Теплопроводность нержавеющей стали

Теплопроводность стали – это способность материала проводить через себя тепловую энергию от более нагретых частей к холодным. Процесс происходит за счёт электронов, атомов, молекул и друг частиц структуры стали. Высокая теплопроводность очень важна, например, для посуды, а низкая делает более надежными и долговечными строительные материалы.

Коэффициент теплопроводности нержавеющей стали

Теплопроводность нержавеющей стали относительно низкая по сравнению с другими сплавами. Материал широко используется в агрессивных средах и в качестве элементов для архитектурных конструкций. Нередко его применяют для фасадов сооружений, печей и конвейеров на производстве. Преимущество низкой теплопроводности в высокой энергоэффективности и стабильности.

Если коэффициент теплопроводности стали углеродистого типа составляет в пределах 45 Вт/(м·К), то коэффициент теплопроводности нержавеющей стали имеет всего около 15 Вт/(м·К). На способность сплава передавать тепло влияет его состав, а также окружающая температурная среда. Покупая нержавеющий металлопрокат, очень важно уделить надлежащее внимание этому критерию.

Теплопроводность алюминия и стали

Если сравнивать теплопроводность алюминия и стали, то важно отталкиваться от условий их планируемой эксплуатации. Теплопроводность алюминия при типичной комнатной температуре равна около 236 Вт/(м·град). Ввиду этого, материал часто используется для производства радиаторов и теплоотводов.

Плавление алюминия происходит при температуре 660 °С, важные свойства материала при этом значительно теряются. Показатели во многом зависят от физических параметров, например, плотности. Сегодня спросом пользуются сплавы алюминия с медью, кремнием и цинком.

По технологическим особенностям их разделяют на:

Литейные;
Деформируемые.

Теплопроводность чугуна и стали

Оба материала представляют собой сплав углерода и железа. Очень широко применяются и в промышленности, и в быту. Сталь отличается повышенной твёрдостью и прочностью, а чугун лёгкостью и более низкой температурой плавления. Сталь лучше поддается обработке за счёт меньшего содержания в собственном составе углерода (по сравнению с чугуном).

Теплопроводность чугуна и стали очень важна и данному показателю почти каждый покупатель уделяет большое внимание. Теплопроводность сплавов, в отличие от показателей теплоемкости, не может быть определена по правилу смешения. А установить влияние отдельных элементов на теплопроводность чугуна можно лишь приблизительно.

Необходима отвечающая высоким требованиям сталь?

Выбирайте материал с подходящими свойствами на нашем сайте и оставляйте заказ! В нашем ассортименте представлен материал самого разнообразного назначения!

Выводы

Когда стоит задача купить нержавейку и теплопроводность материала имеет серьёзное значение, важно уделить внимание и другим его характеристикам. Необходимо учесть состав сплава, температурную среду в месте эксплуатации и другие не менее важные составляющие. Помочь с выбором стали вам всегда готовы специалисты нашей компании, обеспечив личной консультацией.

Низкая теплопроводность нержавеющей стали может стать весомым, если не главным преимуществом материала. Планируя покупку, обращайте внимание на все указанные технические показатели. А на дополнительные вопросы вам всегда будут рады дать исчерпывающие ответы наши сотрудники.

Компания «ВЕСТА» на украинском рынке металлопроката успешно работает и развивается с 2003 года. В ассортименте наших позиций для ваших нужд непременно найдётся подходящий по важным критериям вариант. Мы ценим выбор своих покупателей и осуществляем высокий контроль качества товара!

Коэффициент теплопроводности для различных марок сталей и сплавов

Поиск и выбор коэффициента теплопроводности для различных марок сталей и сплавов по таблице, при указанных температурах °C. В таблице использованы справочники [1-11].

Для выбора марок стали следует пользоваться системой поиска по таблице.

Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м·°C), при температуре, °C

Марка стали, сплава	20°C	100°C	200°C	300°C	400°C	500°C	600°C	700°C	800°C	900°C	1000°C
Ст3сп	—	55	54	50	45	39	34	30	—	—	—
08	—	81	69	—	51	45	—	—	—	—	—
08кп	63	60	56	51	47	41	37	34	30	27	—
10	—	57	53	45	38	—	—	—	—	—	—
10кп	—	58	54	49	45	40	36	32	29	27	—
15	—	56	53	—	45	—	—	—	—	—	—
15кп	—	53	53	49	46	43	39	36	32	30	—
20	51,7	51	49	46	42	—	—	—	—	—	—
20кп	—	51	49	44	43	39	36	32	26	26	—
25	52	51	49	46	43	40	36	32	26	27	—
30	51	—	49	—	42	36	—	—	—	—	—
35	—	51	49	—	42	—	—	—	—	—	—
40	—	49	49	47	44	41	38	35	29	20	—
45	—	48	47	44	41	39	36	31	27	26	—
50	48	48	47	44	41	38	35	31	27	—	—
55	68	55	—	36	32	—	—	—	—	—	—
60	—	67	53	—	36	—	—	—	—	—	—
15К	—	57	53	—45	—	—	—	—	—	—	—
20К	—	51	49	46	42	39	36	—	—	—	—
22К	—	50	48	46	44	41	—	—	—	—	—
А12	—	77	67	—	47	—	—	—	—	—	—
20Г	—	78	67	48	—	—	—	—	—	—	—
30Г	—	75	64	52	44	—	—	—	—	—	—
40Г	—	59	53	—	47	24	—	—	—	—	—
50Г	43	42	41	38	36	34	31	29	28	—	—
17Г1СУ	—	42,2

(10Х12Н22Т3МР, ЭП 33,

Машиностроение. Энциклопедия. Т. II–3. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы. /Под общей редакцией И.Н. Фридляндера. М.: Машиностроение, 2001. 880 с.
Масленков С.Б. Жаропрочные стали и сплавы. Справочник. М.: Металлургия, 1983. 192 с.
Стали и сплавы. Марочник. Справ. изд. /Сорокин В.Г. и др. Науч. ред. В.Г. Сорокин, М.А. Гервасьев. М.: Интермет Инжиниринг, 2001. 608 с.
Свойства конструкционных материалов атомной промышленности. Справочник в 8 т. Т. 3. Стали и сплавы для трубопроводов АЭС. /Дегтярев А.Ф., Каширский Ю.В., Козлов Вл.В. и др. Под ред. Вл.В. Козлова, С.В. Стрелкова. М.: ИЦ „Филин”, 2006. 256 с.
Масленков С.Б., Масленкова Е.А. Стали и сплавы для высоких температур. Справочное издание. В 2-х книгах. Кн. 1. М.: Металлургия, 1991. 383 с.
Марочник стали и сплавов для атомных энергетических установок. /Под ред. И.Р. Крянина, Г.П. Федорцова-Лутикова. М.: ЦНИИТМАШ, 1971. 195 с.
Международный транслятор современных сталей и сплавов. /Под ред. В.Я. Кершенбаума. Т. 3. М.: Интак, 1993. 638 с.
Журавлев В.Н., Николаева О.И. Машиностроительные стали. Справочник. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1992. 480 с.
Паршин А.М. Структура, прочность и радиационная повреждаемость коррозионностойких сталей и сплавов. Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1988. 656 с.
Металловедение и термическая обработка стали и чугуна. Справочник. /Под ред. Н.Т. Гудцова, М.Л. Бернштейна, А.Г. Рахштадта. М.: Металлургиздат, 1956. 1205 с.
Коррозия конструкционных материалов. Газы и неорганические кислоты: Справочное издание. В 2-х книгах. Кн. 1. Газы и фреоны. Батраков В.В., Батраков В.П., Пивоварова Л.Н., Соболев В.В. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Интермет Инжиниринг, 2000. 344 с.

Коэффициент теплоотдачи нержавеющей стали

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.

Понятие теплопроводности

Она является интенсивной физической величиной, то есть величиной, которая описывает свойство материи, не зависящей от количества последней. Интенсивными величинами также являются температура, давление, электропроводность, то есть эти характеристики одинаковы в любой точке одного и того же вещества. Другой группой физических величин являются экстенсивные, которые определяются количеством вещества, например, масса, объем, энергия и другие.

Противоположной величиной для теплопроводности является теплосопротивляемость, которая отражает способность материала препятствовать переносу проходящего через него тепла. Для изотропного материала, то есть материала, свойства которого одинаковы во всех пространственных направлениях, теплопроводность является скалярной величиной и определяется, как отношение потока тепла через единичную площадь за единицу времени к градиенту температуры. Так, теплопроводность, равная одному ватту на метр-Кельвин, означает, что тепловая энергия в один Джоуль переносится через материал:

за одну секунду;
через площадь один метр квадратный;
на расстояние один метр;
когда разница температур на поверхностях, находящихся на расстоянии один метр друг от друга в материале, равна один Кельвин.

