Теплопроводность бронзы: Свойства бронзы – удельный вес, теплопроводность, твердость, что определяет ее широкую применимость? + Видео

СВОЙСТВА БРОНЗ

БРОНЗЫ  и  БРОНЗОВЫЙ  ПРОКАТ 

Классификация бронзовых сплавов 

     Бронзами называются сплавы на основе меди, в которых основными легирующими элемен-тами являются олово, алюминий, железо и другие элементы (кроме цинка, сплавы с которым относятся к латуням). Маркировка бронз состоит из  сочетания «Бр»,  букв, обозначающих основ-ные легирующие элементы и цифр, указывающих на их содержание.

      По химическому составу бронзы классифицируются по названию основного легирующего элемента. При этом бронзы условно делят на два класса: оловянные (с обязательным присут-ствием олова) и безоловянные.

      По применению бронзы делят на деформируемые, технологические свойства которых допускают производство проката и поковок, и литейные, используемые для литья. В то же время многие бронзы,  из которых производится прокат, используются и для литья.

      Химический состав и марки бронзовых сплавов определены в следующих ГОСТах:

Литейные: оловянные в ГОСТ 613-79,  безоловянные в ГОСТ 493-79.

Деформируемые: оловянные в ГОСТ 5017-2006,  безоловянные в ГОСТ 18175-78

       Многообразие бронз отражает приведенная ниже таблица. В ней представлены практически все деформируемые и часть литейных бронз.  Бронзы, используемые исключительно как литейные, помечены «звездочкой». В дальнейшем будут рассматриваться преимущественно деформируемые бронзы. Структура бронзовых сплавов кратко рассмотрена в — Структура и свойства сплавов.

ОЛОВЯННЫЕ БРОНЗЫ
БрО5*	БрОФ4-0.25	БрОЦ4-3	БрОС8-12*	БрОЦС4-4-2. 5
БрО10*	БрОФ6.5-0.15	БрОЦ8-4*	БрОС5-25*	БрОЦС4-4-17*
БрО19*	БрОФ7-0.2	БрОЦ10-2*	БрОС10-10*	БрОЦС5-5-5*
	БрОФ10-1*		БрОС6-15*	БрОЦС6-6-3*
АЛЮМИНИЕВЫЕ БРОНЗЫ
БрА5	БрАМц9-2	БрАЖ9-4	БрАЖМц10-3-1.5	БрАЖН10-4-4
БрА7	БрАМц10-2*		БрАЖНМц10-4-4-1	БрАЖН11-6-6*
КРЕМНИСТЫЕ	БЕРИЛЛИЕВЫЕ	КАДМИЕВЫЕ	МАГНИЕВЫЕ	ХРОМОВЫЕ
БрКМц3-1	БрБ2	БрКд1	БрМг0. 3 (0.5 и 0.8)	БрХ0.8
БрКН1-3	БрБ2.5	БрКдХ0.5-0.15		БрХ1
БрКН0.5-2	БрБНТ-1.9			БрХ1Цр
СЕРЕБРЯНЫЕ	ЦИРКОНИЕВЫЕ	СВИНЦОВЫЕ	МАРГАНЦЕВЫЕ
БрСр0.1	БрЦр0.2	БрС30*	БрМц5

  Физические свойства бронзовых сплавов     

      Модуль упругости Е разных марок меняется в широких пределах: от 10000 (БрОФ, БрОЦ) до 14000 (БрКН1-3, БрЦр). Модуль сдвига G меняется в пределах 3900-4500. Эти величины сильно зависят от состояния бронзы (литье, прокат, до и после облагораживания). Для нагартованных лент наблюдается анизотропия по отношению к направлению прокатки.        

       Обрабатываемость резанием практически всех бронз составляет 20% (по отношению к ЛС63-3). Исключение составляют оловянно-свинцовые бронзы  БрОЦС с очень хорошей обраба-тываемостью ( 90% для БрОЦС5-5-5).

       Ударная вязкость меняется в широких пределах, в основном она меньше, чем для меди (для сопоставимости результатов все значения приведены для литья в кокиль):

БрОФ 10-1	БрОФ 6.5-0.4	БрАЖ 9-4	БрА5	Медь	БрМц5
БрОЦС 6-6-3	БрОЦС 4-4-2. 5	БрАЖМц	БрА7
БрОС 5-25	БрОЦ4-3	БрАМц 9-2	БрКМц3-1
Значение ударной вязкости >> увеличение >>
1 – 3	4 – 6	6 – 8	15 – 16	16 – 18	20

     Электропроводность большинства бронзовых сплавов существенно ниже, чем у чистой меди и многих латуней (значения удельного сопротивления приведены в мкОм*м):

	БрКд
Медь	БрМг	Л63	БрОЦ4-3	БрАМц	БрКМц	БрОФ7-0. 2
БрСр	БрЦр	ЛС59-1	БрОЦС5-5-5	БрА7		БрАЖМц
	БрХ			БрАЖ9-4		БрАЖН
Значения удельного электросопротивления >> ухудшение электропроводности>>
0.02	0.02 — 0.04	0.065	0. 09-0.1	0.1-0.13	0.15	0.19

Сопротивление серебряной бронзы (медь легированная серебром до 0.25%) такое же как у чистой меди, но такой сплав имеет большую температуру рекристаллизации и малую ползучесть при высоких температурах.      

      Низкое удельное сопротивление имеют низколегированные бронзовые сплавы БрКд, БрМг, БрЦр, БрХ.. Величина электропроводности имеет существенное значение для бронз, используемых для изготовления коллекторных полос, электродов сварочных машин, для пружинящих электрических контактов. Приведенные значения являются ориентировочными, т.к. на величину сопротивления оказывает влияние состояние материала. Особенно сильно оно может измениться под влиянием облагораживания (в сторону уменьшения, это касается БрХ, БрЦр, БрКН, БрБ2 и др.). Например электросопротивление БрБ2 до и после облагораживания составляют 0. 1 и 0.07 мкОм*м.

     Теплопроводность большинства бронз существенно ниже теплопроводности меди и ниже теплопроводности латуней (значения приведены в кал/cм*с*С):

Медь	БрКд	БрКН1-3	Л63	БрАЖН	БрАМц	БрОФ10-1	БрКМц
БрСр	БрМг	БрА5	ЛС59-1	БрБ2	БрАЖ		БрМц5
	БрХ			БрОЦ4-3	БрАЖМц
Значения теплопроводности >> ухудшение >>
0. 9	0.8-0.6	0.25	0.25	0.25-0.18	0.17-0.14	0.13-0.12	0.1-0.09

     Высокую теплопроводность имеют низколегированные бронзы. Облагораживание улучшает теплопроводность. Высокая теплопроводность особенно важна для обеспечения отвода тепла в узлах трения и в электродах сварочных машин. Низкая теплопроводность облегчает процесс сварки бронзовых деталей.

 Механические свойства бронзового проката

     Если из всего разнообразия латуней массово производится  прокат только двух марок (ЛС59-1 и Л63), то для массового производства полуфабрикатов из бронзы используется значительно большее количество  марок.  Бронзовый прокат включает в себя  круги, трубы, проволоку, ленты, полосы и плиты.   

 Бронзовые круги

     Бронзовые круги выпускаются прессованными, холоднодноформированными и методом непрерывного литья. Способ производства и диапазон производимых диаметров определяется технологическими свойствами конкретной бронзы. В таблице указано соответствие между марками бронз, диаметром прутка и способом производства. 

Общее представление об основных механических свойствах бронзовых кругов  дает следующая гистограмма.

      Непрерывнолитые круги.   

      Методом непрерывного литья массово производятся БрОЦС5-5-5, БрАЖ9-4, реже БрОФ10-1 и БрАЖМц10-3-1.5. В изделиях, полученных этим способом, отсутствуют дефекты, характерные для литья в кокиль или песчаную форму. Поэтому по своим свойствам непрерывнолитые полуфабрикаты существенно превосходят отливки в кокиль и близки к прессованным полуфабрикатам.

       Круги из  БрОЦС5-5-5 и БрОФ10-1 имеют относительно гладкую поверхность, нарушаемую неглубокими вмятинами от тянущего устройства. Круги этих марок производятся только непрерывнолитым способом. 

      Круги из БрАЖ и БрАЖМц, полученные методом непрерывного литья, могут иметь на поверхности опоясывающие трещины глубиной до 1 мм. По твердости, прочности и пластичности непрерывнолитые круги незначительно уступают прессованным, антифрикционные свойства у них практически одинаковы, а стоимость их существенно ниже. При необходимости качественные круги больших диаметров (свыше 100 мм) и короткой длины можно отливать методом центробежного литья.

     Прессованные  и холоднодеформированные круги.

            Они производятся по ГОСТ 1628-78, а также ГОСТ 6511-60 (БрОЦ4-3), ГОСТ10025-78 (БрОФ6.5-0.15 и БрОФ7-0.2) и ГОСТ 15835-70 (БрБ2) и многочисленным ТУ. 

          Массово производятся и имеются в свободной продаже прессованные круги   из БрАЖ9-4 диаметром 16-160 мм.

Доступны также круги из БрАЖМц10-3-1.5, БрАЖН10-4-4 и БрАЖНМц9-4-4-1, но они значительно дороже. Прессованные круги других марок выпускаются под заказ.

     Холоднодеформированные (тянутые) круги выпускаются в разном состоянии поставки  диаметром до 40 мм. На гистограмме представлены данные для прутков из БрОЦ4-3. БрКМц3-1, БрОФ7-0.2 (твердое состояние),  БрАМц9-2 (полутвердое состояние) и прутков БрБ2  в состояниях «М» и «Т» Следует отметить, что холоднодеформированные круги производятся под заказ и являются большим дефицитом.

Бронзовые трубы и заготовки для втулок

      Прессованные трубы общего назначения производятся из БрАЖМц10-3-1.5, БрАЖН10-4-4 (ГОСТ 1208-90). Трубы специального назначения выпускаются из других марок по различным ТУ. Методом непрерывного литья выпускаются трубные заготовки из БрОЦС5-5-5, БрАЖ9-4, БрАЖМц10-3-1.5. Механические свойства труб практически совпадают с таковыми для соответствующих кругов.

         Заготовки для втулок  отливаются в кокиль или методом центробежного литья. При этом чаще используются марки БрАЖ9-4, БрОЦС5-5-5, БрОФ10-1, БрОЦ10-2.

 Особенности свойств различных бронзовых сплавов 

      Выбор бронзы для использования в конкретных целях не определяется только величинами ?_в и НВ, которые отражают лишь часть механических свойств. Выбор той или иной марки производится с учетом всего комплекса физических, механических, технологических и антифрикционных свойств, коррозионной стойкости, поведения при высоких или низких температурах и т.д. Ниже в таблице сопоставлены свойства и марки бронзовых сплавов.

 ПРИМЕНЕНИЕ БРОНЗОВЫХ СПЛАВОВ В УЗЛАХ ТРЕНИЯ

(Антифрикционные бронзы)

        Бронзы очень широко используются в качестве антифрикционных материалов. К числу бронз, которые импользуются в качестве антифрикционных материалов относится большинство оловянных (кроме БрОЦ4-3) бронз,  а из безоловянных — БрАМц, БрАЖ, БрАЖМц, БрАЖН. Эти бронзы применяются главным образом для изготовления 1) опор подшипников скольжения, 2) колес (венцов) червячных передач и 3) гаек в передачах «винт-гайка».

      Анти-фрикционные свойства составляют отдельную группу свойств и не связаны напрямую с их механическими свойствами. Антифрикционные свойства определяются  свойствами поверхностного слоя, тогда как механические свойства определяются объемными свойствами материала.

        Это неочевидное утверждение можно проиллюстрировать на примере двух бронз — БрС30 и БрАЖ9-4 при их использовании в подшипниках скольжения. БрС30 существенно уступает бронзе БрАЖ9-4 по всем механическим показателям (прочность, твердость, относительное удлиение). Однако, именно она применяется в особо ответственных подшипниках, допускающих высокие скорости и высокие нагрузки ( в т.ч. ударные).

              Поэтому при выборе  бронзы для использования в узлах трения  учитывают прежде всего антифрикционные, а затем — механические свойства. Для этих целей массово используются круги и полые заготовки БрАЖ9-4 и БрАЖМц10-3-1.5  БрОЦС5-5-5, БрОФ10-1. Для направляющих используются катаные полосы из БрАМц9-2 и плиты (литые и отфрезерованные) из БрАЖ9-4 и БрОЦС5-5-5.

      Критерии выбора той или иной марки бронзы зависят от вида узла трения и условий его работы. Для наиболее распространенных случаев общие рекомендации могут быть следующими.

       Подшипники скольжения.

При скоростях скольжения > 5-6 м/с предпочтительно применять БрОФ10-1. При скоростях < 5-6 м/с можно применять  БрАЖ9-4 или БрОЦС5-5-5. Если опорная поверхность вала закалена, то можно применять любую из этих бронз, но БрАЖ допускает вдвое большие радиальные нагрузки. Если опорная поверхность вала незакалена, можно применять только БрОЦС.

     Колеса (венцы) червячных передач.

При скоростях скольжения  > 8-12 м/с применяется БрОФ10-1. При скоростях 4-10 м/с применяется БрОЦС5-5-5. При скоростях <4-6 м/с применяется БрАЖ9-4.

        Более подробно  вопросы применения бронз в узлах трения рассматривается на странице Антифрикционные материалы. Соответствующие рекомендации могут быть полезны при проведении ремонтных работ в отсутствии технической документации на изделие.

        Круги и заготовки из основных марок бронз имеются на складе — см. стр. сайта «БРОНЗОВЫЕ КРУГИ и ТРУБЫ»

                                        Термоупрочняемые (облагораживаемые) бронзы

      В некоторых бронзах при понижении температуры растворимость легирующей компоненты резко падает и её выделение из твердого раствора  приводит к эффекту дисперсионного твердения. Этот процесс сопровождается резким изменением физических и механических свойств.

