISI я могу измерить и самостоятельно. Получив результаты в гораздо более удобной, «человеческой» форме. Количество металла не поддающегося ржавлению мне хотелось бы не «извлекать» математическими методами и расчетами по сложной формуле из общей теплоемкости стали нержавейки, а узнать вес (массу) в граммах (гр, г), килограммах (кг), тоннах (тн), кубах (кубических метрах, кубометрах, м3), литрах (л) или милилитрах (мл). Тем более, что умные люди давно придумали вполне подходящие для этих целей измерительные инструменты. Например: весы или другие приборы.

Особенно «раздражает плавающий характер» параметра: общая теплоемкость легированной стали. Его нестабильное, переменчивое «настроение». При изменении «размера порции или дозы», теплоемкость стального сплава нержавейки сразу меняется. Больше количество металла 12х18н10т, физическая величина, абсолютное значение теплоемкости — увеличивается. Меньше количество железа AISI, значение тепловой емкости уменьшается. «Безобразие» какое-то получается! Другими словами, то что мы «имеем», ни как не может считаться константой, описывающей теплофизические характеристики металлопроката коррозионностойкой стали. А нам желательно «иметь» понятный, постоянный справочный параметр, характеризующий тепловые свойства стального сплава марки 12х18н10т, без «ссылок» на количество (вес железа, массу металлопроката не поддающегося ржавлению, объем металла AISI). Что делать?

Здесь нам на помощь приходит очень простой, но «очень научный» метод. Он сводится к не только к приставе «уд. — удельная», перед физической величиной, но к изящному решению, предполагающему исключение из рассмотрения количества вещества. Естественно, «неудобные, лишние» параметры: массу или объем коррозионностойкой стали исключить совсем невозможно. Хотя бы по той причине, что если не будет количества легированного металла, то не останется и самого «предмета обсуждения». А вещество должно быть. Поэтому, мы выбираем некоторый условный стандарт массы железа не поддающегося ржавлению или объема металлопроката AISI, который можно считать единицей. Для веса проката коррозионностойкой стали 12х18н10т, такой единицей массы, удобной в практическом применении, оказался 1 килограмм (кг).

Теперь, мы нагреваем один килограмм нержавеющей стали на 1 градус, а количество тепла (тепловой энергии), нужное нам для того чтобы нагреть стальной сплав нержавейки на один градус — это и есть наш корректный физический параметр, хорошо, достаточно полно и понятно описывающий одно из теплофизичесих свойств нержавеющей стали марки 12х18н10т. Обратите внимание на то, что теперь мы имеем дело с характеристикой описывающей физическое свойство металла не поддающегося ржавлению, но не пытающейся «дополнительно поставить нас в известность» о его количестве. Удобно? Нет слов. Совершенно другое дело. Кстати, теперь мы уже говорим не про общую тепловую емкость стального металлопроката нержавейки. Все изменилось. ЭТО УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ нержавеющей стали коррозионностойкой, которую иногда называют по другому. Как? Просто МАССОВАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ нержавеющей стали 12х18н10т. Удельная (уд.) и массовая (м.) — в данном случае: синонимы.

Таблица 1. Удельная теплоемкость нержавеющей стали AISI (уд.). Массовая тепловая емкость легированной стали коррозионностойкой 12х18н10т. Справочные данные.

В таблице указано: сколько составляет удельная (уд., массовая) тепловая емкость легированной стали коррозионностойкой.

12х18н10т, AISI 201,304,316,409,430

Отзывы. Удельная теплоемкость нержавеющей стали AISI и металлического сплава не поддающегося ржавлению.

Вы можете задать вопросы, оставить отзывы, комментарии, замечания и пожелания к статье: удельная теплоемкость нержавеющей стали коррозионностойкой и легированного стального сплава 12х18н10т — это массовая тепловая емкость металла, железа не поддающегося ржавлению марок: AISI 201,304,316,409,430.

Наш адрес: Днепропетровск, ул. Карла Либкнехта 57
Телефон по Украине: (063) 796-79-32 или (063) 796-19-32

Теплоемкость нержавеющей стали

В сводной таблице представлена удельная теплоемкость стали распространенных марок: углеродистых, низко- и высоколегированных сталей, а также чугуна при различной температуре.
Приведены значения средней удельной теплоемкости низколегированных сталей, углеродистых сталей при различных температурах, указана теплоемкость высоколегированных сталей с особыми свойствами в зависимости от температуры.

По данным таблицы видно, что значение удельной теплоемкости стали с ростом температуры увеличивается. Следует отметить, что теплоемкость стали при комнатной температуре находится в диапазоне от 440 до 550 Дж/(кг·град); удельная теплоемкость стали в таблице представлена в интервале температуры от 20 до 1000°С.
Удельная теплоемкость стали при различных температурах

Марка стали	Температура, °С	Теплоемкость стали, Дж/(кг·град)
02Х17Н11М2	20…400…600…800	470…560…610…650
02Х22Н5АМ3	20…100…200…300…400	480…500…530…550…590
03Х24Н6АМ3 (ЗИ130)	20…100…200…300…400	480…500…530…550…570
05ХН46МВБЧ (ДИ65)	100…200…300…400…500…600…700…800	445…465…480…490…500…510…515…520
06Х12Н3Д	100…200…300…400	523…544…577…594
07Х16Н6 (Х16Н6, ЭП288)	100…200…300…400…500…600…700	440…500…550…590…630…670…710
08	100…200…400…600	465…477…510…565
08кп	100…200…300…400…500…600…700…800…900	482…498…514…533…555…584…626…695…695
08Х13 (0Х13, ЭИ496)	20	462
08Х14МФ	20…100…200…300…400…500…600	460…473…502…540…574…682…754
08Х17Т (0Х17Т, ЭИ645)	20	462
08Х17Н13М2Т (0Х17Н13М2Т)	20	504
08Х18Н10 (0Х18Н10)	20	504
08Х18Н10Т (0Х18Н10Т, ЭИ914)	20…100…200…300…400…500…600…700	461…494…515…536…549…561…574…595
08ГДНФЛ	100…200…300…400…500…600…700…800…900	483…500…517…529…554…571…613…697…693
09Х14Н19В2БР1 (ЭИ726)	20	502
015Х18М2Б-ВИ (ЭП882-ВИ)	100…200…300…400	473…519…578…636
1Х14Н14В2М (ЭИ257)	20…100…200…300…400…500…600…700	461…486…515…536…544…557…590…624
4Х5МФ1С (ЭП572)	20…100…200…300…400…500…600…700…800	431…477…519…565…620…703…888…766…749
10	100…200…400…600	465…477…510…565
10кп	100…200…400…600	466…479…512…567
10Х12Н3М2ФА(Ш) (10Х12Н3М2ФА-А(Ш))	100…200…300…400…500	510…538…562…588…627
10Х13Н3М1Л	20	495
10Х17Н13М2Т (Х17Н13М2Т, ЭИ448)	20	504
10Х17Н13М3Т (Х17Н13М3Т, ЭИ432)	20	504
10Х18Н9Л	100	504
10ГН2МФА, 10ГН2МФА-ВД, 10ГН2МФА-Ш	100…200…300…400	469…553…599…628
12МХ	20…200…300…400…500…600…700	498…519…569…595…653…733…888
12X1МФ (ЭИ575)	100…200…300…400…500…600…700…800	507…597…607…643…695…783…934…1025
12Х13 (1Х13)	20…100…200…300…400…500…600…700…800	473…487…506…527…554…586…636…657…666
12Х13Г12АС2Н2 (ДИ50)	100…200…300…400…500…600…700	523…559…602…613…648…668…690
12Х18Н9 (Х18Н9)	20	504
12Х18Н9Т (Х18Н9Т)	20…100…200…300…400…500…600…700…800	469…486…498…511…519…528…532…544…548
12Х18Н12Т (Х18Н12Т)	20…100…200…300…400…500…600…700	461…494…515…540…548…561…574…595
14Х17Н2 (1Х17Н2, ЭИ268)	20	462
15	100…200…400…500	469…481…523…569
15Г	100…300…500	496…538…592
15К	100…200…400…500	469…482…524…570
15кп	100…200…300…400…500…600…700…800	465…486…515…532…565…586…620…691
15Л	100…200…400…600	469…477…515…570
15Х2НМФА-А, 15Х2НМФА-А класс 1	100…200…300…400	490…515…540…569
15Х11МФБЛ (1Х11МФБЛ, Х11ЛА)	100…200…300…400…500…600	494…528…574…641…741…867
15Х25Т (Х25Т, ЭИ439)	20	462
15ХМ	100	486
17Х18Н9	20	504
18Х11МНФБ (2Х11МНФБ, ЭП291)	100…200…300…400…500…600	490…540…590…666…766…900
18ХГТ	100…200…300…400…500…600…700…800	495…508…525…537…567…588…626…705
20	100…200…400…500	469…481…536…569
20Г	100…200…400…500	469…481…536…569
20ГСЛ	100…200…400…500	469…482…536…569
20К	100…200…400…500	469…482…524…570
20Л	100…200…400…600	469…481…536…570
20кп	100…200…300…400…500…600…700…800…900	486…498…514…533…555…584…636…703…695
20ХМЛ	100…200…300…400…500	498…572…588…612…660
20ХМФЛ	100…200…300…400…500…600	498…574…590…615…666…741
20Х3МВФ (ЭИ415, ЭИ579)	100…200…300…400…500…600	502…561…611…657…716…754
20Х23Н13 (Х23Н13, ЭИ319)	20	538
20Х23Н18 (Х23Н18, ЭИ417)	20	538
20ХН3А	100…200…300…400…500…600…700…800	494…507…523…536…565…586…624…703
22К	100…200…400…500	469…481…519…569
25	100…200…400…500	469…482…524…570
25Л	100…200…400…600	469…481…519…570
25Х1МФ	20	461
25Х2М1Ф (ЭИ723)	100…200…300…400…500…600	536…574…607…632…674…733
25ХГСА	20…100…200…300…400…500…600…700	496…504…512…533…554…584…622…693
30	100…200…300…400…500	469…481…544…523…762
30Г	100…200…300…400…500	469…481…544…599…762
30Л	100…200…400…600	469…481…523…570
30Х13 (3Х13)	20…100…200…300…400…500…600…700…800	473…486…504…525…532…586…641…679…691
30ХГТ	100…200…300…400…500…600…700…800	495…508…525…537…567…588…626…705
30Х	20…100…200…300…400…500…600…700…800…900	482…496…513…532…555…583…620…703…687…678
30ХН2МФА (30ХН2МВА)	20…100…200…300…400	466…508…529…567…588
30ХН3А	100…200…300…400…500…600… 700…800…900…1000	494…504…518…536…558…587… 657…703…695…687
33ХС	20…100…200…300…400…500…600…700	466…508…529…563…599…622…634…664
35	100…200…400…500	469…482…524…570
35Л	100…200…400…600	469…481…523…574
35ХГСЛ	100…200…300…400…500…600…700…800…900	496…504…512…533…554…584…622…693…689
35ХМЛ	100…200…300…400…500…600…700…800…900	479…500…512…529…550…580…617…689…685
36Х18Н25С2 (4Х18Н25С2, ЭЯ3С)	20	515
40	100…200…300…400…600	469…481…519…523…574
40Г	100…200…400…600	486…481…490…574
40Л	100…200…400…600	469…481…523…574
40Х10С2М (4Х10С2М, ЭИ107)	300…400…500	532…561…586
40Х13 (4Х13)	20…100…200…300…400…500…600…700…800	452…477…502…528…553…578…620…666…691
40ХЛ	100…200…300…400…500…600…700…800…900	491…508…525…538…569…588…626…701…689
45	100…200…400…500	469…482…524…574
45Г2	100…200	444…427
45Л	100…200…400…600	469…481…523…569
45Х14Н14В2М (ЭИ69)	300…400…500…600	507…511…523…528
50	300…400…500	561…641…787
50Г	20…100…200…300…400…500…600…700	487…500…517…533…559…584…609…676
50Л	100…200…400…600	478…511…511…569
55	100…200…400…500	477…486…523…569
60	100…200…400…600	481…486…528…565
ХН35ВТ (ЭИ612)	100…200…300…400…500…600	511…544…569…590…595…595
ХН64ВМКЮТЛ (ЗМИ3)	20…100…200…300…400…500…600… 700…800…900…1000	430…450…470…490…515…540…565… 590…625…650…1008
ХН65ВКМБЮТЛ (ЭИ539ЛМУ)	20…100…200…300…400…500…600… 700…800…900…1000	424…436…480…493…505…518…548… 596…650…692…710
ХН65ВМТЮЛ (ЭИ893Л)	20…100…200…300…400…500…600…700…800	425…430…440…470…500…510…550…615…650
ХН65КМВЮТЛ (ЖС6К)	20…100…200…300…400…500…600…700…800…900	380…400…420…445…470…485…515…560…610…660
ХН70БДТ (ЭК59)	100…200…300…400	450…475…500…505
ХН70КВМЮТЛ (ЦНК17П)	20	440
ХН80ТБЮА (ЭИ607А)	100…200…300…400…500…600	494…547…607…678…749…829
Х15Н60-Н	20	460
Х20Н80-Н	20	460
Х23Ю5Т	20…800	480…750
Х27Ю5Т	20…800	500…690
А12	100…300…400…600	469…477…515…569
Р6М5	100…200…300…400…500…600…700	440…470…500…550…580…670…900
Р18	100…200…300…400…500…600…700	420…450…470…510…550…610…690
У8, У8А	20…100…200…300…400…500…600…700…800…900	477…511…528…548…565…594…624…724…724…703
У12, У12А	20…100…200…300…400…500…600…700…800…900	469…503…519…536…553…720…611…712…703…699

