Zajmujesz się obróbką metali? Więc stal jest Ci doskonale znana. Ale czy wiesz, jak obliczyć gęstość stali? Warto się na tym znać, ponieważ gięcie blach czy prętów stanie się o wiele efektywniejsze, gdy określisz ich czynnik gęstości. Zanim jednak usiądziesz do kalkulatora, potrzebujesz kilku parametrów. Z tego artykułu dowiesz się, co trzeba mieć na uwadze.
Zajmujesz się obróbką metali? Więc stal jest Ci doskonale znana. Ale czy wiesz, jak obliczyć gęstość stali? Warto się na tym znać, ponieważ gięcie blach czy prętów stanie się o wiele efektywniejsze, gdy określisz ich czynnik gęstości. Zanim jednak usiądziesz do kalkulatora, potrzebujesz kilku parametrów. Z tego artykułu dowiesz się, co trzeba mieć na uwadze.
Metody obliczania gęstości stali
Gęstość stali, czyli masa właściwa jest stosunkiem wagi materiału do jego objętości. Jest wartością stałą niezależnie od tego, ile sztuk danego obiektu masz do obrobienia.
W europejskim systemie pomiarowym gęstość wyraża się w kilogramach na metr sześcienny (kg/m³), kilogramach na decymetr sześcienny (kg/dm³), albo w gramach na centymetr sześcienny (g/cm³). Z kolei w amerykańskim systemie jej wartość podaje się w funtach na stopę sześcienną (lb/ft³) lub uncjach na cal sześcienny (oz/cal³).
Niezależnie jednak od systemu pomiarowego, do obliczenia gęstości musisz znać objętość danego obiektu. W przypadku regularnych kształtów wystarczy, że pomnożysz ze sobą jego długość, wysokość i szerokość. Jeśli natomiast okaże się, że stalowy obiekt jest nieregularny, to skorzystaj z metody przesunięcia.
W tym sposobie należy zanurzyć element w wodzie. Koniecznie zaopatrz się w naczynie z miarką, dzięki której określisz dokładną objętość wody. Po zanurzeniu przedmiotu sprawdź, o ile podniósł się poziom cieczy. Następnie odejmij od niego początkową objętość wody. I tak o to poznasz objętość swojego stalowego obiektu. Teraz wystarczy, że podzielisz wagę materiału przez uzyskaną wartość i już masz obliczoną gęstość stali.
Ciężar prętów stalowych i stali zbrojeniowej
Czasami jednak określenie wagi przedmiotu jest mocno utrudnione czy nawet niemożliwe. Spotkasz się z tym np. w przypadku prętów i wykonanych z nich zbrojeń. Warto wówczas poznać ich właściwości.
Chodzi tu o zawartość węgla w stopie, która w przypadku stali wynosi od 0,002% do 2,14% w stosunku do ciężaru całkowitego. Skąd ta rozbieżność? A stąd, że na rynku znajdziesz wiele rodzajów stali. O ile podstawą jest żelazo i węgiel, to używa się jeszcze chromu, niklu, manganu i innych pierwiastków.
Generalnie rzecz biorąc stop żelaza i węgla, w przeciwieństwie do samego żelaza, nie ulega żadnym reakcjom eutektycznym. Dokładniej mówiąc – im mniejsza ilość węgla w stopie, tym stal będzie słabsza, miększa, a tym samym bardziej podatna na uszkodzenia mechaniczne. Oznacza to, że właściwości stali wpływają bezpośrednio na jej ciężar.
Jak zatem wyliczyć wagę prętów stalowych? Zastosuj ten wzór matematyczny: Ciężar = (d²/162) x długość. W tym przypadku „d” oznacza średnicę pręta. Za przykład weźmy pręt o długości 10 m i średnicy (d) równej 12 mm. Po podstawieniu wartości do wzoru uzyskamy równanie Ciężar = (122/162) x 10. Teraz już wiesz, że ciężar pręta to ok. 8,8 kg.
Jak obliczyć wagę blachy?