      Бронзы, способные к дисперсионному твердению, позволяют осуществлять упрочнение изделий из них за счет специальной термообработки (старение, облагораживание). В результате возрастают твердость, пределы текучести и прочности,  улучшается коррозионная стойкость, повышается тепло- и электропроводность.

      К бронзам с эффектом дисперсионного твердения относятся бериллиевые, хромистые, циркониевые, кремнисто-никелевые и некоторые сложные сплавы (см. таблицу марок бронз). Полуфабрикаты из таких бронз (прутки, ленты, плиты, проволока) имеют следующие состояния поставки:

— Без термообработки.

Это горячекатаные плиты или прессованные прутки, остывшие со скоростью естественного охлаждения.

— С термообработкой (закалка).

В этом случае полуфабрикат нагревается до  некоторой «высокой» температуры после чего производится его закалка в воду для получения пересыщенного твердого раствора. Это закаленные полуфабрикаты, состояние которых обычно маркируется буквой «М». Такая термообработка повышает пластичность и позволяет в дальнейшем производить операции гибки, вытяжку, прокатку и другие виды холодной деформации. Твердость, пределы текучести и прочности, пластичность закаленных бронз несколько выше, чем  у прессованных.

—  С термообработкой (закалка) и последующей холодной деформацией.

Холодная деформация повышает пределы текучести и прочности и увеличивает твердость закаленных полуфабрикатов. Холоднодеформированный полуфабрикат после закалки обычно маркируется буквой «Т».

     Второй этап термообработки – отпуск, обычно производится уже над изделием. Отпуск производится при «низкой температуре» в течение определенного времени. В процессе отпуска происходит выделение  избыточной фазы с упорядоченным распределением легирующего элемента. Эти выделения связаны со значительными напряжениями кристаллической решетки, которые вызывают повышение прочности и твердости.

    Таким образом, облагораживание такого класса бронз состоит из двух операций. Вначале производится быстрая закалка, затем длительный отпуск. Между закалкой и отпуском может производиться упрочнение холодной деформацией или изготовление детали. Режимы облагораживания сильно зависят от химического состава бронзы. Для БрБ2 температура закалки 750-790 С, температура отпуска 300 – 350 С  в течение 2 – 4 часов. Для БрХ0.5 температура закалки 950 С, температура отпуска 400 С в течение 4 часов.

      Эффект термообработки для прутка из БрБ2 показан на гистограмме, а для лент — в таблице. Там же, в таблице,  приведен эффект облагораживания для хромистой бронзы БрХ0.5.

    Дисперсионное твердение изделий, изготовленных из термоупрочняемых бронз (БрБ2, БрХ, БрХЦр, БрКН) и сплавов (МНМц20-30) существенно повышают показатели прочности и твердости в сравнении с исходным материалом поставки. Наибольший эффект от облагораживания  имеют изделия из бериллиевых бронз.

                                                   ПРИМЕНЕНИЕ БРОНЗОВЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРУЖИН

 (Упругие свойства бронзовых сплавов)

      Для изготовления пружин используются материалы с высоким пределом упругости и минимальным уровнем неупругих явлений (упругий гистерезис, низкий уровень релаксации и др.). 

     Для изготовления пружин и пружинящих деталей используются ленты, прутки и проволока из БрКМц3-1, БрОФ6. 5-0.15, БрОФ7-0.2, БрОЦ4-3, бериллиевых бронз. Высокая пластичность этих бронз даже в твердом состоянии позволяет использовать для навивки пружин не только проволоку, но и прутки диаметром до 10-15 мм.

       В зависимости от вида пружины на её материал действуют нормальные (сжатие-растяжение) или касательные напряжения. Жесткость пружины определяется модулем упругости  E или модулем сдвига G соответственно. Область допустимых нагрузок тем больше, чем больше соответствующий предел упругости (текучести), но при расчетах допустимые нагрузки и деформации рассчитывают по пределу прочности при растяжении  с учетом расчетных коэффициентов.

     В таблице представлены свойства лент из БрОФ, БрОЦ, БрКМц (в твердом состоянии) и БрБ2 (после дисперсионного твердения из состояния «Т»). 

ГОСТ	4748-92	1761-79		1789-70
Марка бронзы	БрКМц3-1	БрОФ6,5-0,15	БрОЦ4-3	БрБ2
Модуль упругости Е, МПа	12000	9500	9500	12000
Предел упругости ?0. 005, МПа	260 — 530	320- 480	300-450
Предел текучести ?0.2 , МПа	510 — 750	550 — 720	520-680	1150-1600
Предел  прочности ?В , МПа	600 — 770	580 — 760	550-700	1150-1600
Относ.  удлинение ?	2	3	2	—
Твердость HV	180 — 250	170 -220	170-210	360

     Для изготовления плоских пружин используется также лента из БрА7. Её параметры  (ГОСТ 1048-79) практически совпадают с таковыми для бронзы БрКМц, но БрА7 отличается очень высоким пределом ползучести.

       После изготовления пружин из облагораживаемых материалов (бериллиевые бронзы и сплав МНМц20—20)  производится их дисперсионное твердение.

      Технологический процесс изготовления винтовых цилиндрических пружин из материалов этой группы включает следующие основные операции: закалка, навивка заготовок, разрезка длинных заготовок на отдельные пружины, обработка торцов  пружин, дисперсионное твердение. Процесс изготовления плоских пружин включает: резку материала на ленты требуемой ширины,   закалку, штамповку пружин, дисперсионное твердение.
       В результате такой термообработки повышается твердость, упругость, износостойкость и значительно повышается усталостная прочность материала пружин.

ПРИМЕНЕНИЕ БРОНЗОВЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОДОВ И ПРОВОДНИКОВ ТОКА

(Электродные и проводящие сплавы)

     Среди многочисленных марок бронз выделяется группа сплавов с малым (0. 3 – 1%) содержанием легирующих элементов. Они отличаются тем, что обладают практически такой же электро- и теплопроводностью, как и чистая медь, но при этом они имеют большую твердость, предел текучести, износостойкость, предел усталости, и сохраняют работоспособность до более высоких температур за счет повышенной (по сравнению с чистой медью)  температуры начала рекристаллизации.

     К таким сплавам относятся:

Кадмиевые бронзы (Cd: 0.9-1.2%) — прутки, ленты и коллекторные полосы.

Хромокадмиевые бронзы (Cd: 0.2-0.5%,  Cr: 0.35-0.65%) — прутки

Магниевые бронзы (Мg: 0.3-0.8%)  — коллекторные полосы и проволока.

Серебряные бронзы (Ag до 0.25%) – прутки, проволока, полосы.

Хромистые бронзы (Cr: 0.5 – 1.0) – прутки, плиты, полосы для коллекторных пластин, проволока.

Циркониевые (Zr: 0.2 – 0.7%) – коллекторные полосы, трубы, полосы

Хромисто-циркониевые бронзы – прутки, плиты

     Эти бронзы имеют два основных применения.

1. Использование в производстве силовых подвижных контактов (контактные кольца,  коллекторные пластины). Здесь в первую очередь важна высокая износостойкость, а также работоспособность при повышенных температурах.

2.  Для изготовления электродов сварочных машин. Электродные сплавы должны иметь      высокую температуру размягчения, высокую твердость и предел текучести в области рабочих температур (500 — 700 С).

        На рисунке (Б) показано изменение твердости меди, кадмиевой и хромистой бронз с повышением температуры. Видно несомненное преимущество БрХ при высоких температурах. Ещё лучшие результаты имеют БрХЦр, БрБНТ и другие сплавы, но их применение ограничивается высокой ценой и доступностью.

       На соседнем рисунке (А) видна принципиальная разница между облагораживаемой хромистой бронзой с одной стороны и обычной бронзой (БрКд) или медью с другой.

       Отжиг холоднодеформированных прутков из  меди или БрКд уменьшает твердость. При температурах выше температуры рекристаллизации разрушается текстура и металл разупрочняется. В то же время в БрХ при 400^оС  происходит дисперсионное твердение и его твердость после отжига, наоборот, возрастает. Если бы дисперсионное твердение не происходило, то твердость уменьшалась бы по пунктирной кривой (происходило бы разупрочнение). Это означает, что после изготовления электродов из сплавов типа БрХ, БрХЦр, они должны быть соответствующим образом термообработаны для улучшения их физико-механических свойств.

                                            НАЗАД на ГЛАВНУЮ

Оловянная бронза, область применения и ее свойства



Бронзы представляют собой семейство сплавов на основе меди, традиционно легированных оловом, но могут относиться к сплавам меди и других элементов. Бронза несколько прочнее латуни, но все же обладает высокой степенью коррозионной стойкости. Как правило, они используются, когда в дополнение к коррозионной стойкости требуются хорошие свойства при растяжении. Например, бериллиевая медь достигает наибольшей прочности (до 1400 МПа) из любого сплава на основе меди.

Исторически сложилось так, что легирование меди другим металлом, например, оловом, для получения бронзы впервые практиковалось примерно через 4000 лет после открытия плавки меди и примерно через 2000 лет после того, как «натуральная бронза» вошла в общее употребление. Древняя цивилизация в бронзовом веке производила бронзу путем выплавки собственной меди и легирования оловом, мышьяком или другими металлами. Бронза или подобные бронзе сплавы и смеси использовались для монет в течение более длительного периода. Бронза по-прежнему широко используется сегодня для пружин, подшипников, втулок, подшипников автомобильных трансмиссий и аналогичных фитингов, и особенно распространена в подшипниках небольших электродвигателей. Латунь и бронза являются распространенными инженерными материалами в современной архитектуре и в основном используются для кровли и облицовки фасадов из-за их внешнего вида.

Ключевые слова:



оловянная бронза, сплав, свойства, напряжение, деформация, предел.

В целом, бронзы представляют собой семейство сплавов на основе меди, традиционно легированных оловом, обычно с содержанием олова около 12–12,5 %. Добавление небольших количеств (0,01–0,45) фосфора дополнительно повышает твердость, усталостную стойкость и износостойкость [1]. Добавление этих сплавов приводит к таким применениям, как пружины, крепежные детали, крепления каменной кладки, валы, шестерни и подшипники. Бронза также является предпочтительным металлом для колоколов в виде сплава бронзы с высоким содержанием олова, известного в просторечии как колокольный металл, который составляет около 23 % олова. Сплавы с высоким содержанием оловянной бронзы обычно используются в зубчатых передачах, а также в высокопрочных втулках и подшипниках, где присутствуют высокая прочность и большие нагрузки. Другие области применения этих сплавов-рабочие колеса насосов, поршневые кольца и паровые фитинги. Например, медный литейный сплав UNS C90500 представляет собой литой сплав медь-олово, который также известен как оружейный металл. Первоначально он использовался главным образом для изготовления оружия, но в значительной степени был заменен сталью.

Использование и применение бронзы

Основными областями применения меди являются электрические провода (60 %), кровля и сантехника (20 %), а также промышленное оборудование (15 %). Медь используется в основном как чистый металл, но, когда требуется большая твердость, ее добавляют в такие сплавы, как латунь и бронза (5 % от общего использования). Медь и сплавы на ее основе, включая латуни (Cu-Zn) и бронзы (Cu-Sn), широко используются в различных промышленных и общественных целях [2]. Некоторые из распространенных применений латунных сплавов включают бижутерию, замки, петли, шестерни, подшипники, гильзы от боеприпасов, автомобильные радиаторы, музыкальные инструменты, электронную упаковку и монеты. Бронза или подобные бронзе сплавы и смеси использовались для монет в течение более длительного периода. Латунь и бронза являются распространенными инженерными материалами в современной архитектуре и в основном используются для кровли и облицовки фасадов из-за их внешнего вида.

Свойства оловянной бронзы

Свойства материала являются интенсивными свойствами, что означает, что они не зависят от количества массы и могут изменяться от места к месту в системе в любой момент. Основа материаловедения включает в себя изучение структуры материалов и соотнесение их с их свойствами (механическими, электрическими и т. д.). Как только материаловед узнает об этой корреляции структуры и свойств, он может перейти к изучению относительной производительности материала в данном приложении. Основными факторами, определяющими структуру материала и, следовательно, его свойства, являются составляющие его химические элементы и способ, которым он был переработан в свою окончательную форму.

Механические свойства оловянной бронзы [3]

Материалы часто выбираются для различных применений, поскольку они имеют желательные сочетания механических характеристик. Для конструкционных применений свойства материалов имеют решающее значение, и инженеры должны учитывать их.

В механике материалов прочность материала — это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Прочность материалов в основном учитывает взаимосвязь между внешними нагрузками, приложенными к материалу, и результирующей деформацией или изменением размеров материала. Предел прочности на растяжение оловянной бронзы — UNS C90500 — оружейный металл составляет около 310 МПа.

Предел прочности при растяжении является максимальным на кривой «напряжение-деформация». Это соответствует максимальному напряжению, которое может выдержать структура в напряжении. Часто это значение значительно превышает предел текучести (на 50–60 процентов больше, чем выходные значения для некоторых типов металлов). Когда пластичный материал достигает своей предельной прочности, появляется «горловина», где площадь поперечного сечения локально уменьшается. Кривая напряжения-деформации содержит не более высокое напряжение, чем предел прочности. Несмотря на то, что деформации могут продолжать увеличиваться, напряжение обычно уменьшается после достижения максимальной прочности. Это интенсивное свойство, поэтому его значение не зависит от размера испытуемого образца. Однако это зависит от других факторов, таких как подготовка образца, наличие или отсутствие дефектов поверхности, а также температура испытательной среды и материала. Предел прочности при растяжении варьируется от 50 МПа для алюминия до 3000 МПа для очень высокопрочных сталей.