Средняя удельная теплоемкость сталей низколегированных

В таблице представлены значения массовой удельной теплоемкости низколегированных сталей. Даны значения теплоемкости для следующих марок стали: сталь 30Х, 30Н3, 30ХН3, 30Г2, 50С2Г. Удельная теплоемкость сталей в таблице выражена в кДж/(кг·град) и указана в зависимости от температуры — в интервале от 50 до 1300°С.

2 подразделения удельной теплоемкости стали с учетом марок

Удельная теплоемкость стали: физическое обоснование термина «теплоемкость» + классификация стали + удельная теплоёмкость высоколегированных сплавов с особыми свойствами + 4 таблицы со значениями популярных марок стали в производстве.

Физика не всегда сродни прямолинейной логике. Если человек поставит на печку пустую металлическую емкость, она нагреется за 1 минуту.

В предположении, при наполнении ёмкости водой, ее скорость нагрева должна быть равна скорости нагрева стенок сосуда, но это не так. Хозяйки знают, что вне зависимости от скорости нагрева кастрюли, вода в ней будет повышать свою температуру постепенно.

Подобная зависимость обусловлена удельной теплоемкостью стали и других веществ. В сегодняшней статье как раз и будет рассмотрен данный вопрос через призму физических процессов и промышленного применения.

Что такое удельная теплоемкость стали и других материалов: терминология + расчётные особенности

Простой эксперимент выше четко дает понять, что у каждого химического элемента имеется собственный физический показатель, именуемый удельной теплоемкостью. В рамках нашего сайта вопрос рассматривается для стали и ее сплавов, ибо в черной/цветной металлургии оговоренный параметр крайне важен. Давайте рассмотрим термин «удельная теплоемкость» и особенность стали поподробнее.

1) Понятие удельной теплоемкости

Термин состоит из 2 слов – удельная и теплоемкость. Для простоты усвоения полного, разберем частное. Теплоемкостью называют количество поглощаемой теплоты при нагревании на температуру в 1 кельвин.

Более точное определение дается в учебнике 8 класса – физическая величина, просчитывающаяся как отношение количества теплоты в бесконечно малой смене температуры, к показателю этого изменения.

Теперь перейдём к удельной теплоемкости. В международной системе единиц величина представляется как заглавная/прописная латинская «С» , а единица измерения величины одна из двух – Джоули на килограммы, перемноженные на кельвины (Дж/(кг•К), или калории, деленные на килограммы, умноженные на градусы Цельсия (калория/(кг•°C). Второй вариант относится к одному из многих вариантов внесистемных единиц.

Важно: удельная теплоемкость напрямую зависит от значения температуры, а потому, в науке более точным считается формула со значениями, которые формально бесконечно малы.

В промышленности удельная теплоемкость с предельно минимальными значениями почти не используется поэтому в дальнейшем будет рассмотрена исключительно классическая формулировка формулы расчёта.

