Þéttleikasamanburður á ryðfríu stáli og nikkelblendi: Þyngdarútreikningar fyrir verkefni

Þéttleiki er eðliseiginleikinn sem breytir rúmfræði hluta í raunþyngd og rekur því flutningsálag, stærð burðarvirkis og efniskostnað.Ryðfrítt stálspannar u.þ.b. 7,70–8,24 g/cm³, en nikkelblöndur eru u.þ.b. 7,95–9,22 g/cm³ - sem gerir nikkelblendi að meðaltali 6–12% þyngri en algengt 300- ryðfrítt stál. Þessi handbók ber saman þéttleikastig-eftir bekk, gefur nákvæmar þyngdarformúlur fyrir stangir, plötur og rör og sýnir unnin dæmi svo verkfræðingar, kaupendur og verkefnastjórar geti gefið upp þyngd og kostnað af öryggi.

Hvers vegna þéttleiki skiptir máli í hverju verkefni:1% skekkja í þéttleika verður 1% skekkju í hverju kílói sem þú sendir, styður og borgar fyrir. Yfir 50-tonna pöntun, það er hálft tonn af rangt tilgreindum málmi - nóg til að raska flutningsmörkum, kranamati eða kostnaðarlínu. Tölurnar hér að neðan eru dæmigerð nafngildi við stofuhita; fyrir mikilvægar hönnun, staðfestu alltaf gegn mylluprófunarvottorðinu (MTC) um sérhitann.

Hvað er þéttleiki og hvers vegna skiptir það máli í málmverkefnum?

Eðlismassi er massi efnis á rúmmálseiningu; það er eini eðlisfræðilegi eiginleikinn sem breytir rúmfræði hluta í raunverulega þyngd hans og stjórnar því beint flutningsálagi, burðarhönnun og efniskostnaði.

Í berum orðum svarar þéttleiki einni spurningu: hversu þungt er fast-stærð af þessum málmi? Það er gefið upp sem massa deilt með rúmmáli, venjulega í grömmum á rúmsentimetra (g/cm³), kílógrömmum á rúmmetra (kg/m³) eða pundum á rúmtommu (lb/in³). Vegna þess að málmur er seldur og sendur eftir þyngd er þéttleiki brúin á milli teikningar (rúmmál) og tilboðs (kílógrömm eða pund).

Þrjár ástæður gera þéttleika óumflýjanlegan í hvaða raunverulegu verkefni sem er:

Þyngdar- og flutningsleiðréttingar -heildarmassi hvers hlutar, sem setur vöruflokk, gámamörk og krana/lyftingareinkunnir.

Byggingarhleðsla -gólf, stoðir og undirstöður eru stærðir út frá þeirri þyngd sem þeir verða að bera; þéttari álfelgur þýðir þyngri grind eða þykkari sviga.

Kostnaður -vegna þess að málmblöndur eru verðlagðar á hvert kíló kostar þéttara efni af sama rúmmáli meira bæði í kaupum og sendingu.

Eining athugasemd:1 g/cm³=1000 kg/m³=0.0361 lb/in³. Þannig að 7,93 g/cm³=7930 kg/m³ ≈ 0,286 lb/in³. Athugaðu alltaf hvaða einingu gagnablað notar áður en þú setur töluna inn í formúlu.

Nákvæmni athugasemd:Nafnþéttleiki er breytilegur um ±1% eftir nákvæmri efnafræði, bræðsluaðferðum og hitastigi. Gildin í þessari handbók eru hentug fyrir mat, kostnaðarkostnað og flutninga; fyrir kóða-samhæfð hönnun, notaðu gildið á vottuðu efnisprófunarskýrslunni.

Hver er þéttleiki algengra ryðfríu stálflokka?

Þéttleiki ryðfríu stáli er á bilinu 7,70 til 8,24 g/cm³ eftir bekk; mest -notuðu flokkarnir eru á bilinu 7,80 til 8,00 g/cm³, með 304/304L við 7,93 g/cm³ og 316/316L við 7,98 g/cm³ sem viðmiðunarpunkta tvo.