Понятно, что чем больше значение теплопроводности, тем лучше материал проводит тепло, и наоборот. Например, значение этой величины для меди равно 380 Вт/(м*К), и этот металл в 10 000 раз лучше переносит тепло, чем полиуретан, теплопроводность которого составляет 0,035 Вт/(м*К).

Влияние концентрации углерода

Концентрация углерода в стали влияет на величину теплопередачи:

Низкоуглеродистые стали имеют высокий показатель проводимости. Именно поэтому они используются при изготовлении труб, которые затем применяются при создании трубопровода системы отопления. Значение коэффициента варьирует в пределе от 54 до 47 Вт/(м* К).
Средним коэффициентом для распространенных углеродистых сталей является значение от 50 до 90 Вт/(м* К). Именно поэтому подобный материал используется при изготовлении деталей различных механизмов.
У металлов, которые не содержат различных примесей, коэффициент составляет 64 Вт/(м* К). Это значение несущественно изменяется при термическом воздействии.

Таким образом, рассматриваемый показатель у легированных сплавов может меняться в зависимости от температуры эксплуатации.

Теплопроводность материалов

Ярко выраженной способностью проводить тепло обладают металлы. Для полимеров свойственна невысокая теплопроводность, а некоторые из них практически не проводят тепло, например, стекловолокно, такие материалы называются теплоизоляторами. Чтобы существовал тот или иной поток тепла через пространство, необходимо наличие некоторой субстанции в этом пространстве, поэтому в открытом космосе (пустое пространство) теплопроводность равна нулю.

Каждый гомогенный (однородный) материал характеризуется коэффициентом теплопроводности (обозначается греческой буквой лямбда), то есть величиной, которая определяет, сколько тепла нужно передать через площадь 1 м², чтобы за одну секунду, пройдя через толщу материала в один метр, температура на его концах изменилась на 1 К. Это свойство присуще каждому материалу и изменяется в зависимости от его температуры, поэтому этот коэффициент измеряют, как правило, при комнатной температуре (300 К) для сравнения характеристики разных веществ.

Если материал является неоднородным, например, железобетон, тогда вводят понятие полезного коэффициента теплопроводности, который измеряется согласно коэффициентам однородных веществ, составляющих этот материал.

В таблице ниже приведены коэффициенты теплопроводности некоторых металлов и сплавов во Вт/(м*К) для температуры 300 К (27 °C):

сталь 47—58;
алюминий 237;
медь 372,1—385,2;
бронза 116—186;
цинк 106—140;
титан 21,9;
олово 64,0;
свинец 35,0;
железо 80,2;
латунь 81—116;
золото 308,2;
серебро 406,1—418,7.

В следующей таблице приведены данные для неметаллических твердых веществ:

стекловолокно 0,03—0,07;
стекло 0,6—1,0;
асбест 0,04;
дерево 0,13;
парафин 0,21;
кирпич 0,80;
алмаз 2300.

Из рассматриваемых данных видно, что теплопроводность металлов намного превышает таковую для неметаллов. Исключение составляет алмаз, который обладает коэффициентом теплопередачи в пять раз больше, чем медь. Это свойство алмаза связано с сильными ковалентными связями между атомами углерода, которые образуют его кристаллическую решетку. Именно благодаря этому свойству человек чувствует холод при прикосновении к алмазу губами. Свойство алмаза хорошо переносить тепловую энергию используется в микроэлектронике для отвода тепла из микросхем. А также это свойство используется в специальных приборах, позволяющих отличить настоящий алмаз от подделки.

В некоторых индустриальных процессах стараются увеличить способность передачи тепла, чего достигают либо за счет хороших проводников, либо за счет увеличения площади контакта между составляющими конструкции. Примерами таких конструкций являются теплообменники и рассеиватели тепла. В других же случаях, наоборот, стараются уменьшить теплопроводность, чего достигают за счет использования теплоизоляторов, пустот в конструкциях и снижения площади контакта элементов.