2) Что такое сталь: особенности материала + классификация

Преимущества стали	Недостатки материала
Материал с высокими показателями прочности + обилие свойств, что обуславливается различными добавками и способами обработки стали.	Слабая стойкость классической стали к коррозии. Частично решает проблему покрытие нержавейкой/полимером. Нержавеющая сталь в 3-10 раз дороже своего «черного» собрата.
Хорошая вязкость с упругостью, что позволяет применять материал в местах как с динамическими, так и статическими нагрузками.	Из-за накопления электричества повышается электромеханическая коррозия.
Низкий показатель износостойкости, что обеспечивает материалу эксплуатационную долговечность.	Конструкции из стали имеют большой вес, что может усложнить монтаж/демонтаж и даже эксплуатацию.
Экономически обоснованный вариант сырья, ибо добыча железа по себестоимости в десятки раз ниже, нежели другие типы металлов периодической системы.	Мельчайшие неточности в многоэтапном процессе изготовления стали оборачиваются фатальными провалами в качестве итоговой продукции.

Благодаря простоте сгибания, нарезания и сварки, стальные конструкции, часто используемые не только в промышленных масштабах, но и в домашнем хозяйстве. В зависимости от способа производства, свойства сплава могут варьироваться очень сильно. И удельной теплоемкости это касается, в том числе.

Параметр	Компоненты + описание
По химическому составу	Углеродистые . Легирующим элементом выступает углерод. В зависимости от его доли в сплаве, идет подразделение на малоуглеродистые (менее 0.3%), среднеуглеродистые (от 0.3% до 0.8%) и высокоуглеродистые (более 0.7%).
По химическому составу	Легированные . Здесь также 3 подгруппы в зависимости от долевого вхождения примесей – меньше 2.5%, от 2.5% до 10%, и более 10%. Низко-, средне-, и высоколегированные соответственно. Добавками могут быть как металлы, так и неметаллические вещества. Самая популярная из легированных сталей – нержавейка.
По структурному составу	Перлитная . Разновидности стали с низким содержанием углерода.
	Мартенситные . В сплаве большое количество примесей.
	Аустенитная. Высоколегированная сталь.
По раскислителю	Спокойная . В сплаве не содержится закись железа, что делает металл однородным и стабильным. Используется не часто из-за дороговизны производства.
	Полуспокойная . Твердеет без кипения, но сопутствующие газы выделяются + часть из них остается в сплаве и после отвердевания. Сталь используется в конструкционных целях.
	Кипящая . С содержанием газов в остывшем материале. Из-за этого слабо пригоден к сварке. По технологии изготовления – это самый дешевый вариант, потому используется для большинства простых конструкций.
По назначению	Строительная . Обычные и низколегированные разновидности стали с хорошими показателями свариваемости. Используются в конструкциях с высокими статическими нагрузками.
	Инструментальная. Относят стали с высоким содержанием углерода и сторонних примесей (более 20%). В категории имеется классификация на штампованные, измерительные и режущие.
	Конструкционные . Сплавы имеют незначительное содержание марганца. Основная область применения – узловые элементы конструкций. Из-за необходимости разнообразия в свойствах, в категории популярные среднелегированные стали.
	Специальные . По сути, это специфические разновидности конструкционных сталей. Специализированное назначение – устойчивость к жару, кислоте и другим агрессивным средам.
По примесям	Рядовые . Содержание серы и фосфора не более 7 сотых процента.
	Качественные . Долевое содержание серы меньше 0.04% и фосфора меньше 0.35%. По изготовлению обходятся дороже, но в отношении механических свойств – куда лучше.
	Высококачественные . Долевое содержание серы и фосфора менее 0.025%. Технология изготовления – электрические печи, где требуется низкое вкрапление неметаллических примесей.
	Особовысококачественные . Элита среди стали. Процентное содержание серы менее 0.015%, а фосфора менее 0.025%.

Вдаваться в тонкости производства не будем, но вы должны понимать, что удельная теплоемкость марки стали напрямую зависит от методов ее производства. В 2020 году выделяют 4 метода изготовления стальных сплавов – мартеновский, кислотно-конвертерный, электроплавильный и прямой. По своей сути, производство стальных сплавов – это переработка чугуна с отжиганием излишних примесей и введением легирующих компонентов. И чем дороже сырье/технология, тем лучше результат.

Какова удельная теплоемкость стали различных марок?

Первая из таблиц самая объемная, но также информативная. Имеется 3 столбца – марка стали, температура в Цельсиях и теплоемкость стали в Джоулях/килограмм*градусы. При просмотре данных легко заметить закономерность пропорционального роста удельной теплоёмкости в зависимости от показателей термометра. При комнатной температуре значение удельной теплоемкости стали находится в пределах 420-560 Дж/(кг•град).

1) Удельная теплоемкость высоколегированных сталей с особыми свойствами

К основным свойствам стали Г13 относят высокое сопротивление износу при давлении и ударных нагрузках, что сделало материал одним из базовых в военной промышленности. Гусеничные траки, дробильные щеки, крестовины рельсов и даже решетки в тюрьмах – все это производится из марки стали Г13.

Марка Р18 относится к быстрорежущей инструментальной стали + используется как заменитель Р12. Наибольшее распространение сплав приобрел в разработке инструментов – сверла, фрезы, долбяки, метчики, зенкера и протяжки по обработке конструкционных сталей с прочностью до 1000 МПа.

В таблице выше предоставлен температурный интервал от 50 до 1 300 градусов Цельсия с шагом деления в 50. Максимальное допустимое колебание удельной теплоемкости на оговорённых промежутках составит не более 0.2%.

Описание понятия теплоемкости вещества доступным языком с практическими примерами:

2) Удельная теплоемкость других популярных марок стали

Теперь пробежимся по различным классификаторам марок стали, и начнем с низколегированных. Данные в таблице ниже поданы из расчета на 5 марок – 30Х, 30Н3, 30ХН3, 30Г2 и 50С2Г. Интервал скачков температуры составляет 50 градусов.

