Сталь є найбільш поширеним в промисловості металевим матеріалом, на основі якого виготовляють конструкції та інструменти з заданими властивостями. В залежності від призначення цього матеріалу змінюються багато його фізичні властивості, включаючи щільність. У цій статті розглянемо, якою володіє щільністю сталь кг/м3.
Що таке сталь, і якою вона буває?
Перш ніж приводити таблиці щільність сталі, кг/м3, познайомимося з самим матеріалом. Сталлю в металургії називають сплав заліза з вуглецем, вміст якого не перевищує 2,1 атомних відсотків. Якщо вуглецю буде більше, то починає утворюватися графіт в системі, що призводить до різкої зміни властивостей сплаву. Зокрема, збільшується його твердість і крихкість, і зменшується пластичність. Якщо вуглецю більше, ніж 2,1 %, то сплав називається чавуном.
Слід розуміти головну річ, що сталь – це сплав заліза з іншими елементами, які виступають в якості домішок. Якщо залізо стає основним компонентом, тоді такий сплав сталлю не є.
Стали бувають різні. Так, низький вміст вуглецю призводить до утворення класу конструкційних матеріалів. Більш висока його зміст утворює клас інструментальних сталей. Крім вуглецевих, існують леговані різними елементами матеріали. Наприклад, додавання більше 13% хрому призводить до утворення нержавіючих матеріалів, а великий вміст молібдену і вольфраму утворює клас ріжучих сталей.
Від чого залежить щільність сталі?
Існує ряд факторів, які визначають щільність сталі, кг/м3. До них відносяться наступні:
- щільність власне заліза для даної кристалічної решітки;
- кількість і тип домішок;
- наявність фаз.
З названих чинників перший є самим головним, оскільки саме залізо є основою даних сплавів. Як відомо, воно може існувати в двох кристалічних решітках: ОЦК (об’ємно-центрована кубічна) і ГЦК (гранецентрированная кубічна).
Перший тип решітки утворює, так звані феритні сталі, другий – аустенітні. Решітка ГЦК є плотноупакованной, в той час як ОЦК – це більш рихла упаковка атомів. Тим не менш щільність феритних сталей, як правило, вище, ніж аустенітних. Причина цього проста, справа в тому, що ГЦК є стабільною структурою тільки при високих температурах для чистого заліза, а всі метали при нагріванні сильно розширюються. Останнє призводить до падіння щільності.
Вуглецеві сталі
Чому дорівнює густина сталі вуглецевої? В загальному можна сказати, що вона трохи нижче щільності чистого ОЦК заліза (7874 кг/м3). Це незначне зменшення пов’язано з тим, що вуглець в ОЦК гратці займає октаедричні пори. Щільність самого вуглецю в структурах алмазу і графіту дуже низька, тому його добавка до залозу зменшує його середню щільність. Оскільки атоми вуглецю займають великі октаедричні пори, то вони незначно збільшують середній параметр сітки, що позначається на невеликому зниження аналізованого показника. Нижче наведена таблиця щільності сталі в кг/м3 в залежності від марки і температури.
Леговані сталі
Як було сказано, до них відносяться будь-сплави на основі заліза, які, крім вуглецю, містять інші елементи, наприклад, хром, нікель, вольфрам, ванадій і так далі. Так, щільність нержавіючої сталі 12Х18Н9, що містить, крім хрому, нікель, при кімнатній температурі складає 7900 кг/м3, що вище, ніж у чистого ОЦК заліза. Якщо в “нержавійці” нікелю не буде, то її щільність виявиться нижче, ніж у чистого заліза, оскільки атом хрому легше залізного.
Найбільш щільними є швидкорізальні сталі. Вони містять у великих кількостях такі важкі метали, як молібден і вольфрам. Щільність їх може досягати 8800 кг/м3.