Значение в быту и производстве

Почему важно учитывать коэффициент теплопроводности? Подобное значение указывается в различных таблицах для каждого металла и учитывается в нижеприведенных случаях:

При изготовлении различных теплообменников. Тепло является одним из важных носителей энергии. Его используют для обеспечения комфортных условий проживания в жилых и иных помещениях. При создании отопительных радиаторов и бойлеров важно обеспечить быструю и полную передачу тепла от теплоносителя к конечному потребителю.
При изготовлении отводящих элементов. Часто можно встретить ситуацию, когда нужно провести не подачу тепла, а отвод. Примером назовем случай отвода тепла от режущей кромки инструмента или зубьев шестерни. Для того чтобы металл не терял свои основные эксплуатационные качества, обеспечивается быстрый отвод тепловой энергии.
При создании изоляционных прослоек. В некоторых случаях материал не должен проводить передачу тепловой энергии. Для подобных условий эксплуатации выбирается металл, который обладает низким коэффициентом проводимости тепла.

Теплопроводность алюминиевых сплавов

Продукция из алюминиевых сплавов делится по видам технологического цикла: 1. Литейные. Выполнять литых изделий. 2. Деформируемые. Под давлением придается форма (прессовка, ковка, штамповка). Алюминиевые изделия, используемые в строительстве, изготавливается из сплава повышенной прочности. Перечень нормативных показателей, с учетом которых характеризуются сплавы: 1. Теплопроводность. 2. Переход от одного агрегатного состояния к другому. 3. Наличие легирующих присадок, влияющих на качество продукции и показатель долговечности (прочности).

Сведения о теплопроводности указаны в справочной литературе, но основными критериями оценки будут: 1. Плотность. 2. Теплопроводность. 3. Линейное расширение (коэффициент). 4. Температура, при которой изменяется прочность. 5. Устойчивость к коррозии. 6. Удельное электросопротивление.

После проведения анализа, несложно установить коэффициент зависимости теплопроводности от температуры металла.

Какие алюминиевые сплавы обладают большей теплопроводностью Если алюминиевые изделия в состав которого включается медью, цинк, магний или кремний, то процент теплопроводности в них заметно увеличивается, по отношению к алюминию в чистом виде.

Таблица по теплопроводности:

Проводимость тепла увеличивается с ростом температуры. Сплав АД1 отличается большей теплопроводностью. Используется для производства профилей, штамповок, слитков и другой аналогичной продукции.

Наивысшая теплопроводность алюминиевых сплавов

в обычных условиях отмечается у алюминиевого сплава АД1 — теплопроводность при 20 0С — равняется 210 Вт/(м•град).

Самая низкая теплопроводность алюминиевых сплавов

зафиксирована у литейных сплавов АК4, АЛ1, АЛ8.

Для каких систем нужен расчёт?

Коэффициент теплоотдачи считается для тёплого пола. Всё реже эта система делается из стальных труб, но если в качестве теплоносителей выбраны изделия из этого материала, то произвести расчёт необходимо. Змеевик – ещё одна система, при монтаже которой необходимо учесть коэффициент отдачи тепла.

Регистры – представлены в виде толстых труб, соединённых перемычками. Теплоотдача 1 метра такой конструкции в среднем – 550 Вт. Диаметр же колеблется в пределах от 32 до 219 мм. Сваривается конструкция так, чтобы не было взаимного подогрева элементов. Тогда теплоотдача увеличивается. Если грамотно собрать регистры, то можно получить хороший прибор обогрева помещения – надёжный и долговечный.

Как оптимизировать теплоотдачу стальной трубы?

В процессе проектирования перед специалистами встаёт вопрос, как уменьшить или увеличить теплоотдачу 1 м. стальной трубы. Для увеличения требуется изменить инфракрасное излучение в большую сторону. Делается это посредством краски. Красный цвет повышает теплоотдачу. Лучше, если краска матовая.

Другой подход – установить оребрение. Оно монтируется снаружи. Это позволит увеличить площадь теплоотдачи.

В каких же случаях требуется параметр уменьшить? Необходимость возникает при оптимизации участка трубопровода, расположенного вне жилой зоны. Тогда специалисты рекомендуют утеплить участок – изолировать его от внешней среды. Делается это посредством пенопласта, специальных оболочек, которые производятся из особого вспененного полиэтилена. Нередко используется и минеральная вата.

Производим расчёт

Формула, по которой считается теплоотдача следующая:

К – коэффициент теплопроводности стали;
Q – коэффициент теплоотдачи, Вт;
F – площадь участка трубы, для которого производится расчёт, м 2 dT – величина напора температуры (сумма первичной и конечной температур с учётом комнатной температуры), ° C.

