Металл является основным материалом, применяемым во многих отраслях промышленности. Из него изготавливаются различные конструкции. Кроме того, он используется в качестве материала для изготовления деталей и узлов машин и агрегатов.
Металлургические компании выпускают различные виды металлопроката:
- уголок;
- швеллер;
- труба.
Наиболее распространенным является труба. Когда возникает необходимость в этом материале, то для потребителя важно определить характеристики металлопроката, предлагаемого конкретной компанией-продавцом. Чтобы получить эту важную информацию, они чаще всего обращаются к специальным таблицам. Ориентируясь на данные, содержащиеся в них, можно узнать наиболее важные параметры:
- вес;
- габариты изделия.
Если предприятию и организации требуются металлические трубы, то обратившись к таблице веса, можно получить всю важную информацию об этих изделиях.
Когда металлопрокат используется для сооружения конструкций, то здесь самым важным является правильный подбор материала. Он обязательно должен быть качественным, поскольку именно от этого зависит надежность и срок эксплуатации возводимых конструкций.
Часто конструктивные элементы создают, используя профильные трубы. Перед приобретением материала для их изготовления следует узнать физико-технические характеристики материала. В этом могут помочь таблицы веса, которые содержат всю необходимую информацию.
Обратившись к ним, можно узнать, какой удельный вес будет иметь отдельная труба, а затем на основе полученных цифр рассчитать вес конструкции.
Ориентируясь на содержащиеся в таких таблицах показатели, можно определить удельный вес труб, опираясь на размеры трубных изделий, а также ряд других факторов.
Общие свойства
Не нужно путать сталь с железом, которое представляет собой твердый и относительно пластичный металл, имеет атомный диаметр 2,48 ангстрема, температуру плавления 1535 °C и температуру кипения 2740 °C. В свою очередь, углерод является неметаллом с атомным диаметром 1,54 ангстрема, мягкий и хрупкий в большинстве своих аллотропных модификаций (исключение составляет алмаз). Диффузия этого элемента в кристаллической структуре железа возможна благодаря разнице в их атомных диаметрах. В результате такой диффузии образуется этот материал.
Главным отличием железа от стали является процентное содержание углерода, которое было указано выше. Материал может иметь различную микроструктуру в зависимости от той или иной температуры. Она может находиться в следующих структурах (для большей информации посмотрите фазовую диаграмму железо-углерод):
Материал сохраняет свойства железа в своем чистом состоянии, однако добавка углерода и других элементов, как металлов, так и неметаллов, улучшает ее физико-химические свойства.
Существует много видов стали в зависимости от добавляемых в нее элементов. Группу углеродных сталей образуют материалы, в которых углерод является единственной добавкой. Другие специальные материалы получают свои названия благодаря своим основным функциям и свойствам, которые определяются их структурой и добавленными дополнительными элементами, например, кремниевые, цементирующие, нержавеющие, структурные сплавы и так далее.
Как правило, все материалы с добавками объединяются под одним названием — специальные стали, которые отличаются от обычных углеродных сталей, а последние служат базовым материалом для изготовления специальных материалов. Такое разнообразие данного материала по его характеристикам и свойствам привело к тому, что сталь начали называть «сплав железа и другой субстанции, которая повышает его твердость».
Что такое переводной коэффициент?
Он позволяет рассчитать вес изделий из любого материала. Его получают, как отношение плотности выбранного материла к значению плотности стали. Далее для вычисления искомого параметра достаточно вычислить такой параметр стального изделия заданной формы. Полученный результат умножит на переводной коэффициент для данного материала.
Коэффициент является безразмерной величиной. Имеет свои конкретные значения у различных металлов и сплавов. Например, алюминий имеет 0,34, медь – 1,14, к бронзе марки ОЦС5-5-5 применяют 1,12.
Чтобы вычислить вес листа из указанной бронзы необходимо получить параметр такого же листа из стали, перемножив с переводным коэффициентом.
Переводной коэффициент металла
Такую же методику расчёта, применение переводного коэффициента, справедливо применять к неметаллическим изделиям прямоугольной формы. Например, к текстолиту с коэффициентом 0,18, органическому стеклу – 0,15. Полученные результаты будут удовлетворять требованиям по точности.