Wiedza na temat ciężaru stali przyda się także np. przy obróbce blach. Chcąc wyliczyć wspomnianą wartość, będziesz potrzebować danych na temat objętości oraz gęstości elementu. Zatem jak obliczyć wagę blachy?
Zastosuj ten oto wzór: Waga = gęstość x objętość. Załóżmy więc, że nasza blacha ma wymiary 1 x 0,5 x 0,3 m. Po wyliczeniu objętości uzyskasz więc wynik 0,15 m3. Teraz pomnóż go przez gęstość, która dla stali wynosi 7850 kg/m3. W efekcie okazuje się, że waga blachy to 1177,5 kg.
Gęstość stali – tabela
Gęstość materiałów takich jak np. stal węglowa czy innych popularnych stopów wyliczysz, stosując wspomnianą wcześniej zasadę. W wielu przypadkach do jej określenia używa się danych uśrednionych stosowanych przez europejskich producentów stali. Gęstość uśrednia się ze względu na zróżnicowane składy, a także na sposób obróbki końcowej. A jak już wiesz, czynniki te wpływają bezpośrednio na gęstość stali.
Poniżej znajdziesz tabelę opisującą rodzaje popularnych stopów stali i aluminium oraz ich uśrednione gęstości.
| Materiał | Gęstość kg/dm3 | Materiał | Gęstość kg/dm3 | Materiał | Gęstość kg/dm3 | Materiał | Gęstość kg/dm3 |
| 1.2201 (NC10) | 7,6 | 1.2842 (NMV) | 7,85 | Grafit >10 µm | 1,78 | Ampco® 18 CuAl10Fe3.5 | 7,95 |
| 1.2083 (4H13) | 7,65 | 1.2343 (WCL) | 7,85 | Grafit <5 µm | 1,88 | Mosiądz 2.0550 CuZn40Al2 | 8,1 |
| 1.01.2316 | 7,65 | 1.2550 (NZ3) | 8 | Aluminium 5xxx | 2,66 | Ampco® 83 CuBe2 | 8,26 |
| 1.2379 (NC11LV) | 7,68 | 1.3207 (SK10V) | 8,2 | Aluminium 6xxx | 2,7 | Ampco® 940 Sn0,4Fe2,5Ni0,7 | 8,71 |
| 1.2714 (WNLV) | 7,8 | 1.3243 (SK5M) | 8,2 | Aluminium 7xxx | 2,82 | Brąz 2.1030 CuSn8 | 8,8 |
| 1.01.2311 | 7,83 | 1.3343 (SW7M) | 8,2 | Aluminium 2xxx | 2,84 | M1E (99,9% Cu) | 8,94 |
| 1.7225 (40HM) | 7,85 | 1.01.3202 | 8,4 | Tytan | 4,87 | Brąz 2.1192 CuSn8Pb15 | 9,1 |
| 1.2063 (NC6) | 7,85 | 1.3355 (SW18) | 8,7 | Żeliwo | 7,2 | 15W-EDM 70%W 30%Cu | 14,25 |
Jak obliczyć gęstość stali? Wystarczy trochę matematyki!
Gęstość stali jest wartością, którą obliczysz, stosując równanie matematyczne. Pomnóż ciężar przez objętości danego elementu i voilà. Wynik wyrazisz w kg/m³, choć spotkasz się też z innymi np. kg/dm³ czy g/cm³. W amerykańskim systemie metrycznym stosuje się jednostki lb/ft³ lub oz/cal³. Oprócz samodzielnego liczenia gęstości stali, do dyspozycji masz też dane uśrednione przypisane do określonych stopów stali.
Wiedza na temat gęstości przyda Ci się podczas obróbki materiału. Od tego parametru zależy bowiem jego trwałość i podatność na uszkodzenia mechaniczne. Nie bez znaczenia w tym przypadku jest zawartość węgla.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o różnych rodzajach stali, to przeczytaj nasz artykuł na temat stali konstrukcyjnych.
Udostępnij