Предел текучести оловянной бронзы — UNS C90500 — оружейный металл составляет около 150 МПа. Предел текучести — это точка на кривой напряжение-деформация, которая указывает предел упругого поведения и начало пластического поведения. Предел текучести — это свойство материала, определяемое как напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться, это точка, в которой начинается нелинейная (упругая + пластическая) деформация. До достижения предела текучести материал будет упруго деформироваться и вернется к своей первоначальной форме, когда приложенное напряжение будет снято. Как только предел текучести будет пройден, некоторая часть деформации будет постоянной и необратимой. Некоторые стали и другие материалы демонстрируют поведение, называемое явлением предела текучести. Предел текучести варьируется от 35 МПа для низкопрочного алюминия до более 1400 МПа для очень высокопрочных сталей.

Модуль упругости Юнга оловянной бронзы — UNS C90500 — оружейный металл составляет около 103 ГПа. Модуль упругости Юнга — это модуль упругости для растягивающих и сжимающих напряжений в режиме линейной упругости одноосной деформации, который обычно оценивается с помощью испытаний на растяжение. До предельного напряжения тело сможет восстановить свои размеры при снятии нагрузки. Приложенные напряжения заставляют атомы в кристалле двигаться из положения равновесия. Все атомы смещены на одинаковую величину и все еще сохраняют свою относительную геометрию. Когда напряжения снимаются, все атомы возвращаются в исходное положение, и никакой постоянной деформации не происходит. Согласно закону Гука, напряжение пропорционально деформации (в упругой области), а наклон равен модулю Юнга. Модуль Юнга равен продольному напряжению, деленному на деформацию.

где

— напряжение (давление) [Па],

— деформация =

, Е — модуль эластичности [Па]

Твердость по Бринеллю оловянной бронзы — UNS C90500 — оружейный металл составляет приблизительно 75 HB.

Испытание на твердость по Роквеллу является одним из наиболее распространенных испытаний на твердость при вдавливании, которое было разработано для испытания на твердость. В отличие от теста Бринелля, тест Роквелла измеряет глубину проникновения индентора под большой нагрузкой по сравнению с проникновением, произведенным предварительно под незначительной нагрузкой. Незначительная нагрузка устанавливает нулевое положение. Основная нагрузка прикладывается, а затем удаляется, сохраняя при этом незначительную нагрузку. Разница между глубиной проникновения до и после приложения основной нагрузки используется для расчета числа твердости по Роквеллу — глубина проникновения и твердость обратно пропорциональны. Главным преимуществом твердости по Роквеллу является его способность напрямую отображать значения твердости. В результате получается безразмерное число, отмеченное как HRA, HRB, HRC и т. Д., где последняя буква — соответствующая шкала Роквелла. Испытание Роквелла проводится с помощью алмазного конуса с углом 120° и основной нагрузкой 150 кг.

Термические свойства материалов относятся к реакции материалов на изменение их температуры и на применение тепла. Поскольку твердое тело поглощает энергию в виде тепла, его температура повышается, а размеры увеличиваются. Но разные материалы по-разному реагируют на применение тепла.

Теплоемкость, тепловое расширение и теплопроводность — это свойства, которые часто имеют решающее значение при практическом использовании твердых тел.

Температура плавления оловянной бронзы — UNS C90500 — оружейный металл составляет около 1000°C. В общем случае плавление — это фазовый переход вещества из твердой фазы в жидкую. Температура плавления вещества — это температура, при которой происходит это фазовое изменение [4]. Температура плавления также определяет состояние, при котором твердое и жидкое вещества могут существовать в равновесии.

Теплопроводность оловянной бронзы — UNS C90500 — оружейный металл составляет 75 Вт/(м*К). Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводностью, k (или λ), измеряемой в Вт/м*К. Это мера способности вещества передавать тепло через материал с помощью проводимости. Важно, что закон Фурье применим ко всей материи, независимо от ее состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел изменяется в зависимости от температуры. Для паров это также зависит от давления. В общем случае:

Большинство материалов очень близки к однородным, поэтому обычно можно написать

k=k(T)

. Аналогичные определения связаны с теплопроводностью в направлениях y и z (

ky, kz

), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса,

kx=ky=kz=k

[5].

Литература:

1. Адаскин, А. М. Материаловедение и технология металлических, неметаллических и композиционных материалов: Учебник / А. М. Адаскин, А. Н. Красновский. — М.: Форум, 2018. — 592 c.
2. Оськин, В. А. Материаловедение. Технология конструкционных материалов. Кн 1 / В. А. Оськин, В.В Евсиков. — М.: КолосС, 2008. — 447 c.
3. Пожидаева, С. П. Материаловедение: Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования / С. П. Пожидаева. — М.: ИЦ Академия, 2013. — 352 c.
4. Черепахин, А. А. Материаловедение: Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования / В. Б. Арзамасов, А. А. Черепахин. — М.: ИЦ Академия, 2013. — 176 c.
5. Шубина, Н. Б. Материаловедение. / Н. Б. Шубина, О. В. Белянкина. — М.: МГГУ, 2012. — 162 c.

Основные термины (генерируются автоматически): UNS, оловянная бронза, оружейный металл, предел текучести, бронза, предел прочности, глубина проникновения, модуль упругости, незначительная нагрузка, основная нагрузка.

Влияние скорости охлаждения на структуру и свойства бронзы БрО10С2Н3 | Баженов

1. Груздева И.А., Сулицын А.В., Мысик Р.К., Сокунов Б.А. Влияние электромагнитного перемешивания на структуру и свойства оловянных бронз. Литейщик России. 2006. No. 11. С. 27—29. Gruzdeva I.A., Sulitsyn A.V., Mysik R.K., Sokunov B.A. The effect of electromagnetic stirring on the structure and properties of tin bronzes. Liteishchik Rossii. 2006. No. 11. Р. 27—29 (In Russ.).

2. Song K., Zhou Y., Zhao P., Zhang Y., Bai N. Cu—10Sn— 4Ni—3Pb alloy prepared by crystallization under pressure: An experimental study. Acta Metall. Sin. 2013. Vol. 26. P. 199—205.

3. Белов В.Д., Герасименко Е.А., Гусева В. В., Коновалов А.Н. Влияние условий затвердевания заготовок из оловянистой бронзы БрО10С2Н3 на ее структуру. Литейное производство. 2016. No. 2. С. 26—33. Belov V.D., Gerasimenko E.A., Guseva V.V., Konovalov A.N. Influence of solidification conditions of tin bronze BrO10S2N3 parts on its structure. Liteinoe proizvodstvo. 2006. No. 2. Р. 26—33 (In Russ.).

4. Ozerdem M.S., Kolukisa S. Artificial neural network approach to predict the mechanical properties of Cu— Sn—Pb—Zn—Ni cast alloys. Mater. Design. 2009. Vol. 30. P. 764—769.

5. Бронтвайн Л.Р. Исследование механических свойств бронзы в зависимости от способа литья. Литейное производство. 1966. No. 12. С. 31. Brontvain L.R. Investigation of the mechanical properties of bronze depending on the casting method. Liteinoe proizvodstvo. 1966. No. 12. Р. 31 (In Russ.).

6. Nyyssцnen T. Leaded tin bronzes: The effects of casting method on dry sliding behavior. Tribologia — Finnish Journal of Tribology. 2012. Vol. 31. P. 4—11.

7. Chen X., Wang Z., Ding D., Tang H., Qiu L., Luo X., Shi G. Strengthening and toughening strategies for tin bronze alloy through fabricating in-situ nanostructured grains. Mater. Design. 2015. Vol. 66. P. 60—66.

8. Prasad B.K., Patwardhan A.K., Yegneswaran A.H. Factors controlling dry sliding wear behaviour of a leaded tin bronze. Mater. Sci. Technol. 1996. Vol. 12. P. 427— 435.

9. Prasad B.K. Sliding wear behaviour of bronzes under varying material composition, microstructure and test conditions. Wear. 2004. Vol. 257. P. 110—123.

10. Equey S., Houriet A., Mischler S. Wear and frictional mechanisms of copper-based bearing alloys. Wear. 2011. Vol. 273. P. 9—16.

11. Aksoy M., Kuzucu V., Turhan H. A note on the effect of phosphorus on the microstructure and mechanical properties of leaded-tin bronze. J. Mater. Process. Technol. 2002. Vol. 124. P. 113—119.

12. Белоусов А.А., Пастухов Э.А., Ченцов В.П. Влияние растворенного никеля и температуры на кинетику окисления свинцовистых безоловянных бронз. Расплавы. 2005. No. 2. С. 8—10. Belousov A.A., Pastukhov E.A., Chentsov V.P. Influence of dissolved nickel and temperature on the oxidation kinetics of lead tin free bronzes. Rasplavy. 2005. No. 2. Р. 8—10 (In Russ.).

13. Рыжиков А.А., Тимофеев Г.И., Лебедев П.В. Особенности затвердевания отливок из оловянистой бронзы. Литейное производство. 1968. No. 9. С. 23—25. Ryzhikov A.A., Timofeev G.I., Lebedev P.V. Features of tin bronze castings solidification. Liteinoe proizvodstvo. 1968. No. 9. Р. 23—25 (In Russ.).

14. Вершинин П.И., Севастьянов В.И., Бакрин Ю.Н. Влияние интенсификации охлаждения на структуру и свойства отливок из оловянной бронзы. Литейное производство. 1986. No. 5. С. 8—9. Vershinin P.I., Sevast’yanov V.I., Bakrin Yu.N. Effect of cooling intensification on the structure and properties of tin bronze castings. Liteinoe proizvodstvo. 1986. No. 5. Р. 8—9 (In Russ.).

15. Семёнов К.Г., Колосков В.Ф., Чурсин В.М. Разработка технологии производства качественных отливок из чушковых оловянных бронз. Литейное производство. 1994. No. 7. С. 10—12. Semenov K.G., Koloskov V.F., Chursin V.M. Development of the production technology of high-quality castings from tin bronze ingots. Liteinoe proizvodstvo. 1994. No. 7. Р. 10—12 (In Russ.).

16. Бронтвайн Л.Р., Городецкий В.Н. Герметичность литейных медных сплавов. Литейное производство. 1985. No. 10. С. 14—16. Brontvain L.R., Gorodetskii V.N. Soundness of casting copper alloys. Liteinoe proizvodstvo. 1985. No. 10. Р. 14— 16 (In Russ.).

17. Фетисов Н.М., Рюмшин Н.А., Супоницкий В.М., Литовченко В.И., Репина Н.И., Рудницкая В.Л., Белозёров В.Ф. Влияние теплоаккумулирующей способности формы на структуру и свойства отливок из бронзы БрОЦС 4-4-17. Литейное производство. 1973. No. 9. С. 24—26. Fetisov N.M., Ryumshin N.A., Suponitskii V.M., Litovchenko V.I., Repina N.I., Rudnitskaya V.L., Belozerov V.F. Influence of mold heat capacity on the structure and properties of BrOCS 4-4-17 bronze castings. Liteinoe proizvodstvo. 1973. No. 9. Р. 24—26 (In Russ.).

18. Ruusila V., Nyyssonen T., Kallio M., Vuorinen P., Lehtovaara A., Valtonen K., Kuokkala V.-T. The effect of microstructure and lead content on the tribological properties of bearing alloys. In: Proc. Institution of Mechanical Engineers, Pt. J: Journal of Engineering Tribology. 2013. Vol. 227. P. 878—887.

19. Бронтвайн Л.Р., Горовецкий В.Н. Исследование износостойкости сплавов на медной основе. Литейное производство. 1981. No. 10. С. 8—9. Brontvain L.R., Gorovetskii V.N. Study of wear resistance of copper-based alloys. Liteinoe proizvodstvo. 1981. No. 10. Р. 8—9 (In Russ.).

20. Мартюшев Н.В., Плотникова Н.В., Скиба В.Ю., Попелюх А.И., Семенков И.В. Влияние скорости охлаждения бронзы БрОС10-10 на структуру, фазовый со став и циклическую долговечность отливок. Обработка металлов. 2012. No. 3. С. 67—70. Martyushev N.V., Plotnikova N.V., Skiba V.Yu., Popelyukh A.I., Semenkov I.V. Influence of the BrOS10-10 bronze cooling rate on the structure, phase composition and cyclic durability of castings. Obrabotka metallov. 2012. No. 3. Р. 67—70 (In Russ.).

21. Мартюшев Н.В., Семенков И.В. Структура и свойства бронзовых отливок при различных скоростях охлаждения. Современные проблемы науки и образования. 2012. No. 6. С. 1—6. Martyushev N.V., Semenkov I.V. Structure and properties of bronze castings at different cooling rates. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2012. No. 6. Р. 1—6 (In Russ.).

22. Martyushev N., Semenkov I.V., Petrenko Y.N. Structure and properties of leaded tin bronze under different crystallization conditions. Adv. Mater. Res. 2013. Vol. 872. P. 89—93.

23. Мартюшев Н.В. Влияние морфологии включений легкоплавкой фазы на триботехнические свойства бронз. Приволжский научный вестник. 2011. No. 2. С. 8—11. Martyushev N.V. Influence of the low-melting phase inclusions morphology on the tribotechnical properties of bronzes. Privolzhskii nauchnyi vestnik. 2011. No. 2. Р. 8— 11 (In Russ.).

24. Yan P., Wang D., Yan B., Mo F. Effect of size refinement and distribution of the lubricating lead phases in the spray forming high-leaded tin bronze on wear rates. Mod. Phys. Lett. B. 2013. Vol. 27. P. 1341019.

25. Image processing and analysis in Java. URL: https:// imagej.nih.gov/ij/docs/menus/analyze.html (accessed: 19.02.2020).