Компоненты металла
Два основных компонента стали встречаются в изобилии в природе, что благоприятствует ее производству в крупных масштабах. Разнообразие свойств и доступность этого материала делает его пригодными для таких отраслей промышленности, как машиностроение, производство инструментов, строительство зданий, внося свой вклад в индустриализацию общества.
Несмотря на свою плотность (удельный вес стали кг м3 составляет 7850, то есть масса стали объемом 1 м³ равна 7850 килограмм, для сравнения плотность алюминия 2700 кг/м3) она используется во всех секторах индустрии, включая аэронавтику. Причинами ее такого разнообразного применения являются как податливость и в то же время твердость, так и ее относительно низкая стоимость.
Добавки и их характеристика
Специальная классификация сталей определяет наличие конкретного элемента в ее составе и его процентное содержание по массе. Элементы добавляются в сплав с целью придания последней специфических свойств, например, увеличения ее механической выносливости, твердости, устойчивости к износу, способности к плавлению и другие. Ниже приведен список наиболее распространенных добавок и эффектов, которые они вызывают.
- Алюминий: добавляется в концентрациях, близких к 1%, для повышения твердости сплава, а при концентрациях меньше 0,008% как антиокислитель для жаростойких материалов.
- Бор: при малых концентрациях (0,001—0,006%) увеличивает прокаливаемость материала, не снижая ее способность подвергаться механической обработке. Используется в материалах низкого качества, например, при производстве плугов, проволоки, обеспечивая ее твердость и ковкость. Используется также в качестве ловушек для азота в кристаллической структуре железа.
- Кобальт. Уменьшает закаливаемость и приводит к упрочнению материала и увеличению его твердости при высоких температурах. Увеличивает также магнитные свойства. Используется в жаропрочных материалах.
- Хром: благодаря образованию карбидов придает стали прочность и сопротивляемость высоким температурам, увеличивает коррозионную стойкость, увеличивает глубину формирования карбидов и нитридов при термохимической обработке, используется в качестве твердого нержавеющего покрытия для осей, поршней и так далее.
- Молибден увеличивает твердость и коррозионную стойкость для аустенитных материалов.
- Азот добавляется для облегчения образования аустенита.
- Никель делает аустенит стабильным при комнатной температуре, увеличивая твердость материала. Используется в жаростойких сплавах.
- Свинец образует маленькие глобулярные образования, которые повышают способность к механической обработке стали. Этот элемент обеспечивает смазку материала при процентном содержании от 0,15% до 0,30%.
- Кремний увеличивает закаливаемость и стойкость к окислению материала.
- Титан стабилизирует сплав при высоких температурах и увеличивает его сопротивляемость окислению.
- Вольфрам образует вместе с железом стабильные и очень твердые карбиды, которые остаются устойчивыми при высоких температурах, 14—18% этого элемента позволяет создать режущую сталь, которую можно применять со скоростью в три раза больше, чем обычную углеродную сталь.
- Ванадий увеличивает сопротивляемость окислению материала и формирует сложные карбиды с железом, которые увеличивают сопротивление усталости.
- Ниобий придает твердость, пластичность и ковкость сплаву. Используется в структурных материалах и автоматике.
Примеси в сплаве
Примесями называются элементы, которые нежелательны в составе стали. Они содержатся в самом материале и попадают в него в результате плавки, так как содержатся в горючем топливе и в минералах. Необходимо уменьшать их содержание, поскольку они ухудшают свойства сплава. В том случае, когда их удаление из состава материала является невозможным или дорогим, тогда стараются сократить их процентное содержание до минимума.
Сера: ее содержание ограничивается 0,04%. Элемент образует сульфиды вместе с железом, которые, в свою очередь, совместно с аустенитом образуют эвтектику с низкой температурой плавления. Сульфиды выделяются на границах зерен. Содержание серы резко ограничивает возможность термо- и механообработки материалов при средних и высоких температурах, поскольку приводит к разрушению материала по границам зерен.