Ryðfrítt stál er ekki eitt efni - það er fjölskylda járnblöndur- sem eru flokkaðar eftir örbyggingu: austenítísk (300 röð), ferrític og martensitic (400 röð), tvíhliða og úrkomu-herðing. Hver fjölskylda hefur mismunandi þéttleika vegna þess að málmblöndur frumefnin (nikkel, mólýbden, króm) hafa mismunandi atómþyngd en járn. Nikkel og mólýbden eru þyngri en járn, þannig að gráður sem eru ríkar af þeim (316, 904L) eru þéttari; nikkel-fríar ferrític einkunnir (430) eru léttari.

Tafla 1. Dæmigert þéttleiki algengra ryðfríu stálflokka (stofuhita, nafngildi).

Þumalputtaregla:ef nákvæm einkunn er óþekkt og aðeins þarf grófa þyngd, er 7,9 g/cm³ (7930 kg/m³) örugg áætlunartala fyrir flesta ryðfría hluta. Þegar einkunnin hefur verið ákveðin skaltu skipta út nafnþéttleika hennar úr töflunni hér að ofan.

Hver er þéttleiki algengra nikkelblendis?

Nikkel málmblöndur eru þéttari en flest ryðfríu stáli, á bilinu 7,95 til 9,22 g/cm³. Víða notaðar gerðir eins og Inconel 625 (8,44 g/cm³), Monel 400 (8,80 g/cm³) og Hastelloy C-276 (8,89 g/cm³) eru 6–12% þyngri en 316L ryðfrítt.

Nikkelblendi kemur í stað járns fyrir nikkel sem grunnþáttinn. Vegna þess að nikkel (8,90 g/cm³) er þéttara en járn (7,87 g/cm³), og vegna þess að margar nikkelblendiefni bæta einnig við þungum þáttum eins og mólýbdeni (10,28 g/cm³) og wolfram (19,30 g/cm³), situr öll fjölskyldan fyrir ofan ryðfrítt- stálsviðið. Mólýbden-ríkar Hastelloy B einkunnir eru þyngstar allra, ná yfir 9,2 g/cm³.

Tafla 2. Dæmigerður þéttleiki algengra nikkelblendis (stofuhita, nafnverð).

Athugið:INCONEL®, MONEL®, INCOLOY® og HASTELLOY® eru skráð vöruheiti (Special Metals og Haynes International í sömu röð); almennu heitin eru UNS númerin sem sýnd eru hér að ofan. Þar sem lítið þéttleikasvið er til í bókmenntunum er gildið sem sýnt er hið almenna nafngildi úr gagnablöðum framleiðanda.

Hvort er þyngra: Ryðfrítt stál eða nikkelblendi?

Nikkel málmblöndur eru að meðaltali um 6–12% þyngri en algeng 300-röð ryðfríu stáli. Sama rúmmál hluti í Hastelloy C-276 vegur um 11% meira en í 316L; Incoloy 800 hluti vegur næstum það sama og 316L.

Hreinasta leiðin til að sjá bilið er að setja viðmiðunareinkunnina hlið við hlið í sama rúmmáli. Taflan hér að neðan ber saman þyngd 1000 cm³ (1 lítra) blokkar af hverju efni - rúmmál sem er nokkurn veginn á stærð við stóra safaöskju.

Tafla 3. Þyngd 1000 cm³ kubbs eftir efni (sama rúmmál).

Takeaway:að skipta úr 316L yfir í nikkelblendi bætir næstum alltaf við þyngd fyrir sömu rúmfræði. Undantekningar eru Incoloy 800 (í meginatriðum sami þéttleiki og 316L) og Inconel 718 (aðeins ~2,6% þyngri). Þegar þyngd er mikil þvingun - geimferða, flotgæði neðansjávar, snúningsbúnaður - getur þetta 6–12% bil knúið fram endurhönnun.

Hvernig reiknarðu út þyngd málmhluta?

