Удельный вес металла: полная таблица значений
Удельный вес - одна из ключевых характеристик металлов и сплавов. От него напрямую зависят многие свойства материалов: прочность, теплопроводность, устойчивость к коррозии. Знание удельного веса позволяет правильно подобрать материал под конкретные условия эксплуатации. Но что такое удельный вес и как его определить?
Что такое удельный вес и его отличие от плотности
Удельный вес γ - это отношение массы тела к его объему. Формула для расчета:
γ = m / V
где:
- γ - удельный вес, г/см3 или кг/м3
- m - масса тела, г или кг
- V - объем тела, см3 или м3
От плотности удельный вес отличается тем, что вычисляется только для абсолютно плотных веществ без пор и посторонних включений. Плотность же можно рассчитать для любых тел, даже газообразных. Кроме того, плотность зависит от температуры и давления, а удельный вес металлов при нормальных условиях постоянен.
Рассмотрим удельный вес наиболее распространенных групп металлических материалов.
Железо и сталь
Начнем с чугунов - сплавов железа с углеродом. Их удельный вес варьируется от 6,8 до 7,8 г/см3 в зависимости от содержания углерода и примесей.
Углеродистые и низколегированные конструкционные стали имеют удельный вес порядка 7,8-7,9 г/см3. У инструментальных он чуть ниже - около 7,7 г/см3 из-за повышенного содержания легирующих элементов. А у коррозионностойких нержавеющих сталей - 7,7-8 г/см3.
Цветные металлы и сплавы
Медь характеризуется удельным весом 8,9 г/см3. Ее сплавы с никелем, оловом, цинком имеют близкие значения. Например, у бронз удельный вес составляет от 8,7 до 9 г/см3.
Алюминий значительно легче - всего 2,7 г/см3. А вот титан еще тяжелее железа - 4,5 г/см3. Золото, серебро и другие благородные металлы характеризуются удельным весом порядка 19 г/см3.
Для наглядности приведем сравнительную таблицу удельного веса разных групп металлов:
| Группа металлов | Удельный вес, г/см3 |
| Чугуны | 6,8-7,8 |
| Конструкционные стали | 7,8-7,9 |
| Инструментальные стали | около 7,7 |
| Нержавеющие стали | 7,7-8 |
| Медь и ее сплавы | 8,7-9 |
| Алюминий | 2,7 |
| Титан | 4,5 |
| Золото, серебро и др. | около 19 |
Таким образом, группы металлов существенно различаются по удельному весу. Понимание этих различий важно при выборе материалов под решение практических задач.
Влияние легирующих элементов
На удельный вес металлов и сплавов существенное влияние оказывает введение в их состав легирующих элементов. Рассмотрим наиболее распространенные из них:
- Углерод. Повышенное содержание углерода в сталях и чугунах приводит к некоторому снижению удельного веса. Это связано с образованием пор и полостей в структуре при высоких концентрациях углерода. По таблице видно, что с ростом процента углерода от 0,1 до 2 удельный вес сталей падает с 7,87 до 7,6 г/см3.
- Кремний. Добавки кремния в пределах 0,5-3% обычно не оказывают значимого влияния на удельный вес стальных сплавов. Однако при концентрациях свыше 10% возможно некоторое увеличение удельного веса металла из-за образования тяжелых силицидов.
- Марганец. В отличие от углерода и кремния, марганец практически не взаимодействует со структурой стали и поэтому не влияет на удельный вес металла. При любых концентрациях этого элемента плотность стальных сплавов остается в пределах 7,8-7,9 г/см3.
- Хром. Хром образует тяжелые карбиды и тем самым может немного повышать удельный вес сталей. Однако этот эффект заметен только при высоком (12-20%) содержании хрома в сплаве.
Определение удельного веса металла на практике
В завершение давайте разберем, как на практике можно определить удельный вес металла. Существует несколько методов. Рассмотрим их подробнее.
Гидростатический метод
Один из распространенных способов - гидростатический. Он основан на законе Архимеда. Суть в том, что тело, погруженное в жидкость, теряет в весе столько, сколько весит вытесненный им объем жидкости.
Измеряют массу образца сначала на воздухе, а затем в воде или другой жидкости. По разности этих двух значений вычисляют объем тела, а затем по известной массе рассчитывают удельный вес.
Метод гидростатических весов
Этот метод тоже основан на законе Архимеда. Но здесь нет необходимости вынимать образец из воды для измерения его массы на воздухе. Используются специальные весы, которые позволяют взвесить образец, находящийся под водой.
Кроме того, гидростатические весы позволяют определить не только удельный вес, но и пористость тел различной формы и размеров в широком интервале значений.
Пикнометрический метод
Этот точный лабораторный метод подходит для определения удельного веса металлических порошков и пылей. Используется специальный сосуд (пикнометр) с точно известным объемом.
Сначала взвешивают пустой пикнометр, затем заполняют измеряемым порошком и снова взвешивают. По разности масс находят плотность порошка и рассчитывают удельный вес.