Добавки марганца позволяют контролировать содержание серы в материалах. Марганец имеет большее родство с серой, чем железо, поэтому вместо сульфида железа образуется сульфид марганца, имеющий высокую температуру плавления и хорошие пластические свойства. Концентрация марганца должна быть в пять раз больше, чем концентрация серы, для обеспечения положительного эффекта. Марганец также увеличивает способность к механической обработке сталей.
Фосфор: максимальный предел его содержания в сплаве составляет 0,04%. Фосфор вреден, поскольку растворяется в феррите, уменьшая тем самым его пластичность. Фосфид железа вместе с аустенитом и цементитом образует хрупкую эвтектику с относительно низкой температурой плавления. Выделение фосфида железа на границах зерен делает материал хрупким.
Как рассчитать массу уголка, швеллера, двутавровой балки
Расчёт параметра производится с использованием данных о ширине полки, толщине металла. Изделие рассматривают как половину прямоугольного профиля.
Для всего сортамента металлопроката существуют готовые расчётные таблицы.
Однако уголки различных производителей имеют реальные весовые характеристики отличные от табличных данных. Они намеренно снижают толщину полки. Мотивируют стремлением к удешевлению продукции. Разница параметра значительно отличается от параметров, предусмотренных ГОСТ.
Весовые характеристики швеллера, двутавровые балки определяются по данным таблиц. Это вызвано трудностями расчёта объёма сложных геометрических фигур.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Вопрос подсчёта веса металлопроката актуален не только для специалистов, но и частных застройщиков и домашних умельцев. При наличии под рукой справочника и, тем более, он-лайн металлокалькулятора произвести соответствующие расчёты несложно. А если у вас с собой есть только рулетка и калькулятор на телефоне? Точные результаты с таким арсеналом получить сложно, но приблизительно определиться с весом некоторых металлоизделий – вполне реально.
Читать также: Лучший мотокультиватор цена качество
Удельный вес металлов
Все тела, имеющие одинаковый объем, но произведенные из различных веществ, имеют различную массу, которая находится в прямой зависимости от его объема. Отношение объема сплава к его массе — плотность — является постоянной величиной, которая будет характерной для данного вещества. А удельный вес — это сила тяжести непосредственно взятого за основу объема данного вещества. Другими словами, 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.Все известные и применяемые в промышленности металлы обладают определенными физико-механическими свойствами, которые, собственно говоря, и определяют их удельный вес. Металлы обладают характерными свойствами, среди которых можно назвать высокую прочность, тепло- и электропроводность, пластичность.Химические свойства и удельный вес 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 |
Удельный вес наиболее распространенных марок стали
| Наименование (тип стали) | Марка или обозначение | Удельный вес (г/см3) |
| Сталь нержавеющая конструкционная криогенная | 12Х18Н10Т | 7,9 |
| Сталь нержавеющая коррозионно-стойкая жаропрочная | 08Х18Н10Т | 7,9 |
| Сталь конструкционная низколегированная | 09Г2С | 7,85 |
| Сталь конструкционная углеродистая качественная | 10,20,30,40 | 7,85 |
| Сталь конструкционная углеродистая | Ст3сп, Ст3пс | 7,87 |
| Сталь инструментальная штамповая | Х12МФ | 7,7 |