Следующим в списке расположены значения по удельной теплоемкости чугуна и среднеуглеродистых марок стали. Температурный интервал не имеет четкой градации, а рассчитывается как среднее значение в Кельвинах. По чугуну представлено 2 популярнейших промышленных марки – СЧ10 и чугун белый.

Если говорить о среднелегированных марках стали, то здесь представлено порядка 30 представителей, широко распространенных в бытовых вопросах и легкой стальной промышленности. Температура подается в кельвинах + с точными значениями для каждой марки стали.

Завершает наш перечень значений удельной теплоемкости таблица из популярных углеродистых сталей из 7 марок + чистого железа с чистотой 99.99%. Интервальные скачки по температуре стандартный – 50 градусов. Температурная единица измерения – градусы Цельсия.

Оговоренные таблицы берутся из специализированной литературы по металлургии. Хотя книги и не отличаются свежестью (большинство еще советских времен), их достоверность данных в отношении удельной теплоемкости стали крайне высока.

Теплопроводность цветных металлов, теплоемкость и плотность сплавов

Теплопроводность цветных металлов и технических сплавов

В таблице представлены значения теплопроводности металлов (цветных), а также химический состав металлов и технических сплавов в интервале температуры от 0 до 600°С.
Цветные металлы и сплавы: никель Ni, монель, нихром; сплавы никеля (по ГОСТ 492-58): мельхиор НМ81, НМ70, константан НММц 58,5-1,54, копель НМ 56,5, монель НМЖМц и К-монель, алюмель, хромель, манганин НММц 85-12, инвар; магниевые сплавы (по ГОСТ 2856-68), электрон, платинородий; мягкие припои (по ГОСТ 1499-70): олово чистое, свинец, ПОС-90, ПОС-40, ПОС-30, сплав Розе, сплав Вуда.

По данным таблицы видно, что высокую теплопроводность (при комнатной температуре) имеют магниевые сплавы и никель. Низкая же теплопроводность свойственна нихрому, инвару и сплаву Вуда.

Теплопроводность и плотность алюминия

В таблице представлены теплофизические свойства алюминия Al в зависимости от температуры. Свойства алюминия даны в широком диапазоне температуры — от минус 223 до 1527°С (от 50 до 1800 К).

Как видно из таблицы, теплопроводность алюминия при комнатной температуре равна около 236 Вт/(м·град), что позволяет применять этот материал для изготовления радиаторов и различных теплоотводов.

Кроме алюминия, высокой теплопроводностью обладает также медь. У какого металла теплопроводность больше? Известно, что теплопроводность алюминия при средних и высоких температурах все-таки меньше, чем у меди, однако, при охлаждении до 50К, теплопроводность алюминия существенно возрастает и достигает значения 1350 Вт/(м·град). У меди же при такой низкой температуре значение теплопроводности становится ниже, чем у алюминия и составляет 1250 Вт/(м·град).

Алюминий начинает плавиться при температуре 933,61 К (около 660°С), при этом некоторые его свойства претерпевают значительные изменения. Значения таких свойств, как температуропроводность, плотность алюминия и его теплопроводность значительно уменьшаются.

Плотность алюминия в основном определяется его температурой и имеет зависимость от агрегатного состояния этого металла. Например, при температуре 27°С плотность алюминия равна 2697 кг/м 3 , а при нагревании этого металла до температуры плавления (660°С), его плотность становится равной 2368 кг/м 3 . Снижение плотности алюминия с ростом температуры обусловлено его расширением при нагревании.

В таблице приведены следующие теплофизические свойства алюминия:

плотность алюминия, г/см 3 ;
удельная (массовая) теплоемкость, Дж/(кг·град);
коэффициент температуропроводности, м 2 /с;
теплопроводность алюминия, Вт/(м·град);
удельное электрическое сопротивление, Ом·м;
функция Лоренца.

Коэффициенты теплопроводности алюминиевых, медных и никелевых сплавов

Теплопроводность металлов, алюминиевых, медных и никелевых сплавов в таблице дана в интервале температуры от 0 до 600°С в размерности Вт/(м·град). Металлы и сплавы: алюминий, алюминиевые сплавы, дюралюминий, латунь, медь, монель, нейзильбер, нихром, нихром железистый, сталь мягкая. Алюминиевые сплавы имеют большую теплопроводность, чем латунь и сплавы никеля.

Что такое теплопроводность

Данный термин означает способность различных материалов к обмену энергией, которая в этом случае представлена теплом. При этом передача энергии проходит от более нагретой части к холодной и происходит за счет:

Молекул.
Атомов.
Электронов и других частиц структуры металла.

Теплопроводность нержавеющей стали будет существенно отличаться от аналогичного показателя другого металла — например, коэффициент теплопроводности меди будет иным, нежели у стали.

Для обозначения этого показателя используется специальная величина, именуемая коэффициентом теплопроводности. Она характеризуется количеством теплоты, которое может пройти через материал за определенную единицу времени.

Показатели для стали

Теплопроводность может существенно отличаться в зависимости от химического состава металла. Коэффициент данной величины у стали и меди будет разным. Кроме этого, при повышении или уменьшении концентрации углерода изменяется и рассматриваемый показатель.

Существуют и другие особенности теплопроводности:

Для стали, которая не имеет примесей, значение составляет 70 Вт/(м* К).
У углеродистых и высоколегированных сталей проводимость намного ниже. За счет увеличения концентрации примесей она существенно снижается.
Само термическое воздействие также может оказывать воздействие на структуру металла. Как правило, после нагрева структура меняет значение проводимости, что связано с изменением кристаллической решетки.