Коэффициент теплопроводности K выбирается с учётом площади изделия. Зависит его величина и от количества ниток, проложенных в помещениях. В среднем величина коэффициента лежит в пределах 8-12,5.

dT называется также температурным напором. Чтобы параметр высчитать, нужно сложить температуру, которая была на выходе из котла, с температурой, которая зафиксирована на входе в котёл. Полученное значение умножается на 0,5 (или делится на 2). Из этого значения вычитается комнатная температура.

Если стальная труба изолирована, то полученное значение умножается на КПД теплоизоляционного материала. Он отражает процент тепла, который был отдан при прохождении теплоносителя.

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.

Все о теплопроводности стали

Что это такое?
От чего зависит?
Показатели
Значение в быту и производстве
Сравнение с теплопроводностью других материалов

Теплопроводность стали имеет решающее значение для систем теплообмена, так как от этого показателя зависит, насколько качественно заработает теплообменник. Тепло, накапливающееся в одном месте, способно вывести теплоноситель или саму основу теплообменника из строя.

Что это такое?

Теплопроводность – физическая величина, основанная на законе теплового и энергетического равновесия в природе. Если в каком-то участке материал холоднее хоть на градус, перенос тепловой энергии между молекулами и атомами быстро устранит эту разницу. Способность передавать тепло между металлическими и деталями, изготовленными из сплавов, широко применяется в работе функциональных узлов и целых устройств на их основе, используемых в народнохозяйственной деятельности. В качестве примера – кипятильник, спираль в котором нагревается при прохождении через неё электрического тока, передавая тепло на его внешние слои, а затем – к нагреваемой воде.

Теплопроводность и термосопротивление противоположны друг другу. Первая отвечает за быстрый (насколько это возможно) перенос тепла, второе – наоборот, за противодействие такому переносу.

К примеру, газы обладают низкой теплопроводностью и высоким термосопротивлением, ряд жидкостей и твёрдых частиц – приблизительно похожими значениями этих двух параметров, а металлы – высокой теплопроводностью и низким термосопротивлением.

Измеряется теплопроводность в ваттах, делённых на метр, помноженный на градус. Величина теплопроводности в справочниках указывается именно в таких единицах.

От чего зависит?

Зависимость теплопроводности стали и любых иных сплавов определяется значениями ряда параметров: плотность материала, химический состав, структура (наличие пор), размеров теплопроводящего пространства, которыми оно ограничено. Для металлов эта зависимость определяется строением кристаллической решётки, например, у стали и алюминия оно разное.

Кстати, спокойная сталь обладает лучшей теплопроводностью, чем полуспокойная или кипящая: первая имеет устоявшуюся, очень плотную структуру.

Не менее важной является зависимость значения теплопроводности от температуры. Дело в том, что недостаточно проводящий материал, нагреваясь, может столкнуться с возрастающим из-за снижения теплопроводности темпом накопления тепла. Возникает так называемый лавинообразный эффект: чем больше накаляется сталь, тем больше ускоряется скорость её нагрева. Элемент, в котором не рассчитана теплоотводящая способность, при перегреве попросту обгорает, в ряде случаев – расплавляется.

Однако теплопроводность стали или любого другого сплава – либо одиночного металла – не зависит в полной мере от конкретных свойств материала. Важно и то, какие элементы, детали рядом с ним соседствуют. Если, к примеру, на поверхность процессора нанести вместо теплопроводящей пасты простой клей и «посадить» на него радиатор, то сама радиаторная пластина будет нагреваться от горячего процессора незначительно, не обеспечивая в полной мере необходимый теплоотвод.

Стоит вам программно загрузить процессор до околопредельных значений, через несколько минут он перегреется и выгорит.

Можно, конечно, радиатор посадить без теплопроводящих паст, но при слишком плотной посадке либо треснет корпус процессора, либо, наоборот, при недостаточном контакте процессорной и радиаторной поверхностей наблюдается тот же самый эффект «недоотвода» тепла, несмотря на высокую теплопроводность стали или алюминия, из которого изготовлен радиаторный модуль. Эту особенность при ремонте и замене комплектующих микроэлектроники необходимо иметь в виду.

Показатели

Для стали 09Г2С значение теплопроводности колеблется от 33 при 20 градусах до 20 при нагреве до 400 градусов.

Для стали 12Х18Н10Т теплопроводность изменяется от 15 при 20 градусах до 29 при нагреве до 800 градусов: здесь прослеживается обратная тенденция – не уменьшения, а, наоборот, увеличения (в ваттах на метр, помноженный на каждый градус изменения температуры).