| Сталь конструкционная рессорно-пружинная | 65Г | 7,85 |
| Сталь инструментальная штамповая | 5ХНМ | 7,8 |
| Сталь конструкционная легированная | 30ХГСА | 7,85 |
Удельный вес стали различных марок
| Наименование (тип стали) | Марка или обозначение | Удельный вес (г/см3) |
| никельхромовая сталь | ЭИ 418 | 8,51 |
| хромомарганцовоникелевая сталь | Х13Н4Г9 (ЭИ100) | 8,5 |
| хромистая сталь | 1Х13 (ЭЖ1) | 7,75 |
| 2Х13 (ЭЖ2) | 7,70 | |
| 3Х13 (ЭЖ3) | 7,70 | |
| 4Х14 (ЭЖ4) | 7,70 | |
| Х17 (ЭЖ17) | 7,70 | |
| Х18 (ЭИ229) | 7,75 | |
| Х25 (ЭИ181) | 7,55 | |
| Х27 (Ж27) | 7,55 | |
| Х28 (ЭЖ27) | 7,85 | |
| хромоникелевая сталь | 0Х18Н9 (ЭЯ0) | 7,85 |
| 1Х18Н9 (ЭЯ1) | 7,85 | |
| 2Х18Н9 (ЭЯ2) | 7,85 | |
| Х17Н2 (ЭИ268) | 7,75 | |
| ЭИ307 | 7,7 | |
| ЭИ334 | 8,4 | |
| Х23Н18 (ЭИ417) | 7,9 | |
| хромокремнемолибденовая сталь | ЭИ107 | 7,62 |
| хромоникельвольфрамовая сталь | ЭИ69 | 8,0 |
| хромоникельвольфрамовая с кремнием сталь | Х25Н20С2 (ЭИ283) | 8,0 |
| хромоникелькремнистая сталь | ЭИ72 | 7,7 |
| прочая особая сталь | ЭИ401 | 7,9 |
| ЭИ418 | 8,51 | |
| ЭИ434 | 8,13 | |
| ЭИ435 | 8,51 | |
| ЭИ437 | 8,20 | |
| ЭИ415 | 7,85 |
Удельный вес стали углеродистой и легированной
| Наименование (тип стали) | Марка или обозначение | Удельный вес (г/см3) |
| высокоуглеродистая сталь | 70 (ВС и ОВС) | 7,85 |
| среднеуглеродистая сталь | 45 | 7,85 |
| малоуглеродистая сталь | 10 и 10А; 20 и 20А | 7,85 |
| малоуглеродистая электро-техническая (железо типа Армко) сталь | А и Э; ЭА; ЭАА | 7,8 |
| хромистая сталь | 15ХА | 7,74 |
| хромоалюминиевомолибденовая азотируемая сталь | 38ХМЮА | 7,65 |
| хромомарганцовокремнистая сталь | 25ХГСА | 7,85 |
| хромованадиевая сталь | 30ХГСА | 7,85 |
| 20ХН3А | 7,85 | |
| 40ХФА | 7,80 | |
| 50ХФА | 7,74 |
Как” узнать массу трубы
Нахождение параметра металлической трубы любого диаметра производиться аналогично методике для круглого профиля. Рассчитывают разницу площадей двух кругов. Первый имеет внешний радиус трубы. Второй имеет внутренний радиус трубы.
Полученную разность умножают на длину трубы, вычисляя объем металла. Умножив на плотность стали, находят массу трубы заданной длины. Операция с изделиями цветных металлов упрощается благодаря применению переводного коэффициента.
При работе с готовыми таблицами следует найти данные для прутка 1 м с радиусом равным величине внешнего диаметра. Вычислить величину прутка диаметр, которого равен величине внутреннего диаметра. Вычесть из большего значения меньшее значение, получится искомый результат. Его следует умножить на длину образца.
Как узнать массу трубы
Для определения массы труб оптимально воспользоваться таблицами.
| Условный проход, дюйм/мм | Толщина стенки, мм | Вес, кг | Условный проход, дюйм/мм | Толщина стенки, мм | Вес, кг |
| 1/4 (8) | 2,35 | 0,65 | 1 1/4 (32) | 3,25 | 3,14 |
| 1/2 (15) | 2,65 | 1,22 | 1 1/2 (40) | 3,25 | 3,61 |
| 3/4 (20) | 2,65 | 1,58 | 2 (50) | 3,65 | 5,1 |
| 1 (25) | 3,25 | 2,44 | 2 1/2 (65) | 3,65 | 6,51 |
Если же доступа к справочным материалам нет, а несложные геометрические формулы не являются для вас препятствием, вычислите вес самостоятельно. Для этого находим разницу площади круга по внешнему радиусу и площади по внутреннему радиусу. Полученную разность умножаем на длину трубы и плотность стали – 7 850 кг/м3.
Для труб из цветных металлов применяют переводные коэффициенты, о которых мы говорили выше.