26. Zheng X., Cahill D., Krasnochtchekov P., Averback R., Zhao J. High-throughput thermal conductivity measurements of nickel solid solutions and the applicability of the Wiedemann—Franz law. Acta Mater. 2007. Vol. 55. P. 5177—5185.

27. Andersson J.O., Helander T., Hцglund L., Shi P.F., Sundman B. Thermo-Calc and DICTRA, Computational tools for materials science. CALPHAD. 2002. Vol. 26. P. 273—312.

28. Thermo-Calc Software TCBIN Binary alloys database (accessed: 01.01.2020).

29. Park J.S., Park C.W., Lee K.J. Implication of peritectic composition in historical high-tin bronze metallurgy. Mater. Character. 2009. Vol. 60. P. 1268—1275.

30. Guo Z., Jie J., Liu S., Liu J., Yue S., Zhang Y., Li T. Solidification characteristics and segregation behavior of Cu—15Ni—8Sn alloy. Metall. Mat. Trans. A. 2020. Vol. 51. P. 1229—1241.

31. Turhan H., Aksoy M., Kuzucu V., Yildirim M.M. The effect of manganese on the microstructure and mechanical properties of leaded-tin bronze. J. Mater. Process. Technol. 2001. Vol. 114. P. 207—211.

32. Mey S. Thermodynamic re-evaluation of the Cu—Ni system. CALPHAD. 1992. Vol. 16. P. 255—260.

33. Scheil E. Bemerkungen zur Schichtkristallbildung. Zeit. Metallkunde. 1942. Bd. 34. S. 70—72.

34. Alpas A.T., Zhang J. Effect of microstructure (particulate size and volume fraction) and counterface material on the sliding wear resistance of particulate-reinforced aluminum matrix composites. Metal. Mater. Trans. A. 1994. Vol. 25. P. 969—983.

35. Андрусенко О.Е., Матвеев Ю.И. Требование к материалам антифрикционного слоя, используемым при восстановлении подшипников скольжения коленчатых валов. Вестник АГТУ. Сер. Морская техника и технология. 2009. No. 1. С. 50—55. Andrusenko O.E., Matveev Yu.I. Requirement for the materials of the anti-friction layer used in the restoration of plain bearings of crankshafts. Vestnik AGTU. Ser. Morskaya tekhnika i tekhnologiya. 2009. No. 1. Р. 50—55 (In Russ.).

36. Куликова Т.В., Быков В.А., Шуняев К.Ю., Ягодин Д.А., Петрова С.А., Захаров Р.Г. Исследование термодинамических и теплофизических свойств интерметаллида Cu3Sn. Бутлеровские сообщения. 2011. Т. 27. No. 16. С. 72—78. Kulikova T.V., Bykov V.A., Shunyaev K.Yu., Yagodin D.A., Petrova S.A., Zakharov R.G. Investigation of the thermodynamic and thermophysical properties of the Cu3Sn intermetallic compound. Butlerovskie soobshcheniya. 2011. Vol. 27. No. 16. Р. 72—78 (In Russ.).

плит, листов, кругов, прутков. Цены в Москве.

Помимо обеспечения поставок бронзового металлопроката мы осуществляем качественную резку продукции на высокотехнологичном современном оборудовании. Операции раскроя полуфабрикатов, прорезания отверстий и пазов, снятия кромок и др. производятся с точным соблюдением согласованных с заказчиком требований. Обработка происходит с учетом всех физико-механических особенностей конкретной бронзы.

Лазерная
Плазменная
Кислородная
Гидроабразивная
На ленточнопильном станке
Рубка

Резка бронзового проката.

Бронзы — это многокомпонентные сплавы на основе меди. Оловянные в качестве основного легирующего элемента содержат олово в количестве около 20% массы, алюминиевые — 5-11% соответствующего металла и т.д. Каждая из разновидностей бронзового сплава требует особого подхода при раскрое. Современное оборудование позволяет качественно и оперативно произвести обработку заготовок толщиной до 200 и более мм на лазерных, плазменных, гидроабразивных и металлорежущих станках.

Бронзовых плит.

Резка плит из бронзы осложнена толщиной полуфабрикатов, которая может превышать 200 мм. Плазменный или гидроабразивный методы в данном случае обеспечивают высокую производительность при незначительном количестве отходов, точный и ровный рез. Некоторые разновидности бронзовых сплавов (преимущественно низколегированные) за счёт высоких показателей теплопроводности и теплоемкости требуют применения мощного оборудования для термической резки. В таких случаях предпочтительнее абразивные и механические технологии.

Листовой бронзы.

Листы толщиной до 4-5 мм из бронзы разделяются по прямым линиям методами механической рубки. Изготовление сложных фигурных элементов исполняется при помощи лазера или плазмы. Гидроабразивная резка целого пакета бронзовых листов позволяет ускорить изготовление заготовок с одинаковым контуром.

Кругов бронзы.

Круг — это полуфабрикат цилиндрической формы с диаметром до 180-200 мм. Резку массивных кругов из бронзы можно осуществить при помощи гидроабразива или ленточнопильного стана, в зависимости от требований к качеству обрабатываемой поверхности. Следует учитывать состав материала, широко распространенные оловянные бронзы лучше обрабатываются термическими методами или гидроабразивным. Следует проявлять осторожность при порезке или обработке сплавов с большим процентом содержащегося марганца. Возможно подгорание поверхности, которое потом всё равно придётся срезать.

Бронзовых прутков.

Прутки из бронзы имеют диаметр до 80-100 мм. Целесообразно рубить их на гильотине, а заготовки малого диаметра допустимо разделять лазером или другими видами обработки. Шероховатость образуемой резанием поверхности и допуски формы имеют решающее значение при выборе технологии резания.

Виды резки бронзового сортамента:

Лазерная резка.

Высокая теплопроводность низколегированных бронз является причиной высоких требований к оборудованию. Для этих сплавов предпочтительно использовать мощные лазеры. Алюминиевые, бериллиевые и другие бронзы не столь «капризны», но имеют свои особенности. Процесс осуществляется посредством использования углекислотного лазера, обеспечивающего так называемый «мягкий импульс». Это позволяет работать с наиболее тонкими материалами. Бронзовые сплавы очень хорошо поддаются обработке посредством лазера, кромка получается аккуратной. Изменений прочностного и химического состава не происходит. 

Преимущества резки бронзы лазером:

• оперативность;
• получение заготовок сложной криволинейной формы при необходимости;
• точность изготовления;
• возможность как индивидуального заказа, так и серии однотипных изделий.

Резка бронзовых полуфабрикатов толщиной до 4-5 мм при помощи лазера позволяет получить изделия высокого качества.

Плазменная резка.

Теплоёмкость бронзы сопоставима с медной, теплопроводность варьируется в соответствии с системой легирования. В целом, раскрой бронзового проката плазмой достаточно эффективен. Резание мощным потоком ионизированного газа с температурой 5000–30000 ^оС позволяет мгновенно оплавить метал в зоне резания и под напором устранить его из заготовки. Возможна работа с любыми образцами стандартного сортамента. Ключевой особенностью процесса является низкая скорость, предохраняющая бронзовую заготовку от перегрева. В отличие от стальных сплавов, медные составы имеют большую теплопроводность. Перегрев может вызывать нежелательное омеднение поверхности при выгорании олова.

Преимущества резки бронзовых полуфабрикатов плазмой:

• экономичность;
• высокая производительность;
• превосходное качество;
• возможность изготовления заготовок со сложным контуром.

Плазменная резка целесообразна для обработки бронзовых изделий толщиной от 1-2 до 80 мм.

Гидроабразивная резка.

Вода с мелкодисперсными абразивными частицами, подаваемая через узкое сопло инструмента под высоким давлением, выполняет функцию резака. При этом температура в зоне обработки не превышает 60-90С. Этот метод не вызывает сложностей при работе с любыми конструкционными металлами и сплавами. В целях экономии для бронзовых заготовок применяется более мягкий абразивный элемент. Возможно использование мелкодисперсного калиброванного песка. Срез получается аккуратным, но листы тоньше 1 мм могут крошиться. Поэтому для таких толщин лучше применять лазер.

Преимущества гидроабразивной резки бронзы:

• высокое качество поверхности кромок;
• возможность одновременной обработки нескольких заготовок;
• программируемая траектория перемещения инструмента позволяет получить воспроизводимый сложный контур;
• сохранение напылений, покрытий;
• отсутствие перегрева, нагара, деформаций;
• взрыво- и пожаробезопасность, экологичность.

Использование гидроабразивной резки при обработке бронз позволяет изготавливать качественные изделия из заготовок толщиной до 200 мм.

Рубка бронзы.

Бронза хорошо поддаётся этой процедуре. Возможно не только разделение исходной заготовки на части, но и фигурная вырубка отверстий. Рубка бронзы при помощи гильотинных ножниц или вырубного станка производится на высокоточном оборудовании с минимальной погрешностью. Этот высокопроизводительный метод позволяет получить разрезы линейной формы. Ключевая особенность методики — это заточка рубящих кромок до угла 70 градусов. Это даёт возможность избежать образования трещин.

Преимущества рубки бронз:

• низкая энергоемкость процесса;
• экономичность;
• отсутствие термического воздействия на структуру материала;
• минимальное число операций.

Механическая рубка бронзовых полуфабрикатов целесообразна для заготовок из сплава с невысоким содержанием олова. Для остальных предпочтительнее другие методы резания.

Заказать резку бронзового проката в Москве.

Заказать и получить обработанную бронзу в Москве Вы можете на нашем складе по указанному адресу: 111123, г. Москва, ш. Энтузиастов, д. 56, стр. 44

Забрать оплаченный товар можно путем самовывоза или с помощью доставки, которую осуществит наша компания. Собственный автопарк, состоящий из автомобилей различной тоннажности, позволит нам недорого и оперативно доставить заказ до Вашего объекта.

При заказе продукции от 100 кг. доставка будет для Вас бесплатной.

Отгрузка и доставка оплаченного товара производится в течение одних суток.

Телефон отдела продаж в Москве: +7 (495) 662-73-93

Телефон отдела продаж в регионах:8-800-200-73-93

Электронная почта отдела продаж:[email protected]

Теплопроводность металлов и сплавов, коэффициент теплопроводности

Теплопроводность металлов в зависимости от температуры

В таблице представлена теплопроводность металлов в зависимости от температуры при отрицательных и положительных температурах (в интервале от -200 до 2400°C).

Таблица теплопроводности металлов содержит значения теплопроводности следующих чистых металлов: алюминий Al, кадмий Cd, натрий Na, серебро Ag, калий K, никель Ni, свинец Pb, кобальт Co, бериллий Be, литий Li, сурьма Sb, висмут Bi, магний Mg, цинк Zn, вольфрам W, олово Sn, уран U, железо Fe, палладий Pd, цирконий Zr, марганец Mn, платина Pt, золото Au, медь Cu, родий Rh, таллий Tl, молибден Mo, тантал Ta, иридий Ir.

Следует отметить, что теплопроводность металлов изменяется в широких пределах и может отличаться в десятки раз в одних и тех же условиях. Например, из приведенных в таблице металлов, наибольшей теплопроводностью обладает такой металл, как серебро Ag — его коэффициент теплопроводности равен 392 Вт/(м·град) при 100°С и это самый теплопроводный металл. Наименьшее значение теплопроводности при этой же температуре соответствует металлу висмут Bi с теплопроводностью всего 7,7 Вт/(м·град).

Теплопроводность большинства металлов при нагревании снижается. Их максимальная теплопроводность достигается при низких отрицательных температурах. Например, при температуре минус 100°С серебро имеет теплопроводность 419,8, а висмут — 11,9 Вт/(м·град).

Примечание: В таблице теплопроводности также даны значения теплопроводности металлов сверх-высокой чистоты (до 99,999%). Значение коэффициента теплопроводности в таблице указано в размерности Вт/(м·град).

Теплопрово́дность — способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела, осуществляемому хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т. п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности тела проводить тепло. В сравнении тепловых цепей с электрическими это аналог проводимости.

Количественно способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Эта характеристика равна количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К). В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения коэффициента теплопроводности является Вт/(м·K).

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием гипотетического теплорода от одного тела к другому. Однако с развитием молекулярно-кинетической теории явление теплопроводности получило своё объяснение на основе взаимодействия частиц вещества. Молекулы в более нагретых частях тела движутся быстрее и передают энергию посредством столкновений медленным частицам в более холодных частях тела.

Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности

Если теплопроводность характеризует способность металлов передавать температуру тел от одной поверхности к иной, то термическое сопротивление показывает обратную зависимость, т.е. возможность металлов препятствовать такой передаче, иначе выражаясь, – сопротивляться. Высоким термическим сопротивлением обладает воздух. Именно он, больше всего, препятствует передаче тепла между телами.

Количественную характеристику изменения температуры единицы площади за единицу времени на один градус (К), называют коэффициентом теплопроводности. Международной системой единиц принято измерять этот параметр в Вт/м*град. Эта характеристика очень важна при выборе металлических изделий, которые должны передавать тепло от одного тела к другому.

Таблица 1

Металл	Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °С
— 100	100	300	700
Алюминий	2,45	2,38	2,30	2,26	0,9
Бериллий	4,1	2,3	1,7	1,25	0,9
Ванадий	—	—	0,31	0,34	—
Висмут	0,11	0,08	0,07	0,11	0,15
Вольфрам	2,05	1,90	1,65	1,45	1,2
Гафний	—	—	0,22	0,21	—
Железо	0,94	0,76	0,69	0,55	0,34
Золото	3,3	3,1	3,1	—	—
Индий	—	0,25	—	—	—
Иридий	1,51	1,48	1,43	—	—
Кадмий	0,96	0,92	0,90	0,95	0,44 (400°)
Калий	—	0,99	—	0,42	0,34
Кальций	—	0,98	—	—	—
Кобальт	—	0,69	—	—	—
Литий	—	0,71	0,73	—	—
Магний	1,6	1,5	1,5	1,45	—
Медь	4,05	3,85	3,82	3,76	3,50
Молибден	1,4	1,43	—	—	1,04 (1000°)
Натрий	1,35	1,35	0,85	0,76	0,60
Никель	0,97	0,91	0,83	0,64	0,66
Ниобий	0,49	0,49	0,51	0,56	—
Олово	0,74	0,64	0,60	0,33	—
Палладий	0,69	0,67	0,74	—	—
Платина	0,68	0,69	0,72	0,76	0,84
Рений	—	0,71	—	—	—
Родий	1,54	1,52	1,47	—	—
Ртуть	0,33	0,09	0. 1	0,115	—
Свинец	0,37	0,35	0,335	0,315	0,19
Серебро	4,22	4,18	4,17	3,62	—
Сурьма	0,23	0,18	0,17	0,17	0,21
Таллий	0,41	0,43	0,49	0,25 (400 0)
Тантал	0,54	0,54	—	—	—
Титан	—	—	0,16	0,15	—
Торий	—	0,41	0,39	0,40	0,45
Уран	—	0,24	0,26	0,31	0,40
Хром	—	0,86	0,85	0,80	0,63
Цинк	1,14	1,13	1,09	1,00	0,56
Цирконий	—	0,21	0,20	0,19	—

Теплопроводность стали, меди, алюминия, никеля и их сплавов

Обычное железо и цветные металлы имеют разное строение молекул и атомов. Это позволяет им отличаться друг от друга не только механическими, но и свойствами теплопроводности, что, в свою очередь, влияет на применение тех или иных металлов в различных отраслях хозяйства.

Таблица 2

Сталь имеет коэффициент теплопроводности, при температуре окружающей среды 0 град. (С), равный 63, а при увеличении градуса до 600, он снижается до 21 Вт/м*град. Алюминий, в таких же условиях, наоборот – увеличит значение от 202 до 422 Вт/м*град. Сплавы из алюминия, будут также повышать теплопроводность, по мере увеличения температуры. Только величина коэффициента будет на порядок ниже, в зависимости от количества примесей, и колебаться в пределах от 100 до 180 единиц.

Медь, при изменении температуры в тех же пределах, будет уменьшать теплопроводность от 393 до 354 Вт/м*град. При этом, медь содержащие сплавы латуни будут иметь такие же свойства, как и алюминиевые, а значение теплопроводности будет изменяться от 100 до 200 единиц, в зависимости от количества цинка и других примесей в составе сплава латуни.

Коэффициент теплопроводности чистого никеля считается низким, он будет менять свое значение от 67 до 57 Вт/м*град. Сплавы с содержанием никеля, будут также иметь коэффициент с пониженным значением, который, благодаря содержанию железа и цинка, колеблется от 20 до 50 Вт/м*град. А наличие хрома, позволит понизить теплопроводность в металлах до 12 единиц, с небольшим увеличением этой величины, при нагреве.

Коэффициенты теплопроводности различных веществ

Также нужно учитывать передачу тепла из-за конвекции молекул и излучения. Например, при полной нетеплопроводности вакуума, тепловая энергия передаётся излучением (Солнце, инфракрасные теплогенераторы). В газах и жидкостях происходит перемешивание разнотемпературных слоёв естественным путём или искусственно (примеры принудительного перемешивания — фены, естественного — электрочайники). Также в конденсированных средах возможно «перепрыгивание» фононов из одного твердого тела в другое через субмикронные зазоры, что способствует распространению звуковых волн и тепловой энергии, даже если зазоры представляют собой идеальный вакуум.

Влияние концентрации углерода

Концентрация углерода в стали влияет на величину теплопередачи:

1. Низкоуглеродистые стали имеют высокий показатель проводимости. Именно поэтому они используются при изготовлении труб, которые затем применяются при создании трубопровода системы отопления. Значение коэффициента варьирует в пределе от 54 до 47 Вт/(м* К).
2. Средним коэффициентом для распространенных углеродистых сталей является значение от 50 до 90 Вт/(м* К). Именно поэтому подобный материал используется при изготовлении деталей различных механизмов.
3. У металлов, которые не содержат различных примесей, коэффициент составляет 64 Вт/(м* К). Это значение несущественно изменяется при термическом воздействии.

От чего зависит показатель теплопроводности

Изучая способность передачи тепла металлическими изделиями выявлено, что теплопроводность зависит от:

• вида металла;
• химического состава;
• пористости;
• размеров.

Металлы имеют различное строение кристаллической решетки, а это может изменить теплопроводность материала. Так, например, у стали и алюминия, особенности строения микрочастиц влияют по-разному на скорость передачи тепловой энергии через них.

Коэффициент теплопроводности может иметь различные значения для одного и того же металла при изменении температуры воздействия. Это связано с тем, что у разных металлов градус плавления отличается, а значит, при других параметрах окружающей среды, свойства материалов также будут отличаться, а это отразится на теплопроводности.

Закон теплопроводности Фурье

В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:

q→=−ϰgrad(T),{\displaystyle {\vec {q}}=-\varkappa \,\mathrm {grad} (T),}

где q→{\displaystyle {\vec {q}}} — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, ϰ{\displaystyle \varkappa } — коэффициент теплопроводности (удельная теплопроводность), T{\displaystyle T} — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad(T){\displaystyle \mathrm {grad} (T)} (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.

В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):

P=−ϰSΔTl,{\displaystyle P=-\varkappa {\frac {S\Delta T}{l}},} [Вт/(м·К) · (м2·К)/м = Вт/(м·К) · (м·К) = Вт]

где P{\displaystyle P} — полная мощность тепловых потерь, S{\displaystyle S} — площадь сечения параллелепипеда, ΔT{\displaystyle \Delta T} — перепад температур граней, l{\displaystyle l} — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями. {2}}}{\sqrt {\frac {RT}{\mu }}},}

где i{\displaystyle i} — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5{\displaystyle i=5}, для одноатомного i=3{\displaystyle i=3}), k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана, μ{\displaystyle \mu } — молярная масса, T{\displaystyle T} — абсолютная температура, d{\displaystyle d} — эффективный (газокинетический) диаметр молекул, R{\displaystyle R} — универсальная газовая постоянная. Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из нерадиоактивных газов — у ксенона).

Теплопроводность в сильно разреженных газах

Приведённое выше выражение для коэффициента теплопроводности в газах не зависит от давления. Однако если газ сильно разрежен, то длина свободного пробега определяется не столкновениями молекул друг с другом, а их столкновениями со стенками сосуда. Состояние газа, при котором длина свободного пробега молекул ограничивается размерами сосуда называют высоким вакуумом. При высоком вакууме теплопроводность убывает пропорционально плотности вещества (то есть пропорциональна давлению в системе): ϰ∼13ρcvlv¯∝P{\displaystyle \varkappa \sim {\frac {1}{3}}\rho c_{v}l{\bar {v}}\propto P}, где l{\displaystyle l} — размер сосуда, P{\displaystyle P} — давление.

Таким образом коэффициент теплопроводности вакуума тем ближе к нулю, чем глубже вакуум. Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее, энергия в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому, например, для уменьшения теплопотерь стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.

Коэффициенты теплопередачи сталей

Способность передавать тепло для сталей зависит от двух главных факторов: состава и температуры.

Простые углеродные стали при увеличении содержания углерода снижают свой удельный вес, в соответствии с которым также уменьшается и их способность переносить тепло от 54 до 36 Вт/(м*К) при изменении процента углерода в стали от 0,5 до 1,5%.

Нержавеющие стали содержат в своем составе хром (10% и больше), которые вместе с углеродом образует сложные карбиды, препятствующие окислению материала, а также повышает электродный потенциал металла. Теплопроводность нержавейки невелика в сравнении с другими сталями и колеблется от 15 до 30 Вт/(м*К) в зависимости от ее состава. Жаропрочные хромоникелевые стали обладают еще более низкими значениями этого коэффициента (11—19 Вт/(м*К).

Другим классом являются оцинкованные стали с удельным весом 7 850 кг/м3, которые получают путем нанесения покрытий на сталь, состоящих из железа и цинка. Так как цинк легче проводит тепло, чем железо, то и теплопроводность оцинкованной стали будет относительно высокой в сравнении с другими классами стали. Она колеблется от 47 до 58 Вт/(м*К).

Теплопроводность стали при различных температурах, как правило, не изменяется сильно. Например, коэффициент теплопроводности стали 20 при увеличении температуры от комнатной до 1200 °C снижается от 86 до 30 Вт/(м*К), а для марки стали 08Х13 увеличение температуры от 100 до 900 °C не изменяет ее коэффициент теплопроводности (27—28 Вт/(м*К).

Теплопроводность латуни и бронзы

В таблице приведены значения теплопроводности латуни, бронзы, а также медно-никелевых сплавов (константана, копели, манганина и др.) в зависимости от температуры — в интервале от 4 до 1273 К.

Теплопроводность латуни, бронзы и других сплавов на основе меди при нагревании увеличивается. По данным таблицы, наибольшей теплопроводностью из рассмотренных сплавов при комнатной температуре обладает латунь Л96. Ее теплопроводность при температуре 300 К (27°С) равна 244 Вт/(м·град).

Также к медным сплавам с высокой теплопроводностью можно отнести: латунь ЛС59-1, томпак Л96 и Л90, томпак оловянистый ЛТО90-1, томпак прокатный РТ-90. Кроме того, теплопроводность латуни в основном выше теплопроводности бронзы. Следует отметить, что к бронзам с высокой теплопроводностью относятся: фосфористая, хромистая и бериллиевая бронзы, а также бронза БрА5.

Медным сплавом с наименьшей теплопроводностью является марганцовистая бронза — ее коэффициент теплопроводности при температуре 27°С равен 9,6 Вт/(м·град).

Теплопроводность медных сплавов всегда ниже теплопроводности чистой меди при прочих равных условиях. Кроме того, теплопроводность медно-никелевых сплавов имеет особенно низкое значение. Самым теплопроводным из них при комнатной температуре является мельхиор МНЖМц 30-0,8-1 с теплопроводностью 30 Вт/(м·град).

Примечание: Температура в таблице дана в градусах Кельвина!

Значение в быту и производстве

Применение теплопроводности при строительстве

У каждого материала имеется свой показатель теплопроводности. Чем ее значение ниже, тем, соответственно ниже уровень теплообмена между внешней и внутренней средой. Это означает то, что в здании, сооруженном из материала с низкой теплопроводностью, зимой будет тепло, а летом прохладно.

Тепловые потери по швам панельного дома

При сооружении различных зданий, в том числе и жилые здания, без знаний о теплопроводности стройматериалов не обойтись. При проектировании строительных сооружений необходимо учитывать данные о свойствах таких материалов как – бетон, стекло, минеральная вата и многих других. Среди них предельная теплопроводность принадлежит бетону, между тем, у древесины она в 6 раз меньше.

Системы отопления

Ключевая задача любой отопительной системы – это перенос тепловой энергии от теплоносителя в помещения. Для такого обогрева применяют батареи или радиаторы отопления. Они необходимы для передачи тепловой энергии в помещения.

• Радиатор отопления – это конструкция внутри, которой перемещается теплоноситель. К основным характеристикам этого изделия относят:материал, из которого оно изготовлено;
• вид конструкции;
• размеры, в том числе и количество секций;
• показатели теплоотдачи.

Именно теплоотдача и есть ключевой параметр. Все дело в том, что определяет объем энергии, которое передается от радиатора в помещение. Чем больше этот показатель, тем ниже будут потери тепла.Существуют справочные таблицы, определяющие материалы, оптимальные для использования в отопительных системах. Из данных, которые в них размещены, становится ясно, что самым эффективным материалом считается медь. Но, вследствие ее высокой цены и определенных технологических сложностей, связанных с обработкой меди их применяемость не так высока.

Биметаллический радиатор

Именно поэтому все чаще применяют модели, изготовленные из стальных или алюминиевых сплавов. Нередко применяют и сочетание различных материалов, например, стали и алюминия.Каждый изготовитель радиаторов, при маркировке готовых изделий должен указывать такую характеристику, как мощность тепловой отдачи. На рынке отопительных систем можно приобрести радиаторы, изготовленные из чугуна, стали, алюминия и биметалла.

Методы измерения

Для измерения теплопроводности металлов используют два метода: стационарный и нестационарный. Первый характеризуется достижением постоянной величины изменившейся температуры на контролируемой поверхности, а второй – при частичном изменении таковой.

Стационарное измерение проводится опытным путем, требует большого количества времени, а также применения исследуемого металла в виде заготовок правильной формы, с плоскими поверхностями. Образец располагают между нагретой и охлажденной поверхностью, а после прикосновения плоскостей, измеряют время, за которое заготовка может увеличить температуру прохладной опоры на один градус по Кельвину. Когда рассчитывают теплопроводность, обязательно учитывают размеры исследуемого образца.

Нестационарную методику исследований используют в редких случаях из-за того, что результат, зачастую, бывает необъективным. В наши дни никто, кроме ученых, не занимается измерением коэффициента, все используют, давно выведенные опытным путем, значения для различных материалов. Это обусловлено постоянством данного параметра при сохранении химического состава изделия.

Зачем считать теплоотдачу

Расчет коэффициента теплопередачи для стальных труб и изделий из них поможет определить, сколько килокалорий или Джоулей от внутреннего теплоносителя они способны передать в атмосферу. При проектировании отопления после такого расчета легко вычислить требуемый диаметр стальной трубы. Если правильно все сделать, эффективность обогревателей будет максимальной.

Иногда точно такой же расчет теплоотдачи стальных труб нужен для обратного – подобрать изолирующий материал, который сможет препятствовать потерям. Все зависит от назначения и условий работы исследуемого трубопровода.

В упрощенном виде формула теплопроводности выглядит так:

Для тех, кто подзабыл курс физики за 7-й класс, напомним значения этих символов:

• k – коэффициент теплопередачи стали трубы. Он зависит от особенностей материала, толщины стенки и завязан на величину теплового напора.
• F – площадь поверхности трубы. Если подведено сразу несколько ниток трубопровода, то учитывается суммарная площадь поверхностей.
• Δt – тепловой напор, учитывающий разницу температур атмосферы и теплоносителя.

Говоря проще, теплоотдача стальной трубы напрямую зависит от ее размеров и степени нагрева по сравнению с внешней средой. Чем выше эти показатели, тем больше тепловой энергии она передаст.

Теплоотдача стальной трубы во многом зависит от ее толщины Тепловой напор тоже рассчитывается для каждого конкретного случая. Здесь нужно дополнительно учитывать усредненную температуру горячей воды на входе и выходе из отопительного прибора (коэффициент теплоотдачи воды отличается от того же показателя для стали). Для предварительных расчетов Δt согласно СНиП принимают равным 55° С.

Коэффициент теплопроводности различных сплавов (Таблица)

Для сплавов можно пользоваться соотношением λ = LσT+ С, причем L и С имеют следующие значения: 

Таблица коэффициент теплопроводности сплавов (Вариант 1)

Таблица значений теплопроводности сплавов (Вариант 2)

Что такое термические свойства бронзы — Определение

Тепловые свойства бронзы. Температура плавления бронз обычно составляет около 1000°C. Теплопроводность бронз колеблется от 50 до 120 Вт/(м·К) в зависимости от содержания меди.

Бронза представляет собой семейство сплавов на основе меди, традиционно легированных оловом, но может относиться к сплавам меди и других элементов (например, алюминия, кремния и никеля). Бронза несколько прочнее латуни, но при этом обладает высокой степенью коррозионной стойкости. Как правило, они используются, когда в дополнение к коррозионной стойкости требуются хорошие свойства при растяжении. Например, бериллиевая медь достигает наибольшей прочности (до 1400 МПа) среди всех сплавов на основе меди.

Исторически сложилось так, что сплав меди с другим металлом, например оловом, для получения бронзы впервые начали практиковать примерно через 4000 лет после открытия выплавки меди и примерно через 2000 лет после того, как «природная бронза» стала широко использоваться. Древняя цивилизация находится в бронзовом веке либо путем производства бронзы путем плавки собственной меди и сплавления с оловом, мышьяком или другими металлами. Бронза или бронзоподобные сплавы и смеси использовались для изготовления монет в течение более длительного периода. до сих пор широко используется для пружин, подшипников, втулок, опорных подшипников автомобильных трансмиссий и аналогичных фитингов, и особенно распространен в подшипниках небольших электродвигателей. Латунь и бронза являются распространенными конструкционными материалами в современной архитектуре и в основном используются для кровли и облицовки фасадов из-за их внешнего вида.

Термические свойства  материалов относятся к реакции материалов на изменения их температуры и на приложение тепла. Когда твердое тело поглощает энергию в виде тепла, его температура повышается, а размеры увеличиваются. Но различных материалов реагируют на приложение тепла по-разному .

Теплоемкость, тепловое расширение и теплопроводность являются свойствами, которые часто имеют решающее значение при практическом использовании твердых тел.

Температура плавления бронзы

Температура плавления алюминиевой бронзы – UNS C95400 составляет около 1030°C.

Температура плавления оловянной бронзы – UNS C

– оружейного металла составляет около 1000°C.

Температура плавления меди бериллия – UNS C17200 составляет около 866°C.

В общем, плавление  является фазовым переходом  вещества из твердого состояния в жидкое. точка плавления  вещества — это температура, при которой происходит это фазовое превращение. точка плавления также определяет состояние, при котором твердое тело и жидкость могут существовать в равновесии.

Теплопроводность бронзы

Теплопроводность алюминиевой бронзы – UNS C95400 составляет 59 Вт/(м·К).

Теплопроводность оловянной бронзы – UNS C

– оружейного металла составляет 75 Вт/(м. К).

Теплопроводность меди бериллия – UNS C17200 составляет 115 Вт/(м.К).

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводность , k (или λ), измеренная в Вт/м.K . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье  применим ко всей материи, независимо от ее состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры. Для паров это также зависит от давления. В общем:

Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно мы можем написать k = k (T) . Аналогичные определения связаны с теплопроводностями в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.

Ссылки:

Материаловедение:

Министерство энергетики США, материаловедение. Справочник по основам Министерства энергетики, том 1 и 2. Январь 1993 г.
Министерство энергетики США, материаловедение. Справочник по основам Министерства энергетики, том 2 и 2. Январь 1993 г.
Уильям Д. Каллистер, Дэвид Г. Ретвиш. Материаловедение и инженерия: введение, 9-е издание, Wiley; 9 издание (4 декабря 2013 г.), ISBN-13: 978-1118324578.
Эберхарт, Марк (2003). Почему все ломается: понимание мира по тому, как он разваливается. Гармония. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Гаскелл, Дэвид Р. (1995). Введение в термодинамику материалов (4-е изд.). Издательство Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-1-56032-992-3.
Гонсалес-Виньяс, В. и Манчини, Х.Л. (2004). Введение в материаловедение. Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-07097-1.
Эшби, Майкл; Хью Шерклифф; Дэвид Себон (2007). Материалы: инженерия, наука, обработка и дизайн (1-е изд. ). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-7506-8391-3.
Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

См. выше:
Бронза

Мы надеемся, что эта статья Тепловые свойства бронзы поможет вам. Если это так, дайте нам лайк на боковой панели. Основная цель этого веб-сайта — помочь общественности узнать интересную и важную информацию о материалах и их свойствах.

Физическое объяснение теплопроводности металлов

Обычно известно, что металлы являются высокоэффективными теплопроводниками.

В этой статье будут рассмотрены механизмы теплопередачи, что делает металлы идеальными проводниками тепла, а также использование обычных металлов и сплавов.

Значение теплопроводности в повседневной жизни

Изображение 1. A

Изображение 1. B

Изображение 1. A и B показывают наглядные иллюстрации людей на кухне, использующих кухонные принадлежности.

Кулинария является частью повседневной жизни большинства людей. Следовательно, кухонные приборы разработаны с целью обеспечения максимальной безопасности и эффективности. Это требует понимания теплофизики. Есть причина, по которой нагревательный элемент тостера обычно изготавливается из нихромовой проволоки, ложки для смешивания, как правило, деревянные, а материал, из которого изготавливаются прихватки для духовки, может быть 9.0005 никогда не включают соединения металлов.

Определение температуры и теплопроводности

Необходимо вспомнить определение температуры , чтобы понять теплопроводность математически.

Рабочее определение T:

Рабочее определение температуры – это значение, измеренное термометром, который просто измеряет расширение объема ртути.

Изображение 2. Иллюстрация двух термометров в градусах Цельсия и Фаренгейта

Физическое определение T:

В теплофизике температура и теплопроводность понимаются через изучение движения молекул.

Шредер, автор книги « Введение в теплофизику », математически описывает температуру следующим образом:

\[ \frac{1}{T} = \Bigg( \frac{dS}{dU} \Bigg) \scriptscriptstyle N ,V \]

где:
S=энтропия,
U=энергия,
N=количество частиц,
V=объем системы (Schroeder, 2007).

Следовательно, температура системы зависит от энтропии и энергии , когда количество частиц и объем системы остаются постоянными.

Шредер формулирует словами: «Температура есть мера тенденции объекта самопроизвольно отдавать энергию своему окружению. Когда два объекта находятся в тепловом контакте, тот, который склонен спонтанно терять энергию, имеет более высокую температуру» (Schroeder, 2007). Это потому, что два соприкасающихся объекта попытаются достичь тепловое равновесие ; становятся одной температуры.

Для визуализации температуры и теплопроводности на микроскопическом уровне Рис. 1 A и B показаны ниже. Представьте, что неизвестные объекты А и В находятся в физическом контакте друг с другом. Объект A имеет более высокую температуру, чем объект B. Что произойдет с температурой с течением времени?

Рисунок 1. A

Рисунок 1.B

На рисунке 1.A показаны два неизвестных объекта, находящихся в физическом контакте друг с другом, а на рисунке 1.B показаны молекулы объектов.

At _0, T _A > T _B

At _1, T _A > T _B

3 .

.

в T _N, T _A = T _B

AT _0, ŝ _A > ŝ _B

AT _{> ŝ B}

AT _{999999999179 10179. .}

.

.

At t _n, Ø _A > Ø _B

Учитывая, что t _n : момент времени, T _A : температура объекта A, T _B : температура объекта B, s _A : средняя скорость частицы A, s _B : средняя скорость частицы В.

В t ₀ атомы объекта A движутся с большей скоростью, а атомы объекта B движутся с меньшей скоростью (T _A > T _B ). Со временем объект А отдает энергию, а объект В получает энергию до тех пор, пока они не станут одинаковой температуры (T _A = T _B ) и достичь теплового равновесия. Это теплопроводность описанная на молекулярном уровне. Ближайшие атомы объекта A сталкиваются с атомами объекта B. Атомы объекта B, которые первоначально взаимодействовали с атомами объекта A, сталкиваются с другими атомами объекта B, пока энергия не будет передана через все атомы объекта B.

Шредер определяет теплопроводность как «перенос тепла посредством молекулярного контакта: быстро движущиеся молекулы сталкиваются с медленно движущимися молекулами, отдавая при этом часть своей энергии» (Schroeder, 2007).

Способы теплопередачи для металлов

Полезно вспомнить три режима теплопередачи; конвекция для газов/жидкостей, излучение для объектов, разделенных пустым пространством и проводимость для объектов, находящихся в непосредственном контакте.

Теплопроводность также подразделяется на три категории: молекулярных столкновений для газообразных/жидких форм, колебаний решетки для твердых тел и электронов проводимости для металлов, как показано на рисунке 2 ниже.

Рис. 2. Режимы теплообмена.

Теплопроводность металлов будет включать в себя столкновения молекул + электронов проводимости для металлов в газообразном состоянии и колебания решетки + электроны проводимости для металлов в твердом состоянии. Электроны проводимости, по сути, делают металл невероятным проводником . Прежде чем объяснить, что такое электрон проводимости, необходимо вспомнить определение металла.

Определение металлов

Все элементы можно найти в периодической таблице, включая металлы, неметаллы и металлоиды. Металлы определяются как «элементы, которые образуют положительные ионы, теряя электроны во время химических реакций» (Blaber, 2015).

Рисунок 3. Периодическая таблица, показывающая все элементы, разделенные на металлы, неметаллы и металлоиды.

Таблица 1. Список типичных физических свойств металлов.

Что делает металлы хорошими теплопроводниками?

Что делает металл хорошим проводником тепла, так это свободно текущие электроны проводимости .

Рис. 4. Нагретый металлический блок, демонстрирующий атомы и свободно текущие электроны.

Атомы металлов теряют валентные электроны при химической реакции с атомами неметаллов, т.е. образуя оксиды и соли. Таким образом, ионы металлов являются катионами в водном растворе. Что делает металлы и металлические сплавы хорошими проводниками, так это особое металлическое соединение. В металлических твердых телах связанные атомы разделяют свои валентные электроны, образуя море свободно движущихся электронов проводимости, которые несут как тепло, так и электрический заряд. Таким образом, в отличие от, например, электронов в ковалентных связях, валентные электроны в металле могут свободно течь через металлические решетки, эффективно перенося тепло, не привязываясь к отдельному атомному ядру.

Математическое моделирование значения теплопроводности (k)

Теплопроводность (k) измеряет способность объекта проводить тепло (Q).

Высокое значение k: высокая теплопроводность

Рис. 4. Лист материала с уравнением теплопроводности.

Дано:

k = теплопроводность (Вт/м•K),

ΔQ = передача энергии (Джоули/сек),

Δt = изменение во времени (секунды),

ΔT = температурный градиент (K),

A = площадь теплопроводности (м ² ),

Δx = толщина материала.

Таблица 2. Список типичных физических свойств металлов.

Примечание. Медь и алюминий имеют самое высокое значение теплопроводности (k). Проверьте нашу базу данных материалов.

Использование обычных металлов и сплавов в таблице выше

Металлы и сплавы (материалы, изготовленные из комбинации металлов) используются в качестве строительных материалов в различных отраслях промышленности, таких как электроника, машиностроение, лабораторное оборудование, медицинские приборы, товары для дома и строительство.

Самые высокие значения теплопроводности для металлов имеют Серебро (-429 Вт/м•К), Медь (-398 Вт/м•К) и Золото (-315 Вт/м•К).

Металлы очень важны для изготовления электроники, поскольку они являются хорошими проводниками электричества. Медь, алюминий, олово, свинец, магний и пластик часто используются для изготовления деталей телефонов, ноутбуков, компьютеров и автомобильной электроники. Медь экономична и используется для электропроводки. Свинец используется для оболочки кабелей и изготовления аккумуляторов. Олово используется для изготовления припоев. Магниевые сплавы используются в производстве новой техники, так как они легкие. Пластик используется для изготовления деталей электроники, которые не должны проводить электричество, а титан используется для производства пластика.

Металлы также играют важную роль в машиностроении. Алюминий часто используется при изготовлении деталей автомобилей и самолетов, а также в виде сплава, так как его чистая форма слаба. Автомобильное литье изготовлено из цинка. Железо, сталь и никель являются распространенными металлами, используемыми в строительстве и инфраструктуре. Сталь представляет собой сплав железа и углерода (а часто и других элементов). Увеличение содержания углерода в стали создает углеродистую сталь, которая делает материал более прочным, но менее пластичным. Углеродистая сталь часто используется в строительных материалах. Латунь и бронза (медь в сплаве с цинком и оловом соответственно) обладают благоприятными свойствами поверхностного трения и используются для замков и петель, а также рам дверей и окон соответственно.

Наконец, нити накаливания для люминесцентных ламп традиционно изготавливаются из вольфрама. Однако от них постепенно отказываются, поскольку в таком источнике света только около 5% мощности преобразуется в свет, остальная часть мощности преобразуется в тепло. Современные источники света часто основаны на светодиодной технологии и полупроводниках.

В заключение, теплопроводность металлов очень важна для проектирования любой конструкции. Это неотъемлемая часть безопасности, эффективности и инноваций в промышленности. Электроны проводника являются механизмом высокой проводимости металлов по сравнению с неметаллическими материалами. Однако значение теплопроводности (k) также может сильно различаться среди металлов.

Ссылки

Schroeder, DV (2018). Введение в теплофизику. Индия: Образовательные услуги Pearson India.

База данных материалов – Термические свойства. (н.д.). Получено с https://thermtest.com/materials-database

Алюминиевые сплавы 101. (9 марта 2020 г.). Получено с https://www.aluminum.org/resources/industry-standards/aluminum-alloys-101

Elert, G. (nd). Проводка. Получено с https://physics.info/conduction/

Blaber, M. (2019, 3 июня). 9.2: Металлы и неметаллы и их ионы. Получено с https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry/Map:_General_Chemistry_(Petrucci_et_al.)/09:_The_Periodic_Table_and_Some_Atomic_Properties/9.2:_Metals_and_Nonmetals_and_their_Ions

Теплопроводность. (н.д.). Получено с http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/thercond.html

Диоксид титана для пластмасс. (н.д.). Получено с https://polymer-additives.specialchem.com/centers/titanium-dioxide-for-plastics-center

Сандхана Л. и Джозеф А. (2020, 6 марта). Что такое углеродистая сталь? Получено с https://www.wisegeek.com/what-is-carbon-steel.html

(nd). Получено с http://www.elementalmatter.info/element-aluminium.html

Images

Image 1.A: Mohamed, M. (2019). Кулинария Леди [Иллюстрация]. Получено с https://pxhere.com/en/photo/1584957.

Изображение 1.B: Мохамед, М. (2019). Шеф-повар готовит [иллюстрация]. Получено с https://pxhere.com/en/photo/1587003.

Изображение 2: Википедия. Термометр [Иллюстрация]. Получено с https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/Thermometer_CF.svg

Автор: Selen Yildir | Младший технический писатель | Thermtest

Теплопроводность обычных металлов и сплавов

Теплопроводность обычных металлов, сплавов и материалов

Теплопередача Содержание
Свойства металлов – теплопроводность, плотность, удельная теплоемкость

В этой таблице приведены типичные значения тепловых характеристик некоторых распространенных промышленных металлов и сплавов.

Значения относятся к температуре окружающей среды (от 0 до 25°C).

Все значения следует рассматривать как типовые, поскольку эти свойства зависят от конкретного типа сплава, термической обработки и других факторов. Значения для конкретных выделений могут сильно различаться.

Теплопроводность обычных металлов
Имя	Теплопроводность Вт/см K	Теплопроводность Вт/м·К
Чугунный слиток	0,7
AISI-SAE 1020	0,52
Нержавеющая сталь 304	0,15
Серый чугун	0,47
Хастеллой С	0,12
Инконель	0,15
Чистый алюминий		237
Алюминиевый сплав 3003, прокат	1,9
Алюминиевый сплав 2014, отожженный	1,9
Алюминиевый сплав 360	9,8
Медь электролитическая (ЭТП)	3,9
Желтая латунь (высокая латунь)	22,3
Алюминиевая бронза	0,7
Бериллий		218
Бериллиевая медь 25	1. 20.8
Мельхиор 30%	0,3
Красная латунь, 85%	1,6
Латунь		109
Свинец сурьмы (твердый свинец)	0,35
Припой 50-50	0,5
Магниевый сплав AZ31B	1,0
Свинец		35,3
Серебро		429
Монель	0,3
Золото		318
Никель (коммерческий)	0,9
Мельхиор 55-45 (константан)	0,2 ​​
Титан (коммерческий)	1,8
Цинк (технический)	1. 1
Цирконий (технический)	0,2 ​​
Цемент		0,29
Эпоксидная смола (наполненная диоксидом кремния)		0,30
Резина		0,16
Эпост (незаполненный)		0,59
Термопаста		0,8 — 3
Термоэпоксидная смола		1 — 7
Стекло		1.1
Почва		1,5
Песчаник		2,4
Алмаз		900-2320
Асфальт		0,75
Бальза		0,048
Хромоникелевая сталь		16,4
Кориан		1,06
Стекловолокно		0,04
Гранит		1,65 — 3,9
Пенополистирол		0,032
Пенополиуретан		0,02
Иридий		147
Лиственные породы (дуб, клен. ..)		0,16

Теплопроводность металлов

k = Btu/h · ft · °F
k _t = k _до — a ( t — t _o )

Вещество 8 Температура Диапазон, °F к до и Вещество Температура Диапазон, °F к до и Металлы Олово 60 – 212 36 0,0135 Алюминий 70 – 700 130 0,03 Титан 70 – 570 9 0,001 Сурьма 70 – 212 10,6 0,006 Вольфрам 70 – 570 92 0,02 Бериллий 70 – 700 80 0,027 Уран 70 – 770 14 -0,007 Кадмий 60 – 212 53,7 0,01 Ванадий 70 20 — Кобальт 70 28 — Цинк 60 – 212 65 0,007 Медь 70 – 700 232 0,032 Цирконий 32 11 — Германий 70 34 — Сплавы:       Золото 60 – 212 196 — Адмиралтейский металл 68 – 460 58,1 -0,054 Железо чистое 70 – 700 41,5 0,025 Латунь -265 – 360 61,0 -0,066 Железо кованое 60 – 212 34,9 0,002 (70% Cu, 30% Zn) 360 – 810 84,6 0 Сталь (1% С) 60 – 212 26,2 0,002 Бронза, 7,5% Sn 130 – 460 34,4 -0,042 Свинец 32 – 500 20,3 0,006 7,7% Алюминий 68 – 392 39,1 -0,038 Магний 32 – 370 99 0,015 Константан -350 – 212 12,7 -0,0076 Меркурий 32 4,8 — (60 % меди, 40 % никеля) 212 – 950 10,1 -0,019 Молибден 32 – 800 79 0,016 Дюрал 24С (93,6% Al, 4,4% Cu, -321 – 550 63,8 -0,083 Никель 70 – 560 36 0,0175 1,5% Mg, 0,5% Mn) 550 – 800 130. -0,038 Палладий 70 39 — Инконель X (73 % Ni, 15 % Cr, 7 % 27 – 1070 7,62 -0,0068 Платина 70 – 800 41 0,0014 Fe, 2,5% Ti)       Плутоний 70 5 — Манганин (84% Cu, 12% Mn, 1 070 – 1 650 3,35 -0,0111 Родий 70 88 — 4% Ni) -256 – 212 11,5 -0,015 Серебро 70 – 600 242 0,058 Монель (67,1% Ni, 29. 2% Cu, 1,7% Fe, 1,0% Mn) -415 – 1470 12,0 -0,008 Тантал 212 32 — Таллий 32 29 — Нейзильбер (64 % Cu, 17 % Zn, 18 % Ni) 68 – 390 18,1 -0,0156 Торий 70 – 570 17 -0,0045 Связанный: Теплопроводность, теплопередача — Engineers Edge Таблица теплопроводности изоляционного материала Теплопроводность газов Таблица Тепловые свойства металлов, проводимость, тепловое расширение, удельная теплоемкость Ссылки: ASM Metals Reference Book, Second Edition, American Society for Metals, Metals Park, OH, 1983. Линч, К. Т., Практическое руководство CRC по материаловедению, CRC Press, Бока-Ратон, Флорида, 1989. Шакелфорд, Дж. Ф., и Александр, В., CRC Materials Science and Engineering Handbook, CRC Press, Boca Raton, FL, 1991. Что такое теплопроводность твердых тел и металлов 04.06.2019 22.05.2019 Ник Коннор Теплопроводность твердых тел и металлов обычно может быть обусловлена ​​двумя эффектами: миграцией свободных электронов и волнами колебаний решетки (фононами). Теплотехника Теплопроводность твердых тел Перенос тепловой энергии в твердых телах обычно может быть обусловлен двумя эффектами: миграцией свободных электронов решеточными колебательными волнами (фононами) Когда электроны и фононы переносят тепловую энергию, приводящую к теплопроводности в твердом теле, теплопроводность может быть выражена как: k = k e + k ph Теплопроводность металлов являются твердыми телами и поэтому обладают кристаллической структурой, в которой ионы (ядра с окружающими их оболочками остовных электронов) занимают трансляционно эквивалентные позиции в кристаллической решетке. Металлы в целом имеют высокую электропроводность , высокую теплопроводность и высокую плотность. Соответственно перенос тепловой энергии может быть обусловлен двумя эффектами: миграцией свободных электронов колебательными волнами решетки (фононами). Когда электроны и фононы переносят тепловую энергию, приводящую к теплопроводности в твердом теле, теплопроводность может быть выражена как: k = k e + k ph Уникальной особенностью металлов с точки зрения их структуры является наличие носителей заряда, а именно электронов . Электрическая и теплопроводность металлов обусловлена ​​ тем, что их внешние электроны делокализованы . Их вклад в теплопроводность называется электронной теплопроводностью , k e . Фактически, в чистых металлах, таких как золото, серебро, медь и алюминий, тепловой ток, связанный с потоком электронов, намного превышает небольшой вклад, обусловленный потоком фононов. Напротив, для сплавов вклад k ph to k больше не является незначительным.   Закон Видемана-Франца — число Лоренца При заданной температуре тепловая и электрическая проводимости металлов пропорциональны , но повышение температуры увеличивает теплопроводность при уменьшении электропроводности. Это поведение количественно выражено в законе Видемана-Франца . Этот закон гласит, что отношение электронного вклада теплопроводности ( k ) к электропроводности (σ) металла пропорциональна температуре (T). Качественно эта взаимосвязь основана на том факте, что перенос тепла и электричества связан с участием свободных электронов в металле. Электропроводность уменьшается с увеличением скорости частиц, потому что столкновения отклоняют электроны от прямого переноса заряда. Однако теплопроводность увеличивается со средней скоростью частиц, поскольку это увеличивает прямой перенос энергии. Закон Видемана-Франца обычно хорошо соблюдается при высоких температурах. Однако в области низких и промежуточных температур закон нарушается из-за неупругого рассеяния носителей заряда. Следует отметить, что общая корреляция между электропроводностью и теплопроводностью не выполняется для других материалов из-за повышенной важности переносчиков фононов для теплоты в неметаллах. Теплопроводность неметаллов Для твердых неметаллических тел , k определяется прежде всего k ph , которая увеличивается по мере уменьшения частоты взаимодействий между атомами и решеткой. Фактически, решеточная теплопроводность является доминирующим механизмом теплопроводности в неметаллах, если не единственным. В твердых телах атомы колеблются вокруг своих положений равновесия (кристаллическая решетка). Колебания атомов не независимы друг от друга, а довольно сильно связаны с соседними атомами. Регулярность расположения решетки существенно влияет на k ph , с кристаллическими (упорядоченными) материалами, такими как кварц , имеющими более высокую теплопроводность, чем аморфные материалы, такие как стекло. При достаточно высоких температурах k ph ∝ 1/T. квантов колебательного поля кристалла называются « фононов ». Фонон — это коллективное возбуждение в периодическом упругом расположении атомов или молекул в конденсированных веществах, таких как твердые тела и некоторые жидкости. Фононы играют важную роль во многих физических свойствах конденсированного вещества, таких как теплопроводность и электропроводность. Фактически, для кристаллических неметаллических твердых тел, таких как алмаз, k ph может быть довольно большим, превышая значения k, связанные с хорошими проводниками, такими как алюминий. В частности, алмаз обладает самой высокой твердостью и теплопроводностью (k = 1000 Вт/м·К) среди всех объемных материалов. Теплопроводность диоксида урана Большинство PWR используют урановое топливо , которое находится в форме диоксида урана . Диоксид урана представляет собой полупроводниковое твердое вещество черного цвета с очень низкой теплопроводностью . С другой стороны, диоксид урана имеет очень высокая температура плавления и хорошо известное поведение . UO2 прессуется в гранулы , которые затем спекаются в твердое тело. Эти таблетки затем загружаются и заключаются в топливный стержень (или топливную чеку), который изготовлен из сплавов циркония из-за его очень низкого поперечного сечения поглощения (в отличие от нержавеющей стали). Поверхность трубы, которая покрывает таблетки, называется оболочкой твэла . Топливные стержни являются базовым элементом ТВС. Теплопроводность диоксида урана очень низкая по сравнению с металлическим ураном, нитридом урана, карбидом урана и циркониевым плакирующим материалом. Теплопроводность является одним из параметров, определяющих температуру осевой линии топлива . Эта низкая теплопроводность может привести к локализованному перегреву в центральной линии топлива, поэтому этого перегрева следует избегать. Перегрев топлива предотвращается за счет поддержания установившегося пика линейная тепловая мощность (LHR) или коэффициент горячего канала теплового потока – F Q (z) ниже уровня, при котором происходит плавление центральной линии топлива. Расширение топливной таблетки при расплавлении центральной линии может привести к тому, что таблетка создаст нагрузку на оболочку вплоть до разрушения. Теплопроводность твердого UO 2 с плотностью 95% оценивается по следующей зависимости [Клименко; Зорин]: , где τ = T/1000. Неопределенность этой корреляции составляет +10% в диапазоне от 298,15 до 2000 К и +20% в диапазоне от 2000 до 3120 К. А.В. Клименко и В.М. Зорин. MEI Press, 2003. Специальная ссылка: Теплофизические свойства материалов для ядерной энергетики: Учебное пособие и сбор данных. IAEA-THPH, МАГАТЭ, Вена, 2008 г. ISBN 978–92–0–106508–7. Теплопроводность циркония Цирконий представляет собой блестящий серо-белый прочный переходный металл, напоминающий гафний и, в меньшей степени, титан. Цирконий в основном используется в качестве огнеупора и замутнителя, хотя небольшие количества используются в качестве легирующего агента из-за его высокой коррозионной стойкости. Циркониевый сплав (например, Zr + 1% Nb) широко используется в качестве оболочки для топлива ядерных реакторов. Желаемыми свойствами этих сплавов являются низкое сечение захвата нейтронов и коррозионная стойкость при нормальных условиях эксплуатации. Циркониевые сплавы имеют более низкую теплопроводность (около 18 Вт/м·К), чем чистый металлический цирконий (около 22 Вт/м·К). Специальный справочник: Теплофизические свойства материалов для ядерной энергетики: Учебное пособие и сбор данных. IAEA-THPH, МАГАТЭ, Вена, 2008 г. ISBN 978–92–0–106508–7.   Ссылки: Теплопередача: Основы тепломассообмена, 7-е издание. Теодор Л. Бергман, Эдриенн С. Лавин, Фрэнк П. Инкропера. John Wiley & Sons, Incorporated, 2011. ISBN: 9781118137253. Тепло- и массообмен. Юнус А. Ценгель. McGraw-Hill Education, 2011. ISBN: 9780071077866. Основы тепломассообмена. CP Котандараман. New Age International, 2006 г., ISBN: 9788122417722. Министерство энергетики США, термодинамики, теплопередачи и течения жидкости. Справочник по основам Министерства энергетики США, том 2 из 3, май 2016 г. Ядерная и реакторная физика: Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Addison-Wesley, Reading, MA (1983). Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1. В. М. Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1. Гласстоун, Сезонске. Разработка ядерных реакторов: разработка реакторных систем, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317 WSC. Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467 Г.Р.Кипин. Физика ядерной кинетики. Паб Эддисон-Уэсли. Ко; 1-е издание, 1965 г. Роберт Рид Берн, Введение в работу ядерного реактора, стр. 1988. Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. Справочник по основам Министерства энергетики, том 1 и 2. Январь 1993 г. Пол Ройсс, нейтронная физика. EDP ​​Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414. Advanced Reactor Physics: К. О. Отт, В. А. Безелла, Введение в статистику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, исправленное издание (1989 г.), 1989 г., ISBN: 0-894-48033-2. К. О. Отт, Р. Дж. Нойхольд, Введение в динамику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1985, ISBN: 0-894-48029-4. Д. Л. Хетрик, Динамика ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48453-2. Э. Э. Льюис, В. Ф. Миллер, Вычислительные методы переноса нейтронов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48452-4. См. также: Теплопроводность Мы надеемся, что эта статья Теплопроводность твердых тел и металлов поможет вам. Если это так, дайте нам лайк на боковой панели. Основная цель этого веб-сайта — помочь общественности узнать интересную и важную информацию о теплотехнике. Категории Теплотехника Copyright 2022 Теплотехника | Все права защищены | Атомная энергия | Реакторная физика | Какова теплопроводность латуни? – Heyiamindians.com Автор 0 комментариев 4 минуты чтения Какова теплопроводность латуни? 3.14. 5 Коэффициент теплопроводности Металлы Латунь (60/40) 96 0,18 Кадмий 92 Хром 67 0,14 Кобальт 69 0,29 Является ли латунь хорошим проводником тепла? Латунь — очень прочный металл, который можно нагревать до температуры 1720 градусов по Фаренгейту. Этот сплав металла представляет собой смесь меди и цинка, что помогает ему хорошо проводить тепло. Обладает ли латунь высокой теплопроводностью? Как видите, из наиболее распространенных металлов медь и алюминий обладают самой высокой теплопроводностью, а сталь и бронза — самой низкой… Какие металлы лучше всего проводят тепло? Распространенные металлы, ранжированные по теплопроводности Ранг Металл Теплопроводность [БТЕ/(час·фут⋅°F)] 1 Медь 223 2 Алюминий 118 3 Латунь 64 Что такое теплопроводность материала? Теплопроводность — это способность материала проводить тепло, и она представляет собой количество тепловой энергии, которая проходит в единицу времени через единицу площади с температурным градиентом 1° на единицу расстояния. Теплопроводность является необходимой характеристикой для рассеивания образующейся тепловой энергии в системе. Какой материал имеет наибольшую теплопроводность? алмаз Наряду со своими углеродными родственниками графитом и графеном алмаз является лучшим проводником тепла при комнатной температуре, имея теплопроводность более 2000 Вт на метр на кельвин, что в пять раз выше, чем у лучших металлов, таких как медь. Обладает ли латунь низкой теплопроводностью? Латунь не становится хрупкой при низких температурах, как мягкая сталь. Латунь также обладает отличной теплопроводностью, что делает ее лучшим выбором для теплообменников (радиаторов). Его электропроводность колеблется от 23 до 44% по сравнению с чистой медью. Является ли латунь хорошим изолятором? Является ли латунь изолятором? Хотя все металлы могут проводить электричество, некоторые металлы используются чаще, потому что они обладают высокой проводимостью. Однако медьсодержащая латунь гораздо менее электропроводна, так как состоит из дополнительных материалов, снижающих проводимость, что делает ее непригодной для электрических целей. Латунный электрический проводник? Проводимость латуни всего на 28 % меньше, чем у меди. Проводимость некоторых бронз составляет всего 7%, как у меди! Медь является стандартом, по которому оцениваются электрические материалы, а рейтинги проводимости выражаются в виде относительного измерения по отношению к меди… Электропроводность материалов. Материал IACS % Проводимость Свинец 7 Никель Алюминий Бронза 7 Сталь от 3 до 15 Является ли латунь проводником? Проводимость латуни всего на 28 % меньше, чем у меди. Проводимость некоторых бронз составляет всего 7%, как у меди! Медь является стандартом, по которому оцениваются электрические материалы, а рейтинги проводимости выражаются в виде относительного измерения по отношению к меди… Электропроводность материалов. Материал IACS % Проводимость Латунь 28 Железо 17 Олово 15 Фосфористая бронза 15 Какой материал имеет самую высокую теплопроводность? Алмаз – 2000 – 2200 Вт/м•К Алмаз является ведущим теплопроводным материалом, и его показатели проводимости в 5 раз выше, чем у меди, наиболее производимого металла в Соединенных Штатах. Атомы алмаза состоят из простой углеродной цепи, которая представляет собой идеальную молекулярную структуру для эффективной теплопередачи. Что такое теплопроводность металлов? Теплопроводность относится к количеству/скорости тепла, передаваемого через материал. Теплопроводность материалов зависит от температуры. Металлы с высокой теплопроводностью, напр. медь, обладают высокой электропроводностью. Какова теплопроводность Аквапанели КНАУФ? КОНТАКТ Свойство Единица Значение Значение pH – 12 Теплопроводность по EN ISO Вт/мК 0,35 Тепловое расширение 10 -6 /K -1 7 Коэффициент диффузии водяного пара μ согл. – 66 Какова теплопроводность алюминиевой латуни? Теплопроводность – k – Вт/(м K) Алюминий Алюминий Латунь 121 Оксид алюминия 30 Аммиак (газ) 0,0249 0,0369 0,0528 Какая формула для теплопроводности является правильной? Теплопроводность- k- это количество тепла, передаваемое из-за единичного температурного градиента в единицу времени в установившихся условиях в направлении, нормальном к поверхности единицы площади. Теплопроводность – k- используется в уравнении Фурье. Рассчитать кондуктивную теплопередачу Какова температура плавления молодой латуни? Краткое название Латунь Модуль упругости Юнга 110 ГПа Твердость по Бринеллю 100 BHN Температура плавления 677 °C Теплопроводность 120 Вт/м·К Является ли чугун хорошим проводником тепла? «Если металлы являются такими хорошими проводниками тепла, — спросил недавно читатель, — то как ручка моей чугунной сковороды остается холодной, даже когда сковорода горячая?» Одно из самых частых заблуждений относительно чугуна состоит в том, что, поскольку из него изготавливается такая хорошая посуда, он должен быть отличным проводником тепла. К великому удивлению многих, верно как раз обратное. Из чугуна делают отличные сковороды, сковороды-гриль и жаровни, потому что он плохо проводит тепло. Вот почему посуда для приготовления пищи из чугуна дольше нагревается, но, оказавшись там, поддерживает постоянную температуру приготовления и распределяет тепло равномерно, без холодных участков. Тогда как чугун весит по сравнению с другими металлами? Теплопроводность чугуна составляет 52 Вт на метр-Кельвин (Вт/м·К), по сравнению с 54 Вт/м·К для углеродистой стали, 237 Вт/м·К для алюминия и 413 Вт/м·К для меди ( с помощью Engineering Toolbox). Другими словами, чугун в 4 1/2 раза хуже проводит тепло, чем алюминий, наиболее распространенный металл для керамической и антипригарной посуды, и в 8 раз хуже, чем медь, металл, который выбирают для некоторых из самых высоких -конечные производители посуды в мире. При этом нержавеющая сталь еще хуже проводит тепло, чем чугун. Теплопроводность нержавеющей стали марки 304, из которой изготавливается большинство сковородок и кастрюль, составляет 14,4 Вт/м·К. 9033 Во-первых, разогрев чугунной сковороды явно занимает больше времени, чем антипригарной или медной сковороды. Если у вас дома есть несколько кухонных принадлежностей, вы, вероятно, видели это сами. На какой бы плите вы ни готовили, сковорода с антипригарным покрытием нагреется почти мгновенно, а чугунная может прогреться за 3-4 минуты. Во-вторых, чугунные сковороды и кастрюли хуже реагируют на регулировку регулятора нагрева, и им требуется относительно много времени для выделения тепла, накопленного во время приготовления. Это объясняет, почему голландская печь может поддерживать температуру вашей пищи в течение нескольких часов подряд. Для чего нужны чугунные сковороды? Если вы поместите толстый стейк в горячую алюминиевую или медную сковороду, температура его поверхности для приготовления упадет почти мгновенно (и так же быстро восстановится). Сделайте то же самое на чугунной сковороде или сковороде-гриль и измерьте температуру инфракрасным термометром, и она упадет гораздо меньше. Кстати, то же самое относится и к тому, когда вы увеличиваете или уменьшаете мощность плиты. Чугун отлично подходит для обжаривания стейка рибай или приготовления гамбургеров, задача, требующая постоянного и равномерного нагрева. В меньшей степени для обжаривания рыбы или грибов, когда вам нужно быстро отрегулировать температуру приготовления. Чугунная посуда также подходит для выпечки. Просто введите в Google запрос «рецепты выпечки из чугуна», и вы получите около 170 миллионов результатов по таким вещам, как кукурузный хлеб, булочки, пицца, пироги, печенье и торты, среди прочего. Чугунная сковорода настолько хорошо удерживает тепло, что ее можно заменить на камень для пиццы. Хитрость в том, чтобы заставить чугунную пиццу работать, для читателей, которые хотят попробовать это, заключается в том, чтобы предварительно разогреть сковороду от 45 минут до часа в духовке, а затем быстро положить пирог с пиццей без верха на горячую поверхность. после его формирования. Высокие стенки сковороды не позволят вам выложить пирог на поверхность с помощью кожуры для пиццы, как вы бы сделали, если бы использовали камень для выпекания или сталь для пиццы. Вам просто нужно открыть духовку и слегка выдвинуть решетку, пока вам не будет достаточно легко положить пиццу на сковороду. Как только вы приедете, быстро добавьте начинку, затем закройте плиту и выпекайте пиццу, пока она не станет красивой и воздушной. Тепло вашей чугунной посуды поднимет тесто и подрумянит его, напоминая пиццу, которую вам подают в Pizza Hut. Продукты, которые не следует готовить в чугуне Чугунные сковороды и кастрюли отлично подходят для подрумянивания мяса, такого как говядина, свинина, телятина, баранина и птица, а также для приготовления зерен или крахмалистых овощей, таких как рис, бобы и картофель. Как мы уже выяснили, они также подходят для запекания в духовке всевозможных изделий. Однако чугун не подходит для слишком кислых продуктов, таких как помидоры, уксус, лимон и вино (или соусы, которые их содержат). Чугун имеет тенденцию реагировать на кислоты в ваших блюдах, выщелачивая изрядное количество пищевого железа и придавая им металлический вкус. Благодаря своей пористой поверхности чугун улавливает запах всего, что вы в нем готовите, и может очень неохотно расставаться с ним для многократного использования. Это не обязательно проблема, когда вы подрумяниваете стейк в масле, но может стать проблемой, если вы готовите лосося или сига. Итак, для кислых продуктов и вонючей рыбы выбирайте посуду с гладкой поверхностью, например из нержавеющей стали, керамики или с антипригарным покрытием. По иронии судьбы (каламбур), из чугуна делают хорошую посуду, потому что он плохо проводит тепло. Конечно, для нагрева требуется несколько минут. Но когда он есть, он равномерно распределяет тепло и хорошо его удерживает. Published by admin View all posts by admin Material Thermal Conductivity Stainless steel 14.4 W/m K Cast iron 52 W/m K Carbon steel 54 W/m K Алюминий 237 Вт/м K Медь 413 Вт/м K