Коэффициент теплопроводности алюминия значительно выше, что связано с более низкой плотностью этого материала. Теплопроводность латуни также отличается от соответствующего показателя стали.

Коэффициенты теплопроводности сплавов

В таблице даны значения теплопроводности сплавов в интервале температуры от 20 до 200ºС. Сплавы: алюминиевая бронза, бронза, бронза фосфористая, инвар, константан, манганин, магниевые сплавы, медные сплавы, сплав Розе, сплав Вуда, никелевые сплавы, никелевое серебро, платиноиридий, сплав электрон, платинородий.

Какие факторы влияют на показатель?

Чтобы понять, как повысить или понизить показатель разных видов металла, нужно знать какие факторы влияют на этот параметр:

размеры изделия, площадь поверхности;
форму заготовки;
химический состав;
пористость материала;
вид материала;
изменение температуры воздействия.

Также внимание нужно уделить строению кристаллической решетки.

Металлические листы (Фото: Instagram / metall61_armatura_dostavka)

Удельная теплоемкость цветных сплавов

В таблице приведены величины удельной (массовой) теплоемкости двухкомпонентных и многокомпонентных цветных сплавов, не содержащих железа, при температуре от 123 до 1000К. Теплоемкость указана в размерности кДж/(кг·град). Дана теплоемкость следующих сплавов: сплавы, содержащие алюминий, медь, магний, ванадий, цинк, висмут, золото, свинец, олово, кадмий, никель, иридий, платина, калий, натрий, марганец, титан, сплав висмут — свинец — олово, сплав висмут-свинец, висмут — свинец — кадмий, алюмель, сплав липовица, нихром, сплав розе.

Также существует отдельная таблица, где представлена удельная теплоемкость металлов при различных температурах.

Удельная теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов

Удельная (массовая) теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов приведена в таблице при температуре от 0 до 1300ºС. Размерность теплоемкости кал/(г·град). Теплоемкость специальных сплавов: алюмель, белл-металл, сплав Вуда, инвар, липовица сплав, манганин, монель, сплав Розе, фосфористая бронза, хромель, сплав Na-K, сплав Pb — Bi, Pb — Bi — Sn, Zn — Sn — Ni — Fe — Mn.

Плотность сплавов

Представлена таблица значений плотности сплавов при комнатной температуре. Приведены следующие сплавы: бронза, оловянистая, фосфористая, дюралюминий, инвар, константан, латунь, магналиум, манганин, монель — металл, платино — иридиевый сплав, сплав Вуда, сталь катаная, литая.

ПРИМЕЧАНИЕ: Будьте внимательны! Плотность сплавов в таблице указана в степени 10-3. Не забудьте умножить на 1000! Например, плотность катанной стали изменяется в пределах от 7850 до 8000 кг/м3.

Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи.
Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
Шелудяк Ю. Е., Кашпоров Л. Я. и др. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. М.: 1992. — 184 с.
Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.

Основные характеристики современных отопительных радиаторов

Рынок теплового оборудования изобилует современными моделями, отличающимися форматом и теплоотдачей, которые выпускаются из разного металла:

алюминий;
медь (труба для теплоносителя) и алюминий (внешний кожух);
сталь и алюминий;
сталь;
чугун.

Чугунные батареи считаются «классикой» обогревательных приборов. Тяжелые громоздкие «гармошки» всем известны со времен советской эпохи. Они постепенно вытесняются новыми моделями в стиле ретро из того же чугуна. Покупатели все чаще отдают предпочтение более современным биметаллическим радиаторам.

Хотя чугун долго разогревается, такие батареи пользуются популярностью и завидным спросом потребителей. Новые модели чугунного радиатора типа МС 140 надежные, дешевые, стойкие к перепадам давления в системе, при условии надежного сочленения с трубами при монтаже. При отключении чугунные «гармошки» долго держат тепло, хотя прогреваются дольше других разновидностей. У новых разработок улучшенный дизайн, часто есть ножки для напольного монтажа. Сравнение тепловой инертности (темпов прогревания) и общих показателей представлено в таблице 1.

Таблица 1.

Параметры / металл	Чугун	Сталь панельные	Сталь трубчатые	Биметалл	Алюминий
Формат	Секции	Цельные	Цельные	Секции	Секции
Тепловая инертность	Высокая	Низкая	Низкая	Низкая	Низкая
Стойкость к коррозии	Высокая	Средняя	Средняя	Средняя	Средняя

Изделия из алюминия со стальной трубкой под теплоноситель – рекордсмены по КПД. На сегодня 1 секция биметаллического радиатора намного быстрее прогревается и отдает больше тепла в атмосферу помещения, чем изделиях из других материалов. При предельной температуре наполнителя слышен характерный треск, поскольку у алюминия и стали разная теплопроводность и степень расширения при нагревании.

Биметаллические радиаторы могут состоять из меди и алюминия с покрытием и без

Также есть батареи на основе медной трубки в алюминиевом кожухе – это самые дорогие биметаллические блоки. У них самые лучшие характеристики, высокая тепловая отдача и наиболее продолжительный срок эксплуатации. Недостатки – высокая стоимость и сложности в монтаже (лучше его доверить профессионалам).

Полезный совет! Оценивая эффективность разных моделей из одного металла, учитывают толщину стенки секции или трубки. Эти параметры должны быть указаны в описании к модели.

Радиаторы отопления из алюминия легче и дешевле, хотя немного уступают биметаллу по основным параметрам, включая мощность секции на1 квадратный метр. Трубчатые модели отличаются приятным дизайном, их легко перекрашивать под цвет помещения. Основной недостаток – вероятность деформации и протечки в мечтах сочленения при гидроударах и предельном давлении. По этой причине специалисты рекомендуют приобретать их для отопления частного сектора.