Если же привести конкретные значения для разных сортов разноуглеродистых сталей, то они расположились следующим образом.

Сталь 20 при температуре 27-1200 градусов – 86-30 Вт/м*градус (тенденция к снижению).

Сталь 45 при 27-527 градусах – 79-30.

Сталь 3: при температуре 100-700 – значение в 55-30.

Ст3 (спокойная, группы В) – аналогичные предыдущему варианту значения.

Сталь 10: при 27-527 градусах – 83-44.

Сталь 40 обладает двойной зависимостью с экстремумом: при температуре 100, 800, 900, 1000, 1100 её теплопроводность снижается от 51 до 25, а при дальнейшем нагреве от 1200 до 1400 градусов она, напротив, растёт от 26 до 30 единиц.

Сталь 30 имеет лишь нисходящую, как и большинство других сортов, тенденцию: при нагреве от 20 до 700 градусов её показатель плавно снижается от 52 до 32.

У стали 15 изменение температуры от 27 до 627 вызовет снижение теплопроводности с отметки в 86 до уровня в 32 Вт/м*градус.

Остальные значения соответствуют не одной сотне всевозможных сортов сталей и чугунов, но важно главное: значительное большинство сортов сплава на основе железа демонстрирует уверенную тенденцию к снижению теплопроводности с ростом температуры. Показатель не зависит от проката стали – круглый, квадратный, угловой, тавровый, рельсовый или листовой – у всех образцов распространение нагрева происходит с одной закономерностью (скоростью).

Значение в быту и производстве

Бытовое и производственное значения теплопроводности важно учесть при изготовлении теплообменников. Как правило, все теплообменники изготавливаются из металлов и их сплавов, возможно, с добавлением легирующих неметаллических присадок. У сплавов теплопроводность несколько ниже, чем у чистых металлов. Расчёт и проектирование теплообменников базируется на способности передать тепло от теплоносителя (источника) к потребителю.

Не менее важной задачей является высокоэффективный теплоотвод. Будь это охлаждение редуктора в болгарке или микропроцессора в компьютере, теплоотводчик, не обладающий необходимым минимально допустимым значением теплопроводности, не отведёт тепло в полной мере от греющихся компонентов, отчего те быстро выйдут из строя.

Теплоизоляция, наоборот, базируется на расчёте изолирующего слоя с меньшим значением теплопроводности, а не со средним или с околомаксимальным коэффициентом.

Вспененный полиэтилен, поролон, минвата задерживают тепло зимой в помещении лишь потому, что воздух в их пористой структуре обладает, как и каждый из газов в отдельности, из которых он состоит, ничтожной – по сравнению с металлами – теплопроводностью.

Не менее важная составляющая расчёта – испытания. Разрабатывая новый теплоотводящий материал либо изолятор (например, пористый полипропилен), отталкиваются от существующих значений компонентов, из которых строится основа теплообменного слоя. Задача состоит в том, чтобы пропустить или отразить обратно большую часть тепла.

Сравнение с теплопроводностью других материалов

Для сравнения, большинство сталей обладает коэффициентом теплопроводности при нуле по Цельсию, приближённо равным 63 Вт/м*градус, при увеличении температуры нагрева до нескольких сот градусов он снижается примерно в 2,5-3 раза. Алюминий, напротив, обладает восходящей тенденцией – 202-422 единиц, большинство сплавов на его основе отличаются существенной разницей в теплопроводности.

У примесного сплава с алюминием это значение колеблется в пределах 100-180. Медь демонстрирует снижение от 394 до 353 единиц при таких же температурных изменениях.

Латунные сплавы обладают при таком же температурном диапазоне значениями в 100-200 – с нисходящей тенденцией. Никель при таком же нагреве демонстрирует снижение коэффициента с 67 до 57 единиц. Никелевые сплавы с железом и цинком обладают восходящей тенденцией: 20-50 Вт/м*градус. Хромсодержащие сплавы на основе никеля позволят достичь относительно минимального значения – 12 единиц.

Теплопроводность нержавеющей стали

Инструменты и оборудование для мастера

Что такое теплопроводность

Молекул.
Атомов.
Электронов и других частиц структуры металла.

Показатели для стали

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 и теплопередачи стали, сплавов

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).

Электрическая проводимость

Теплопроводность в металлах изменяется вместе с электропроводностью согласно закону Видемана—Франца.