Þyngd=Rúmmál × Þéttleiki. Fyrir fjóra staðlaða vöruformin (hringlaga/flata stöng, plötu/blað og rör) gera formúlurnar hér að neðan þér kleift að reikna út þyngd á metra eða á fermetra beint, með því að nota aðeins mál og einkunnaþéttleika úr töflunum hér að ofan.

Alhliða sambandið er einfalt: Mældu rúmmál hlutans, margfaldaðu með efnisþéttleikanum og þú hefur massann. Formúlurnar hér að neðan setja þetta samband í-tilbúið-form fyrir hvert algengt form. Notaðu mál í millimetrum og þéttleika í g/cm³ (sem jafngildir kg/dm³); niðurstöðurnar koma út í kílóum.

Tafla 4. Þyngdarformúlur fyrir staðlað vöruform (D, OD, ID, A, B, T í mm; ρ í g/cm³).

Imperial flýtileið:ef þú vinnur í tommum og lb/in³, gilda sömu formúlur en þú sleppir × 0,001 stuðlinum - reiknar rúmmálið í rúmtommu og margfaldar beint með þéttleikanum í lb/in³.

Af hverju 0,001 stuðullinn?mál í mm gefa rúmmál í mm³ á hvern lengdarmetra. Þar sem 1 cm³=1000 mm³ og 1 g/cm³=1 kg/dm³, breytir stuðullinn 0,001 mm³ × g/cm³ í kíló. Það er eini fasti sem þú þarft að muna.

Hvað vegur 304 ryðfrítt stálplata?

Niðurstaða:1 m² × 3 mm 304 plata vegur 23,79 kg; 4 fet × 8 fet × 1/4 tommu (6,35 mm) blað vegur um 33,2 lb. Notaðu plötuformúluna W=T × ρ.

Dæmi A - mæligildi

Form:Plata: 1 m × 1 m × 3 mm á þykkt.

ρ(304)=7.93 g/cm³.

Þyngd á m²=T × ρ=3 × 7.93=23.79 kg/m².

Samtals=1 m² × 23,79 kg/m²=23.79 kg.

Athugaðu:1 m² × 3 mm=0.003 m³; 0,003 × 7930 kg/m³=23.79 kg. ✓

Dæmi B - Imperial

Blað: 48 tommur × 96 tommur × 0,25 tommur.

Rúmmál=48 × 96 × 0.25=1152 tommur³.

ρ(304)=0.286 lb/in³.

Þyngd=1152 × 0.286=329.5 pund ≈ 33,0 pund/ft² af flatarmáli blaðsins.

Hagnýt athugasemd:malarplata er venjulega afhent með neikvætt þykktarþol, þannig að blaðið eins og -vegið er oft 1–3% léttara en nafnútreikningurinn. Haltu þeirri framlegð þegar þú samsvarar takmörkunum fyrir krana eða vörubíl.

Hvað vegur Inconel 625 kringlótt stöng?

Inconel 625 kringlótt stöng með 50 mm þvermál vegur um 16,56 kg á metra - um það bil 6% þyngri en 316L stöng af sömu stærð (15,62 kg/m).

Unnið útreikningur

Stöng: Ø50 mm, 1 metri á lengd.

ρ(Inconel 625)=8.44 g/cm³.

B=(π/4) × D² × ρ × 0.001=0.7854 × 2500 × 8,44 × 0.001=16.56 kg/m.

Samanburður í sömu stærð

Tafla 5. Þyngd 1 m, Ø50 mm hringstöng eftir efni.

Kostnaðaráhrif:6 m stöng af Ø50 mm Inconel 625 vegur ~99 kg á móti ~94 kg fyrir 316L. Á dæmigerðu málmverði getur nikkelblandað kostað 5–10× meira á hvert kílógramm en 316L - þannig að ~5 kg aukamassi minnkar við verðbilið á -kg. Þéttleiki skiptir máli en einingarverð skiptir meira máli (sjá kafla 8).

Hvernig hefur þéttleiki áhrif á verkkostnað og efnisval?