Стальной корпус отлично противостоит перепадам температур, меньше загрязняется, имея гладкую оцинкованную внутреннюю поверхность. Относительно небольшая цена, высокие темпы разогрева и хороший КПД – определяющие показатели, объясняющие их популярность. Однако со временем внутренний защитный слой разрушается под воздействием абразивных частиц теплоносителя.

Теплоемкость и теплопроводность металлов и сплавов

Теплопроводность цветных металлов и технических сплавов

Теплопроводность металлов и ее применение

Металлы – это вещества, имеющие кристаллическую структуру. При нагревании они способны плавиться, то есть переходить в текучее состояние. Одни из них имеют невысокую температуру плавления: их можно расплавить, поместив в обычную ложку и держа над пламенем свечи. Это свинец и олово. Другие возможно расплавить только в специальных печах. Высокой температурой плавления обладают медь и железо. Для ее понижения в металл вводят добавки. Полученные сплавы (сталь, бронза, чугун, латунь) имеют температуру плавления ниже, чем исходный металл.

От чего же зависит температура плавления металлов? Все они имеют определенные характеристики – теплоемкость и теплопроводность металлов. Теплоемкостью называют способность при нагревании поглощать теплоту. Ее численный показатель – удельная теплоемкость. Под ней подразумевается количество энергии, которое способна поглотить единица массы металла, нагреваемая на 1°С. От этого показателя зависит расход топлива на нагревание металлической заготовки до нужной температуры. Теплоемкость большинства металлов находится в пределах 300-400 Дж/(кг*К), металлических сплавов – 100-2000 Дж/(кг*К).

Теплопроводность металлов – это перенос тепла от более горячих частиц к более холодным по закону Фурье при их макроскопической неподвижности. Она зависит от структуры материала, его химического состава и типа межатомной связи. В металлах передача тепла производится электронами, в других твердых материалах – фононами. Теплопроводность металлов тем выше, чем более совершенную кристаллическую структуру они имеют. Чем больше металл имеет примесей, тем более искажена кристаллическая решетка, и тем ниже теплопроводность. Легирование вносит такие искажения в структуру металлов и понижает теплопроводность относительно основного металла.

У всех металлов хорошая теплопроводность, но у одних выше, чем у других. Пример таких металлов – золото, медь, серебро. Более низкая теплопроводность – у олова, алюминия, железа. Повышенная теплопроводность металлов является достоинством либо недостатком, в зависимости от сферы их использования. Например, она необходима металлической посуде для быстрого нагрева пищи. В то же время применение металлов с высокой теплопроводностью для изготовления ручек посуды затрудняет ее использование – ручки слишком быстро нагреваются, и до них невозможно дотронуться. Поэтому здесь используют теплоизолирующие материалы.

Еще одна характеристика металла, влияющая на его свойства – тепловое расширение. Оно выглядит как увеличение в объеме металла при его нагревании и уменьшение – при охлаждении. Это явление обязательно необходимо учитывать при изготовлении металлических изделий. Так, например, крышки кастрюль делают накладными, у чайников тоже предусмотрен зазор между крышкой и корпусом, чтобы при нагревании крышку не заклинило.

Для каждого металла вычислен коэффициент теплового расширения. Его определяют нагреванием на 1°С опытного образца, имеющего длину 1 м. Самый большой коэффициент имеют свинец, цинк, олово. Поменьше он у меди и серебра. Еще ниже – железа и золота.

По химическим свойствам металлы делятся на несколько групп. Существуют активные металлы (например, калий или натрий), способные мгновенно вступать в реакцию с воздухом или водой. Шесть самых активных металлов, составляющий первую группу периодической таблицы, называют щелочными. Они имеют маленькую температуру плавления и так мягки, что могут быть разрезаны ножом. Соединяясь с водой, они образуют щелочные растворы, отсюда и их название.

Вторую группу составляют щелочноземельные металлы – кальций, магний и пр. Они входят в состав многих минералов, более твердые и тугоплавкие. Примерами металлов следующих, третьей и четвертой групп, могут служить свинец и алюминий. Это довольно мягкие металлы и они часто используются в сплавах. Переходные металлы (железо, хром, никель, медь, золото, серебро) менее активны, более ковки и часто применяются в промышленности в виде сплавов.

Положение каждого металла в ряду активности характеризует его способность вступать в реакцию. Чем активнее металл, тем легче он забирает кислород. Их очень трудно выделить из соединений, в то время, как малоактивные виды металлов можно встретить в чистом виде. Самые активные из них – калий и натрий – хранят в керосине, вне его они сразу же окисляются. Из металлов, используемых в промышленности, наименее активным является медь. Из нее делают резервуары и трубы для горячей воды, а также электрические провода.

Коэффициенты теплопроводности алюминиевых, медных и никелевых сплавов

Коэффициент теплопроводности нержавеющей стали – Справочник металлиста

Теплопроводность представляет собой физическую величину, которая определяет способность материалов проводить тепло.

Иными словами, теплопроводность представляет собой способность субстанций передавать кинетическую энергию атомов и молекул другим субстанциям, находящиеся в непосредственном контакте с ними.

В СИ эта величина измеряется во Вт/(К*м) (Ватт на Кельвин-метр), что эквивалентно Дж/(с*м*К) (Джоуль на секунду-Кельвин-метр).

Фазовые переходы и структура

Когда материал испытывает фазовый переход первого рода, например, из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газ, то его теплопроводность может измениться. Ярким примером такого изменения является разница этой физической величины для льда (2,18 Вт/(м*К) и воды (0,90 Вт/(м*К).