Это связано с тем, что валентные электроны, свободно перемещаясь по кристаллической решетке металла, переносят не только электрическую, но и тепловую энергию.

Для других материалов корреляция между этими типами проводимости не является ярко выраженной, ввиду незначительного вклада электронной составляющей в теплопроводность (в неметаллах основную роль в механизме передачи тепла играют решеточные фононы).

Процесс конвекции

Воздух и другие газы являются, как правило, хорошими теплоизоляторами при отсутствии процесса конвекции. На этом принципе основана работа многих теплоизолирующих материалов, содержащих большое количество небольших пустот и пор.

Такая структура не позволяет конвекции распространяться на большие расстояния. Примерами таких материалов, полученных человеком, являются полистирен и силицидный аэрогель.

В природе на том же принципе работают такие теплоизоляторы, как шкура животных и оперение птиц.

Легкие газы, например, водород и гель, имеют высокие значения теплопроводности, а тяжелые газы, например, аргон, ксенон и радон, являются плохими проводниками тепла.

Например, аргон, инертный газ, который тяжелее воздуха, часто используется в качестве теплоизолирующего газового наполнителя в двойных окнах и в электрических лампочках.

Исключением является гексафторид серы (элегаз), который является тяжелым газом и обладает относительно высокой теплопроводностью, ввиду его большой теплоемкости.

Влияние концентрации углерода

Концентрация углерода в стали влияет на величину теплопередачи:

Низкоуглеродистые стали имеют высокий показатель проводимости. Именно поэтому они используются при изготовлении труб, которые затем применяются при создании трубопровода системы отопления. Значение коэффициента варьирует в пределе от 54 до 47 Вт/(м* К).
Средним коэффициентом для распространенных углеродистых сталей является значение от 50 до 90 Вт/(м* К). Именно поэтому подобный материал используется при изготовлении деталей различных механизмов.
У металлов, которые не содержат различных примесей, коэффициент составляет 64 Вт/(м* К). Это значение несущественно изменяется при термическом воздействии.

Понятие «теплопроводность»

Для начала следует разобраться в самом понятии «теплопроводность». Это поможет пользователю легче лавировать среди сухих цифр и оперировать ими. Для того чтобы провести определённую работу, следует основательно подойти к делу и разузнать все возможные характеристики того материала, с которым впоследствии будет работать пользователь.
Теплопроводностью называют такую способность различных материальных тел к теплообмену (переносу энергии) к менее нагретым частям тела от его более нагретых частей. Этот процесс возможен, благодаря различным частицам тела, которые хаотически движутся. Такими частицами являются:

молекулы;
атомы;
электроны и так далее.

Такой теплообмен возможен во всех телах, в которых наблюдается неоднородное распределение температурных показателей. Сам механизм переноса тепла будет напрямую зависеть от агрегатного состояния рассматриваемого материала.

Также термин «теплопроводность» применяется для обозначения количественной характеристики способности любого физического тела проводить тепло. Если сравнивать тепловые цепи с цепями электрическими, то такой термин является аналогом проводимости.

Для того чтобы охарактеризовать количественную способность физического тела проводить тепло, используется специальная величина, которая именуется коэффициентом теплопроводности. Эта характеристика равна количеству теплоты, которое проходит через образец материала, обязательно однородного, единичной площади и единичной длины за единицу времени при единичной разнице температур. В известной всем системе СИ такая величина измеряется в Вт/(м*градус Цельсия).

Само явление теплопроводности зиждется на принципах, которые с лёгкостью объясняет молекулярно-кинетическая теория. Они заключаются в том, что нагретые молекулы двигаются намного быстрее, чем молекулы, пребывающие в своём обычном состоянии, поэтому при своём быстром хаотическом движении они способны влиять на другие молекулы, находящиеся в более холодных частях тела и передавать им своё тепло.

Значение в быту и производстве

При изготовлении различных теплообменников. Тепло является одним из важных носителей энергии. Его используют для обеспечения комфортных условий проживания в жилых и иных помещениях. При создании отопительных радиаторов и бойлеров важно обеспечить быструю и полную передачу тепла от теплоносителя к конечному потребителю.
При изготовлении отводящих элементов. Часто можно встретить ситуацию, когда нужно провести не подачу тепла, а отвод. Примером назовем случай отвода тепла от режущей кромки инструмента или зубьев шестерни. Для того чтобы металл не терял свои основные эксплуатационные качества, обеспечивается быстрый отвод тепловой энергии.
При создании изоляционных прослоек. В некоторых случаях материал не должен проводить передачу тепловой энергии. Для подобных условий эксплуатации выбирается металл, который обладает низким коэффициентом проводимости тепла.