Vegna þess að málmblöndur eru verðlagðar eftir þyngd, hækkar þéttara efni bæði efniskostnað og sendingarkostnað fyrir sama magn. Í -takmörkuðum verkefnum eða þyngd-takmörkuðum verkefnum er þéttleiki fyrstu-hagfræðibreyta - ekki neðanmálsgrein.

Kostnaður við málmpöntun hefur tvo þéttleika-viðkvæma íhluti: (1) málminn sjálfur, seldur í kílógrammi, og (2) vöruflutningurinn, einnig innheimtur eftir þyngd eða eftir þyngd-gámafarmi. Þéttari álfelgur gerir hvort tveggja hærra fyrir sama hlutarúmmál, þannig að þéttleiki eykur verðmun frekar en að jafna hann út.

Dæmi - 1 m³ þrýstings-rúmmál skipsskeljar í mismunandi efnum:

Tafla 6. Leiðbeinandi efniskostnaður fyrir 1 m³ af fullbúnu rúmmáli (lýsandi, ekki verðtilboð).

Að lesa tölurnar:að flytja úr 316L í Hastelloy C-276 hækkar massann um ~11% en efniskostnaðurinn um meira en 6× - verðið-á hvert kg bilið ræður ríkjum. Þetta er ástæðan fyrir því að verkfræðingar geyma nikkelblendi fyrir þá hluta verksmiðjunnar sem þurfa raunverulega tæringar-/hitaafköst þeirra og nota ryðfrítt fyrir restina.

Þéttleiki hefur einnig áhrif á flutninga:20 feta gámur er þyngd-lokaður löngu áður en hann er rúmmáls-fullur þegar þéttri nikkelblendi er hlaðið. Þéttari málmur þýðir fleiri gáma, fleiri vörubíla og fleiri lyftibúnað - raunverulegur, forðastanlegur kostnaður ef hönnunin getur notað léttari einkunn.

Hvert er styrkleiki-til-þyngdarhlutfalls hvers efnis?

Tvíhliða ryðfríu stáli og úrkomu-herðandi nikkelblöndur gefa bestu hlutföllin styrk-til-þyngdar (sérstakur styrkleiki); venjulegt austenítískt ryðfrítt stál er miðlungs-pakkning og sumar nikkelblendi með mikilli-þéttleika selja þyngd fyrir tæringar- eða hitaþol.

Þéttleiki einn og sér getur verið villandi. Raunverulega verkfræðispurningin er: hversu mikinn styrk færðu fyrir hvert kíló? Þetta er sérstakur styrkleiki - afrakstursstyrkur deilt með þéttleika. Þéttari álfelgur getur samt verið léttari kosturinn ef það er nógu sterkt til að þú getir notað þynnri hluta.

Tafla 7. Sérstakur styrkur (flæðistyrkur ÷ þéttleiki) fyrir valdar einkunnir (glæður, leiðbeinandi).

Túlkun:duplex 2205 skilar meira en tvöföldum styrkleika 316L - þannig að uppbygging sem er hönnuð í kringum afrakstur þess getur notað þynnri hluta og endað léttari í heildina þrátt fyrir svipaðan þéttleika. Inconel 718, úrkomu-hertu nikkelblendi, er áberandi: hæsti sérstakur styrkur á listanum, sem er ástæðan fyrir því að það er ráðandi í hlutum sem snúast í geimferðum.

Fyrirvari:sérstakur styrkur stjórnar aðeins hönnun sem takmarkast af álagsálagi. Í tæringar- eða skrið-takmörkuðum hönnun, víkur styrkur-til-þyngdarrök fyrir tæringarþol og háan-hitastöðugleika - upprunalega ástæðan fyrir því að nikkel málmblöndur eru til.

Hvaða efni ættir þú að velja fyrir létta notkun?

Fyrir þyngd-mikilvæg forrit, duplex 2205/2507 ryðfrítt eða úrkomu-hertið Inconel 718 býður upp á besta jafnvægið milli lágs þéttleika og mikils styrks. Veldu aðeins 316L þegar tæringarþol - ekki þyngd - er stjórnandi krafan.