Изменения кристаллической структуры материалов также влияют на теплопроводность, что объясняется анизотропными свойствами различных аллотропных модификаций вещества одного и того же состава.

Анизотропия влияет на различную интенсивность рассеивания решеточных фононов, основных переносчиков тепла в неметаллах, и в различных направлениях в кристалле.

Здесь ярким примером является сапфир, проводимость которого изменяется от 32 до 35 Вт/(м*К) в зависимости от направления.

Коэффициенты теплопроводности сплавов

Удельная теплоемкость цветных сплавов

Удельная теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов

Плотность сплавов

Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи.
Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
Шелудяк Ю. Е., Кашпоров Л. Я. и др. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. М.: 1992. — 184 с.
Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.

Свойства нержавеющей стали – эксплуатационные и технические достоинства

Особые свойства нержавеющей стали обуславливают ее активное использование в самых разнообразных отраслях промышленности и в быту. К достоинствам нержавейки относят повышенную прочность, небольшой удельный вес и теплопроводность, отличное сопротивление коррозии и качественную свариваемость.

1 Категории нержавейки – сталь бывает разной

Нержавеющие сплавы принято подразделять на пять типов в зависимости от микроструктуры сплавов. С этой точки зрения они могут быть:

ферритными;
аустенитными;
дуплексными;
жаропрочными;
мартенситными.

Самыми распространенными являются аустенитные виды нержавейки. Они практически не окисляются в процессе эксплуатации, имеют высокие технические и эксплуатационные характеристики (хорошая вязкость, пластичность, устойчивость к химическим воздействиям, небольшой удельный вес и коэффициент текучести). Подобные свойства обеспечиваются введением в состав аустенитной нержавейки 10–20 % никеля и примерно 23 % хрома.

Стали с ферритной микроструктурой демонстрируют уникальные характеристики при эксплуатации в агрессивных средах.

Они имеют высокую стойкость к коррозии при повышенных температурах, малый предел текучести и особые магнитные свойства (магнитную проницаемость). В таких сплавах хрома содержится не более 17 %. Магнитные разновидности нержавейки редко используются для производства бытовых изделий. Чаще они применяются в промышленности для изготовления разнообразных конструкций.

Реже применяются мартенситные стали. Их проницаемость (магнитная) ниже, а ключевые технические достоинства следующие:

небольшой коэффициент пластичности;
хорошее удельное сопротивление на разрыв и свариваемость;
высокая прочность и твердость;
малый вес.

Жаропрочные и дуплексные сплавы используются для особых целей. Их магнитные характеристики (проницаемость) минимальные, зато они демонстрируют уникальную прочность и сопротивление коррозии при эксплуатации в высокотемпературных и хлорсодержащих средах. Поэтому подобные стали активно применяются для выпуска изделий химической и пищевой промышленности.

2 Технические показатели – самые главные цифры

Удельный вес аустенитных и жаропрочных сплавов равняется 7,95 гр/см, ферритных и других – 7,7, коэффициент электросопротивления – 0,72–0,9 для всех сталей, кроме ферритных. Электрическое сопротивление последних составляет 0,6. Коэффициент твердости нержавеющих сплавов следующий:

По шкале Роквелла – 70–88 единиц для жаростойких и аустенитных сталей, 75–88 для ферритных.
По шкале Бринелля – 120–190 (аустенитные), 135–180 (магнитные) и 145–210 (жаропрочные).

Предел прочности нержавеющих сплавов с аустенитной микроструктурой варьируется от 500 до 690 Н/мм 2 . Все зависит от конкретной марки стали. А вот прочностной предел ферритных сплавов обычно выше – до 900 Н/мм 2 . Другие характеристики рассматриваемых сталей:

предел упругости – 195–400 Н/мм 2 ;
вязкость (ударная) – 120–160Дж/см 2 (для ферритных композиций – не более 50);
температура появления окалины – 840–1120 °С;
магнитная проницаемость ферритных сплавов – 1,008 единиц (при комнатной температуре).

Предел текучести большинства марок нержавеющих сталей за минуту равняется около 205 МПа. Эта величина справедлива для всех категорий сплавов за исключением ферритных. Показатель текучести последних обычно ниже на 10–20 МПа.

Еще одна важная характеристика рассматриваемых коррозионностойких сплавов – их теплопроводность. Под ней понимают возможность материала пропускать через себя тепловую энергию (передавать ее). Теплопроводность нержавейки равняется 16–20 Вт/м*К. Это очень малый показатель. Для сравнения скажем, что теплопроводность алюминия находится на уровне 200, а меди – 400 Вт/м*К.

3 Свариваемость нержавейки – прочные соединения

Сварка рассматриваемых сплавов производится по таким методикам:

аргонодуговая с помощью TIG-электродов (содержат вольфрам);
ручная дуговая;
полуавтоматическая.

Лучше всего свариваются аустенитные марки нержавеющей стали. А вот сварные соединения ферритных сталей получаются более хрупкими. Это стоит учитывать при обработке таких сплавов. Важный момент! Сварка всех видов нержавейки должна осуществляться после предварительного подогрева стальных изделий. Обычно достаточно нагреть их до 150–160°.

Ручная дуговая сварка нержавеющих сплавов выполняется двумя типами электродов: с рутиловым покрытием; с основным (карбонаты магния и кальция) покрытием. Во втором случае операция ведется исключительно на обратной полярности и постоянном токе. Полуавтоматический процесс рекомендован для сварки больших по толщине листов нержавейки. А вот аргонодуговая сварка обычно применяется для соединения тонких коррозионностойких изделий.