Применение

Агрегатное состояние материалов имеет отличительную структуру строения молекул и атомов. Именно это оказывает большое влияние на металлические изделия и их свойства, в зависимости от назначения.

Отличающийся химический состав узлов и деталей из железа, позволяет обладать различной теплопроводностью. Это связано со структурой таких металлов как чугун, сталь, медь и алюминий. Пористость чугунных изделий способствует медленному нагреванию, а плотность медной структуры – наоборот, ускоряет процесс теплоотдачи. Эти свойства используют для быстрого отвода тепла или постепенного нагревания продукции инертного назначения. Примером использования свойств металлических изделий является:

кухонная посуда с различными свойствами;
оборудование для пайки труб;
утюги;
подшипники качения и скольжения;
сантехническое оборудование для подогрева воды;
приборы отопления.

Медные трубки широко используют в радиаторах автомобильных систем охлаждения и кондиционеров, применяемых в быту. Чугунные батареи сохраняют тепло в квартире, даже при непостоянной подаче теплоносителя требуемой температуры. А радиаторы из алюминия, способствуют быстрой передаче тепла отапливаемому помещению.

При возникновении высокой температуры, в результате трения металлических поверхностей, также важно учитывать теплопроводность изделия. В любом редукторе или другом механическом оборудовании, способность отводить тепло, позволит деталям механизма сохранить прочность и не быть подвергнутыми разрушению, в процессе эксплуатации. Знание свойств теплопередачи различных материалов, позволит грамотно применить те или иные сплавы из цветных или черных металлов.

Читать также: Полимеры по способу получения примеры

Перед тем как работать с различными металлами и сплавами, следует изучить всю информацию, касающуюся их основных характеристик. Сталь является самым распространенным металлом и применяется в различных отраслях промышленности. Важным ее показателем можно назвать теплопроводность, которая варьируется в широком диапазоне, зависит от химического состава материала и многих других показателей.

Для каких систем нужен расчёт?

Как оптимизировать теплоотдачу стальной трубы?

Другой подход – установить оребрение. Оно монтируется снаружи. Это позволит увеличить площадь теплоотдачи.

Производим расчёт

Формула, по которой считается теплоотдача следующая:

К – коэффициент теплопроводности стали;
Q – коэффициент теплоотдачи, Вт;
F – площадь участка трубы, для которого производится расчёт, м 2 dT – величина напора температуры (сумма первичной и конечной температур с учётом комнатной температуры), ° C.

Теплопроводность нержавеющей стали

Теплопроводность нержавеющей стали

Коэффициент теплопроводности нержавеющей стали

Теплопроводность алюминия и стали

Теплопроводность чугуна и стали

Выводы

Коэффициент теплопроводности для различных марок сталей и сплавов

Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м·°C), при температуре, °C

Похожие статьи

Механические свойства нержавеющих сталей по AISI-SAE и BS

Машиностроительные материалы, получаемые методом порошковой металлургии. Металлокерамика

Выбор способов смазки и смазки для подшипников качения

Коэффициент теплоотдачи нержавеющей стали

Что такое теплопроводность

Показатели для стали

Понятие теплопроводности

Влияние концентрации углерода

Теплопроводность материалов

Значение в быту и производстве

Теплопроводность алюминиевых сплавов

Таблица по теплопроводности:

Для каких систем нужен расчёт?

Как оптимизировать теплоотдачу стальной трубы?

Производим расчёт

Свойства нержавеющей стали – эксплуатационные и технические достоинства

1 Категории нержавейки – сталь бывает разной

2 Технические показатели – самые главные цифры

3 Свариваемость нержавейки – прочные соединения

Все о теплопроводности стали

Что это такое?

От чего зависит?

Показатели

Значение в быту и производстве

Сравнение с теплопроводностью других материалов

Теплопроводность нержавеющей стали

Что такое теплопроводность

Показатели для стали

Коэффициент теплопроводности и теплопередачи стали, сплавов

Электрическая проводимость

Процесс конвекции

Влияние концентрации углерода

Понятие «теплопроводность»

Значение в быту и производстве

Применение

Для каких систем нужен расчёт?

Как оптимизировать теплоотдачу стальной трубы?

Производим расчёт

Добавить комментарий Отменить ответ