Að velja fyrir lága þyngd er ekki það sama og að velja fyrir lágan þéttleika. Léttari-þéttleika málmblöndu sem er líka veik neyðir þig til að nota þykkari hluta, sem getur endað þyngri í heildina. Ákvörðunin ætti að vera knúin áfram af sérstökum styrk, ekki hráum þéttleika.

Ákvörðunarleiðbeiningar eftir umsóknartegund:

Massa-mikilvæg -þegar burðarvirkið er takmarkað af massa (loftrýmisfestingar, flotgæði neðansjávar, kappakstur) skaltu velja Inconel 718 eða 17-4 PH fyrir hámarksstyrkleika, eða tvíhliða 2205 fyrir tæringarþolinn, lægri kost.

Hluti-mikilvægur -þegar þynnri hlutar skipta máli (plötuvarmaskiptar, geymar, byggingarplötur), gerir tvíhliða 2205/2507 þér kleift að sleppa mælikvarða og spara þyngd við sömu tæringarafköst.

Tæring-mikilvæg -þegar klóríðhola eða útsetning sjávar ræður (sjó, afsöltun, FGD), er 316L grunnlínan; uppfærðu í 904L, duplex 2507 eða Inconel 625 eftir því sem alvarleiki eykst.

Hitastig-mikilvægt -þegar þjónustuhiti fer yfir ~600 gráður, verða nikkelblendi (Inconel 600/625/718) skylda; engin ryðfrí tegund lifir af-langtíma skrið við þessi hitastig.

Kostnaðarhlið:fyrir hvert skref upp álstigann (304 → 316L → tvíhliða → 904L → Inconel → Hastelloy), búist við u.þ.b. 1,3×, síðan 1,5Ò, síðan 2Ò, síðan 3–5Ò, síðan 5–6Ò stökki í kílóverði. Staðfestu núverandi verð á tilboðstíma; málmmarkaðir hreyfast vikulega.

Hvernig ættir þú að velja á milli ryðfríu stáli og nikkelblendi?

Veldu ryðfríu stáli þegar fjárhagsáætlun og almenn tæringarþol ráða ákvörðuninni; veldu nikkelblendi þegar mikil tæring, hár hiti eða sérhæfðar þjónustuaðstæður réttlæta hærri þyngd og kostnað - og staðfestu alltaf tiltekna þyngdarþéttleika fyrir endanlega þyngdarútreikninga.

Þéttleiki er eitt inntak af mörgum. Rétt efnisval jafnar þéttleika á móti tæringarþol, vélrænni styrk, þjónustuhitastig, framleiðni og heildarlífferilskostnað. Samantektarmyndin hér að neðan þéttir ákvörðunina til fljótlegrar tilvísunar.

Tafla 8. Valfylki - hvenær á að velja hverja fjölskyldu.

Lokaregla:Byrjaðu á þjónustuumhverfinu, settu niður tvær eða þrjár einkunnir, láttu síðan þéttleika og ákveðinn styrk rjúfa jafntefli. Tilvitnunarþyngd er síðasta ávísun - ekki fyrsta sían. Með þéttleika, formúlum og útfærðum dæmum í þessari handbók geturðu umbreytt hvaða teikningu sem er í áreiðanlega kílógramma tölu og forsvaranlegan kostnað á nokkrum mínútum.

Þarftu staðfesta þyngd eða kostnað fyrir tiltekna einkunn og stærð?Deildu teikningunni, efninu og magninu - verkfræðingateymi okkar mun skila staðfestri þyngd, þéttleika og tilboði á móti viðeigandi verksmiðjuvottorð.

Fyrirvari: Þéttleikagildi eru dæmigerðar nafntölur við stofuhita og eru gefnar til mats, kostnaðar og flutnings. Raunveruleg gildi eru mismunandi eftir hita, efnafræði og ferli; fyrir kóða-samhæfða hönnun, sjá vottaða efnisprófunarskýrslu (MTC). Vörumerki tilheyra viðkomandi eigendum.