Понимание общих физических свойств нержавеющей стали | MachineMFG

Понимание общих физических свойств нержавеющей стали

0
(0)

Нержавеющая сталь - это термин, используемый для обозначения стали, устойчивой к коррозии под воздействием слабых кислот, таких как воздух, пар и вода, или обладающей нержавеющими свойствами.

История нержавеющей стали насчитывает более 100 лет с момента ее создания.

Изобретение нержавеющей стали - важная веха в мировой металлургии.

Нержавеющая сталь сыграла решающую роль в развитии современной промышленности и технологическом прогрессе.

Нержавеющая сталь обладает уникальными физическими свойствами по сравнению с другими материалами, включая теплопроводность, тепловое расширение, сопротивление, магнетизм и плотность.

1. Теплопроводность

Общеизвестно, что теплопередача нержавеющей стали медленнее, чем других материалов, как показано в таблице 1. Например, теплопроводность нержавеющей стали составляет 1/8 и 1/13 для SUS304, по сравнению с алюминием. По сравнению с углеродистой сталью он составляет 1/2 и 1/4 соответственно, что свидетельствует о низкой теплопроводности нержавеющей стали.

Такая плохая теплопроводность создает проблемы во время отжиг процесс производства нержавеющей стали. Нержавеющая сталь - это сплав, состоящий из железа с добавлением Cr и Ni.

Почему же теплопроводность в нержавеющей стали хуже, чем в железе? Проще говоря, добавление Cr и Ni препятствует активности свободных электронов в кристалле металла, которые проводят тепло (электронная теплопроводность). Активность этих свободных электронов зависит от температуры, а значит, связана и с решетчатой теплопроводностью, когда атомы колеблются неравномерно, упруго и волнообразно, постепенно проводя тепло в решетке.

Стоит отметить, что теплопроводность нержавеющей стали меняется в зависимости от температуры. Чем выше температура, тем больше теплопроводность, особенно для высоколегированной стали, такой как нержавеющая.

2. Тепловое расширение

Тепловое расширение - это явление, при котором длина материала увеличивается на dL при увеличении температуры на dT при начальной температуре T и длине L. Коэффициент линейного расширения (a) может быть выражен как:

a = (1/L) * (dL/dT)

Для изотропной твердой стали коэффициент объемного расширения (b) равен 3-кратному коэффициенту линейного расширения, или b = 3a.

В таблице 1 приведены коэффициенты линейного расширения различных материалов. По сравнению с углеродистой сталью, SUS304 имеет больший коэффициент линейного расширения, а SUS430 - меньший. Кроме того, коэффициенты расширения алюминия и меди больше, чем у нержавеющей стали.

Таблица 1 Теплопроводность и коэффициент линейного расширения различных материалов при комнатной температуре

МатериалТеплопроводность (Вт/м℃)×102Коэффициент линейного расширения( × 10-6
Серебристая медь
Алюминий
Хром Никель
Железо
Углеродистая сталь
SUS430
SUS304
4.12
3.71
1.95
0.96
0.84
0.79
0.58
0.26
0.16
19
16.7
23
17
12.8
11.7
11
10.4
16.4

3. Сопротивление

Затруднение прохождения электричества называется сопротивлением или удельным сопротивлением и обычно выражается по следующей формуле:

Сопротивление = удельное сопротивление ' (длина проводника / площадь поперечного сечения)

Таблица 2 Удельное электрическое сопротивление различных материалов

МатериаловедениеУдельное сопротивление (при комнатной температуре)Температурный ряд
ПроводникЧистый металлСеребро
Медь
Алюминий
Ni
Cr
Железо
Ωcm
1.62×10-6
1.72×10-6
2.75×10-6
7.2×10-6
17×10-6
9.8×10-6
/℃
4.1×10-3
4.3×10-3
4.2×10-3
6.7×10-3
2.1×10-3
6.6×10-3
сплавSUS430 (Fe-18% Cr)
SUS304 (Fe-18% Cr) - 8%Ni
SUS310S (Fe-25% Cr) - 20% Ni
Fe-Cr-Al сплав
NiCr (nNi Cr)
Бронза (оловянная медь)
60×10-6
72×10-6
78×10-6
140×10-6
108×10-6
15×10-6
0.8×10-3
0.6×10-3
0.5×10-3
0.1×10-3
0.1×10-3
0.5×10-3
ПолупроводникГерманий
Кремний
5×10
3×105
--
ИзоляторБумага
Эпоксидная смола
Кварцевое стекло
1010~1012
103~1015
>1017
-

Нержавеющая сталь - это металл, который легко проводит электричество среди различных металлов.

Однако по сравнению с чистыми металлами удельное сопротивление сплава, в том числе нержавеющей стали, обычно больше. Это объясняется тем, что нержавеющая сталь обладает более высоким удельным сопротивлением, чем составляющие ее элементы Fe, Cr и Ni.

Стоит отметить, что SUS304 имеет более высокое удельное сопротивление, чем SUS430. И по мере увеличения количества элементы сплава увеличивается, как, например, в случае SUS310S, сопротивление также увеличивается.

Причина увеличения удельного электрического сопротивления в результате легирования заключается в том, что движение заряженных свободных электронов нарушается из-за присутствия легирующих элементов.

Важно отметить, что свободные электроны также играют роль в теплопроводности. Поэтому если теплопроводность металла высока, то высока и его электропроводность (обратная величина удельного сопротивления).

Эта зависимость между электрической и тепловой проводимостью известна как правило Видермана-Франца и выглядит следующим образом:

L/s = TLo (где Lo - число Лоренца, а T - температура)

Стоит отметить, что удельное сопротивление также изменяется в зависимости от температуры, как показано в таблице 2.

4. Магнетизм

Таблица 3 Магнитные свойства различных материалов

МатериаловедениеМагнитные свойстваМагнитная проницаемость: μ (H=50e)
SUS430Сильный магнетизм
ЖелезоСильный магнетизм
NiСильный магнетизм
SUS304Немагнитные (магнитные при холодной обработке)1,5 (обработка 65%)
SUS301Немагнитные (магнитные при холодной обработке)14,8 (обработка 55%)
SUS305Немагнитные

5. Плотность

Таблица 4 Плотность различных материалов (при комнатной температуре)

МатериаловедениеПлотность
(г/см3)
SUS4307.75
SUS3047.93
Алюминий2.70
Железо7.87
Cr7.19
Ni8.9
Серебро10.49
Медь8.93
Углеродистая сталь7.87
Древесина (обожженная)0.70
Стекло2.8-6.3
Армированный бетон2.4
Целлулоид1.35-1.60

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх