что быстрее нагревается железо или нержавейка

Нержавейка для бани: параметры и критерии выбора

До недавних пор основным материалом для оформления внутреннего функционала бани служил огнеупорный шамотный кирпич, из которого собирали печи-каменки. Емкостями для горячей воды служили толстостенные чугунные баки, в которых жидкость нагревалась непосредственно от огня в топке.

Однако сегодня, на смену традиционным материалам приходят современные аналоги, среди которых особенно выделяется нержавеющая сталь.

Каменки-печи для бани из нержавейки

Нержавеющая сталь, которую также называют просто “нержавейка” является сплавом железа со специальными легирующими добавками, которые придают материалу антикоррозийные свойства. Она не подвержена негативному воздействию повышенной влажности и агрессивных химических средств, что позволяет обходиться без постоянных реконструктивных мероприятий.

В бане из нержавейки чаще всего изготавливают печи и емкости для горячей воды, которые в полной мере переняли все полезные качества данного материала.

Баки и банные печи из нержавейки

Однако, как и любой другой материал, нержавеющая сталь обладает своими уникальными свойствами, которые могут быть не всегда уместны в определенных случаях. В данной статье мы рассмотрим основные свойства нержавеющей стали в составе функционала бани.

Она будет особенно актуальна для тех, кто обставляет парную своими руками, так как получить профессиональную консультацию специалиста не всегда возможно.

Легированная сталь для бани

Общие сведения

Нержавеющая сталь в привычном обиходе выглядит как серебристый не тускнеющий металл, по этому качеству чаще всего и определяют данный материал, однако это далеко не единственная ее модификация. Изделия из легированной стали могут иметь глубокий черный цвет из-за заводского воронения.

На самом деле цвет не играет особой роли — главным условием является наличие в составе сплава модифицирующих добавок в виде хрома, никеля, молибдена или вольфрама, которые и придают металлу несвойственные ему изначально качества.

Нержавеющая сталь: фото

Также обязательным условием при приобретении изделий из нержавейки является достаточно высокая цена – сказывается стоимость легирующих добавок и сложность технического процесса. Независимо от того, какое изделие вы будете приобретать — в любом случае нержавейка обойдется вам на порядок дороже чугунных или стальных аналогов. Рассмотрим свойства данного материала на примере конкретных изделий.

Как сказано выше, традиционно, печи изготавливаются из шамотного огнеупорного кирпича, который является классикой банного интерьера. Однако с недавних пор становится популярным использование металлических аналогов, которые обходятся на порядок дешевле и не требуют длительного процесса сборки.

Нержавеющие печи не так распространены, как чугунные или из обычной углеродистой стали, однако все же имеют место.

Печь для бани из нержавеющей стали с открытым верхом

Достоинства

Печь для бани из нержавейки – вороненная сталь

Обратите внимание!
Данное свойство во многом зависит от толщины металла и количества/видов легирующих добавок в сплаве.
В зависимости от сочетания данных факторов гарантийный срок службы изделия может варьироваться от 7 до 25 лет.

Недостатки

Баки из нержавеющей стали

Чаще всего баки для горячей воды устанавливаются внутри печи бани, в которых нагрев жидкости осуществляется при помощи открытого огня непосредственно в топке. Однако сейчас можно встретить натрубные емкости для бани из нержавейки, которые устанавливаются на патрубок дымохода – в них вода нагревается от температуры продуктов сгорания.

Достоинства

Недостатки

Несмотря на явное отступление от традиции банного интерьера, в некоторых случаях использование нержавеющих изделий в несколько раз увеличит эксплуатационный срок основного функционала бани. Более подробно с предоставленной информацией вы можете ознакомиться посредством просмотра видео в этой статье.

Источник

Какие печи для бани лучше: чугунные, стальные или из нержавейки?

Материал, из которого изготавливается топка, определяет самые значимые параметры дровяной печи: от срока эксплуатации до времени нагрева парной. На рынке представлены модели банных печей из чугуна, из черной стали, из стали 09Г2С (разновидность черной стали) и из нержавейки. Каждый материал имеет как неоспоримые преимущества, так и свои минусы. Попробуем разобраться и в том, и другом вместе.

Чтобы сравнить все перечисленные материалы, давайте для начала определимся с критериями. На наш взгляд лучше всего использовать следующие сравнительные характеристики:

Печи для бани из чугуна как самые популярные, но есть нюансы

В простонародье бытует мнение, что печи из чугуна — это идеальный вариант. Данный вывод имеет свои основания. Во-первых, чугун является материалом, который практически не прогорает. При правильной эксплуатации чугунная печь прослужит десять, а то и двадцать с лишним лет! Однако здесь присутствует одна оговорка — такой срок действительно может иметь место, если производитель использует хороший сплав и соблюдает технологию литья. Литье должно быть ровное и гладкое.

На первый взгляд, если выдерживается это условие, то все идеально, но у чугуна есть своя ахиллесова пята — это хрупкость. Другими словами, при резких перепадах температуры такая печь может просто-напросто лопнуть — и, согласитесь, это не самая приятная ситуация для банных процедур.

Моисеев Родион
Старший продавец в магазине на Выборгском ш. 212

Кстати, если вы еще не определились с моделью печи, то рекомендуем прочесть нашу статью “Какая печь лучше подойдет для русской бани”.

Второй нюанс материала — чугун долго нагревается, хотя и дольше остывает.

Время нагрева парной чугунной печью составляет 1,5-2 часа. Время остывания такое же. Температура прогорания чугунной печи составляет 1200 градусов по Цельсию.

Еще один нюанс чугунных печей — это их толщина. На толщину материала стоит обратить особое внимание, если литье не самого лучшего качества (например, оно в рытвинах или дырках). В таком случае для длительного срока эксплуатации печи толщина должна быть не менее 15-20 мм. Если же литье хорошего качества, то толщина может быть и меньше — 8-12 мм.

Что касается стоимости чугунных печей для бани, то расценки на такие печи начинаются от 25 тыс. рублей. Это на 20-25% дороже печей из черной или котловой стали, но, например, профессиональные модели чугунных печей по цене будут сопоставимы с ценой стальных печей.

Моисеев Родион
Старший продавец в магазине на Выборгском ш. 212

Если вы хотите сравнить стоимость печей из разных материалов, воспользуйтесь фильтром подбора печей на нашем сайте.

Конструкционная «черная» сталь — бюджетный материал для банной печи

Такие печи для бани действительно самые бюджетные. Ценник печей из “черной” стали начинается от 12 тыс. рублей. Поэтому если вы потратились на строительство бани и финансы ограничены, а печь нужна как воздух, то это идеальный вариант. Но помимо стоимости, у печей из конструкционной “черной” стали есть и другие особенности, о которых стоит знать для принятия взвешенного решения.

Рис 2. В печах для бани Ермак топка сделана из конструкционной стали

Первая особенность — это низкая термостойкость. Под термостойкостью понимаем свойство материала выдерживать высокие температуры и при этом не разрушаться. Так вот, термостойкость конструкционной черной стали составляет 400 градусов по Цельсию. А если учесть, что температура внутри банной печи колеблется в пределах 500-600 градусов по Цельсию, то возникает вторая особенность таких печей — это небольшой срок службы по причине разрушения материала. Для компенсации низкой термостойкости данного материала, производители изготавливают топки с увеличенной толщиной (до 8 мм).

Срок службы печей из черной стали составляет 5-8 лет. Температура прогорания — 400 градусов по Цельсию.

К плюсам таких печей, помимо бюджетности, можно отнести быструю скорость нагрева. К минусам — такую же скорость остывания. Еще один плюс — отсутствие проблем с хрупкостью, как у их чугунных собратьев.

Ну и, конечно, модели печей из черной стали могут быть выполнены в интересных конструктивных решениях. Можете посмотреть их у нас в разделе «Печи для бани», выбрав пункт фильтра «Материал топки печи — из толстостенной конструкционной стали».

Печи из котловой стали 09г2с — улучшенная версия печей из «черной» стали по той же цене

Сталь 09г2с — это та же конструкционная сталь, но с добавлением легирующих элементов. Котловая сталь 09г2с по свойствам занимает среднюю позицию между черной сталью и нержавейкой.

Артеменко Вячеслав
Заведующий магазином на ул. Коллонтай, 18

Термостойкость такого материала находится в пределах 500 градусов по Цельсию. Соответственно, ее также необходимо компенсировать толщиной, но уже меньшей. Из котловой стали выпускаются топки толщиной не более 3-6 мм, но при этом срок эксплуатации таких печей выше, чем аналогичные топки из черной стали.

Температура прогорания топки из стали 09г2с составляет 500 градусов по Цельсию. Толщина: 3-6 мм. Срок службы составляет от 7 до 10 лет.

Отметим еще один приятный момент для банщиков — несмотря на лучшие потребительские свойства материала (повышенная долговечность), печи из стали 09Г2С по цене пока такие же, как и печи из черной стали. Ключевое слово “пока” — что будет в ближайшем будущем, загадывать не будем.

Рис 3. Печи для бани Grill’D и Везувий Скиф делаются из стали 09г2с

Что касается скорости нагрева парной и времени остывания, котловая сталь 09г2с имеет такие же показатели, как и “черная” сталь. Кстати, если вас интересует вопрос сохранения тепла в парной, то обратите внимание на статью “Выбор камня для банной печи ”.

Сталь 09г2с является не хрупким материалом, поэтому основное преимущество перед черной сталью — это все-таки долговечность.

Немного истории… Котловую сталь 09г2с производители впервые начали использовать только в 2017 году, а массовый тренд на нее подхватили только в 2020 году. Благодаря преимуществам материала, на рынке появляется все больше брендов, которые отдают предпочтение именно стали 09г2с. Один из таких брендов — компания Grill’D, которая все свои модели печей выпускает из этого материала (искл. модели PRO, выполненные из нержавейки). Еще одним популярным производителем, который выпускает модели печей из этого материала, является компания Везувий.

Печи из нержавейки — лучшие показатели

На сегодня топки из нержавейки по праву считаются одними из лучших на рынке. Судите сами: термостойкость таких банных печей составляет аж 800 градусов! Это на 200-300 градусов выше, чем максимальная температура внутри банной печи. Из этого следует, что у подобных печей не будет образовываться окалина.

Температура прогорания печей из нержавейки 800 градусов Цельсия. Толщина — 2-6 мм.

Высокая температура термостойкости определяет и то, что печь будет служить верой и правдой очень долгое время — более 20 лет! Долговечность — это не единственный плюс таких печей: они не хрупкие, быстро нагревают парную, выпускаются в различных конструктивных решениях.

Рис 4. Печи для бани Grill’D серии PRO делаются из нержавейки толщиной 4 мм.

Единственный минус печей из нержавейки — это цена. Она в 2-3 раза выше цены печей из конструкционной стали или 09г2с. Для того, чтобы нивелировать разницу, выпускаются печи из нержи толщиной 2 мм. Цена становится сопоставой с печами из черной стали (от 15 тыс рублей), но все равно в продаже остаются модели в 4-6 мм. толщиной (от 40 тыс рублей).

Кстати, мы не оговорили в самом начале, что в статье пойдет речь именно о печах для бани, а не для сауны. Если вы пока не вникали в данный вопрос, то рекомендуем ознакомиться с нашей статьей: “Чем отличаются печи для бани от печей для сауны”.

Подводим итоги

Печи из черной стали. Самый бюджетный вариант. При этом они не долго нагреваются, не быстро остывают, не хрупкие и имеют интересный модельный ряд.

Печи из стали 09Г2С. Превосходят печи из черной стали по долговечности, но не превышают их по стоимости (пока!). Массовый тренд на эту сталь производители подхватили в 2020 году. Ведущие производители (например, Везувий и Grill’D) предлагают печи именно из этой стали.

Печи из чугуна. Самые долговечные печи, но только при условии хорошего сплава и соблюдения культуры литья (либо при низком качестве литья должна быть выдержана толщина не менее 15-20 мм). Рекомендуем также обращать внимание на отзывы и время присутствия производителя на рынке.

Печи из нержавейки. Самые долговечные, не хрупкие, могут быть любой конструкции, но и самые дорогие. Печи из нержавейки толщиной в 2 мм. сопоставимы по сроку службы и цене с печами из черной стали. А печи с толщиной 4 мм. — с чугуном, или даже дороже, но это уже профессиональные банные печи.

Чугун

Черная сталь

09Г2С

Нержавейка

Температура прогорания, град. по Цельсию

Источник

Какой металл быстро нагревается

Теплопроводность металлов

Все изделия, используемые человеком, способны передавать и сохранять температуру прикасаемого к ним предмета или окружающей среды. Способность отдачи тепла одного тела другому зависит от вида материала, через который проходит процесс. Свойства металлов позволяют передавать тепло от одного предмета другому, с определенными изменениями, в зависимости от структуры и размера металлической конструкции. Теплопроводность металлов – один из параметров, определяющих их эксплуатационные возможности.

Что такое теплопроводность и для чего нужна

Процесс переноса энергии атомов и молекул от горячих предметов к изделиям с холодной температурой, осуществляется при хаотическом перемещении движущихся частиц. Такой обмен тепла зависит от агрегатного состояния металла, через который проходит передача. В зависимости от химического состава материала, теплопроводность будет иметь различные характеристики. Данный процесс называют теплопроводностью, он заключается в передаче атомами и молекулами кинетической энергии, определяющей нагрев металлического изделия при взаимодействии этих частиц, или передается от более теплой части – к той, которая меньше нагрета.

Способность передавать или сохранять тепловую энергию, позволяет использовать свойства металлов для достижения необходимых технических целей в работе различных узлов и агрегатов оборудования, используемого в народном хозяйстве. Примером такого применения может быть паяльник, нагревающийся в средней части и передающий тепло на край рабочего стержня, которым выполняют пайку необходимых элементов. Зная свойства теплопроводности, металлы применяют во всех отраслях промышленности, используя необходимый параметр по назначению.

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.

Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °С

От чего зависит показатель теплопроводности

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

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.

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.

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.

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.

Применение

Агрегатное состояние материалов имеет отличительную структуру строения молекул и атомов. Именно это оказывает большое влияние на металлические изделия и их свойства, в зависимости от назначения.

Отличающийся химический состав узлов и деталей из железа, позволяет обладать различной теплопроводностью. Это связано со структурой таких металлов как чугун, сталь, медь и алюминий. Пористость чугунных изделий способствует медленному нагреванию, а плотность медной структуры – наоборот, ускоряет процесс теплоотдачи. Эти свойства используют для быстрого отвода тепла или постепенного нагревания продукции инертного назначения. Примером использования свойств металлических изделий является:

Медные трубки широко используют в радиаторах автомобильных систем охлаждения и кондиционеров, применяемых в быту. Чугунные батареи сохраняют тепло в квартире, даже при непостоянной подаче теплоносителя требуемой температуры. А радиаторы из алюминия, способствуют быстрой передаче тепла отапливаемому помещению.

При возникновении высокой температуры, в результате трения металлических поверхностей, также важно учитывать теплопроводность изделия. В любом редукторе или другом механическом оборудовании, способность отводить тепло, позволит деталям механизма сохранить прочность и не быть подвергнутыми разрушению, в процессе эксплуатации. Знание свойств теплопередачи различных материалов, позволит грамотно применить те или иные сплавы из цветных или черных металлов.

Теплопроводность металлов и ее применение

Металлы – это вещества, имеющие кристаллическую структуру. При нагревании они способны плавиться, то есть переходить в текучее состояние. Одни из них имеют невысокую температуру плавления: их можно расплавить, поместив в обычную ложку и держа над пламенем свечи. Это свинец и олово. Другие возможно расплавить только в специальных печах. Высокой температурой плавления обладают медь и железо. Для ее понижения в металл вводят добавки. Полученные сплавы (сталь, бронза, чугун, латунь) имеют температуру плавления ниже, чем исходный металл.

От чего же зависит температура плавления металлов? Все они имеют определенные характеристики – теплоемкость и теплопроводность металлов. Теплоемкостью называют способность при нагревании поглощать теплоту. Ее численный показатель – удельная теплоемкость. Под ней подразумевается количество энергии, которое способна поглотить единица массы металла, нагреваемая на 1°С. От этого показателя зависит расход топлива на нагревание металлической заготовки до нужной температуры. Теплоемкость большинства металлов находится в пределах 300-400 Дж/(кг*К), металлических сплавов – 100-2000 Дж/(кг*К).

Теплопроводность металлов – это перенос тепла от более горячих частиц к более холодным по закону Фурье при их макроскопической неподвижности. Она зависит от структуры материала, его химического состава и типа межатомной связи. В металлах передача тепла производится электронами, в других твердых материалах – фононами. Теплопроводность металлов тем выше, чем более совершенную кристаллическую структуру они имеют. Чем больше металл имеет примесей, тем более искажена кристаллическая решетка, и тем ниже теплопроводность. Легирование вносит такие искажения в структуру металлов и понижает теплопроводность относительно основного металла.

У всех металлов хорошая теплопроводность, но у одних выше, чем у других. Пример таких металлов – золото, медь, серебро. Более низкая теплопроводность – у олова, алюминия, железа. Повышенная теплопроводность металлов является достоинством либо недостатком, в зависимости от сферы их использования. Например, она необходима металлической посуде для быстрого нагрева пищи. В то же время применение металлов с высокой теплопроводностью для изготовления ручек посуды затрудняет ее использование – ручки слишком быстро нагреваются, и до них невозможно дотронуться. Поэтому здесь используют теплоизолирующие материалы.

Еще одна характеристика металла, влияющая на его свойства – тепловое расширение. Оно выглядит как увеличение в объеме металла при его нагревании и уменьшение – при охлаждении. Это явление обязательно необходимо учитывать при изготовлении металлических изделий. Так, например, крышки кастрюль делают накладными, у чайников тоже предусмотрен зазор между крышкой и корпусом, чтобы при нагревании крышку не заклинило.

Для каждого металла вычислен коэффициент теплового расширения. Его определяют нагреванием на 1°С опытного образца, имеющего длину 1 м. Самый большой коэффициент имеют свинец, цинк, олово. Поменьше он у меди и серебра. Еще ниже – железа и золота.

По химическим свойствам металлы делятся на несколько групп. Существуют активные металлы (например, калий или натрий), способные мгновенно вступать в реакцию с воздухом или водой. Шесть самых активных металлов, составляющий первую группу периодической таблицы, называют щелочными. Они имеют маленькую температуру плавления и так мягки, что могут быть разрезаны ножом. Соединяясь с водой, они образуют щелочные растворы, отсюда и их название.

Вторую группу составляют щелочноземельные металлы – кальций, магний и пр. Они входят в состав многих минералов, более твердые и тугоплавкие. Примерами металлов следующих, третьей и четвертой групп, могут служить свинец и алюминий. Это довольно мягкие металлы и они часто используются в сплавах. Переходные металлы (железо, хром, никель, медь, золото, серебро) менее активны, более ковки и часто применяются в промышленности в виде сплавов.

Положение каждого металла в ряду активности характеризует его способность вступать в реакцию. Чем активнее металл, тем легче он забирает кислород. Их очень трудно выделить из соединений, в то время, как малоактивные виды металлов можно встретить в чистом виде. Самые активные из них – калий и натрий – хранят в керосине, вне его они сразу же окисляются. Из металлов, используемых в промышленности, наименее активным является медь. Из нее делают резервуары и трубы для горячей воды, а также электрические провода.

Теплопроводность чистых металлов

Теплопроводность металлов в зависимости от температуры

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

Добавить комментарий Отменить ответ

Теплопроводность строительных материалов, их плотность и теплоемкость

Плотность, теплопроводность и удельная теплоемкость строительных и других популярных материалов. Более 400 материалов в таблице!

Плотность воды, теплопроводность и физические свойства H2O

Подробные таблицы значений плотности воды, ее теплопроводности и других теплофизических свойств в зависимости от температуры…

Физические свойства воздуха: плотность, вязкость, удельная теплоемкость

Таблицы физических свойств воздуха: плотность воздуха, его удельная теплоемкость и вязкость в зависимости от температуры…

Теплопроводность стали и чугуна. Теплофизические свойства стали

Теплопроводность стали и чугуна, физические свойства стали в таблицах при различной температуре…

Оргстекло: тепловые и механические характеристики

Рассмотрены тепловые, механические, оптические и электрические характеристики органического стекла…

Физические свойства технической соли

Насыпная плотность, удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности и другие физические свойства технической соли…

Характеристики теплоизоляционных плит Изорок (Isoroc)

Плотность, коэффициент теплопроводности и другие важнейшие характеристики теплоизоляционных плит Изорок различных модификаций…

Удельное электрическое сопротивление стали при различных температурах

Представлены таблицы значений удельного электрического сопротивления сталей различных типов и марок при температурах от 0 до 1350°С…

Теплопроводность, плотность углекислого газа, свойства CO2

Плотность и другие свойства углекислого газа CO2 в зависимости от температуры и давления В таблице…

Свойства и плотность азотной кислоты HNO3

В таблице представлены свойства безводной (концентрированной) азотной кислоты HNO3 в зависимости от температуры при отрицательной…

Температура плавления керамики

Температура плавления керамики распространенных типов В таблице представлены значения температуры плавления керамики различного состава. Температура…

Теплопроводность цветных металлов, теплоемкость и плотность сплавов

Коэффициенты теплопроводности, теплоемкость и плотность распространенных металлов и сплавов в зависимости от температуры…

Теплопроводность сплавов меди. Температура плавления латуни и бронзы

Теплопроводность латуни и бронзы В таблице приведены значения теплопроводности латуни, бронзы, а также медно-никелевых сплавов…

Плотность, теплопроводность, теплоемкость кислорода O2

Плотность, теплоемкость, свойства кислорода O2 В таблице представлены теплофизические свойства кислорода такие, как плотность, энтальпия, энтропия,…

Теплопроводность, теплоемкость, свойства фреона-113 (R113, CCl2FCClF2)

В таблице представлены теплофизические свойства жидкого фреона-113 на линии насыщения в зависимости от температуры, в…

Температуропроводность металлов

В таблице представлены значения коэффициента температуропроводности чистых металлов в зависимости от температуры. Температуропроводность металлов указана…

Свойства маргарина

Свойства маргарина распространенных сортов Плотность, теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность представлены для животного, безмолочного и сливочного…

НАГРЕВ МЕТАЛЛА

Нагрев металла для обработки давлением производится главным образом с целью повышения его пластичности и уменьшения сопротивления деформированию. Нагрев является одной из важнейших операций обработки металлов давлением, от которой в большой степени зависит точность размеров изделий, их качество, правильное использование оборудования, инструмента и др. Нагрев должен обеспечить равномерную температуру по сечению заготовки, её минимальное окисление и обезуглероживание.

Способ нагрева определяется характером передачи тепла металлу. Если тепло передаётся металлу за счёт соприкосновения его поверхности с какой-либо средой (газообразной, жидкой или твёрдой), нагретой до более высокой температуры, то такой способ является косвенным. Если тепло аккумулируется непосредственно в самом металле (в поверхностном слое или во всем сечении), а температура окружающей среды остаётся ниже температуры металла, то такой способ нагрева называется прямым.

Производительность нагревательного устройства зависит от скорости нагрева металла и при прочих равных условиях возрастает с увеличением скорости нагрева. Однако для качества металла небезразлично, с какой скоростью производить нагрев. При медленном нагреве помимо снижения производительности может возникнуть брак металла из-за обезуглероживания, окисления. При быстром нагреве из-за чрезмерно большой разницы температуры между поверхностью и серединой заготовки могут появиться трещины.

Таким образом, существует максимальная скорость нагрева, при которой будет обеспечено высокое качество изделия при наименьших затратах; эту скорость называют допустимой. Скорость нагрева может быть выражена величиной, показывающей повышение температуры металла в единицу времени (град/с, град/мин), или временем нагрева, приходящимся на каждую единицу толщины (мин/см, с/мм).

Скорость нагрева зависит от ряда факторов, главными из которых являются: перепад температур по сечению заготовки, форма и размер поперечного сечения заготовки, теплофизические свойства металла, способ нагрева.

Процесс нагрева может быть разбит на два периода. Первый характеризуется максимальным перепадом температур по сечению заготовки ∆t_max; второй – конечным перепадом температур ∆t_к, когда поверхность заготовки достигла температуры верхнего предела ∆t_в.п..

Первый период является наиболее опасным с точки зрения образования трещин, так как в этот период получается максимальный перепад температур между поверхностью и центром заготовки ∆t_max. Перепад температур ∆t_max вызывает появление в заготовке тепловых напряжений, являющихся следствием различного теплового расширения наружных и центральных слоёв заготовки. Поверхностные слои заготовки, как более нагретые, стремятся расшириться, увеличиться в объёме, чему препятствуют внутренние, более холодные слои. В результате этого в поверхностных слоях возникают сжимающие напряжения, а во внутренних – растягивающие. Величина этих напряжений тем больше, чем больше разность температур и чем ниже общая температура металла, при которой они возникли. Если в нагреваемой заготовке имелись остаточные внутренние напряжения, то при быстром нагреве последние, суммируясь с тепловыми напряжениями, могут превысить прочность металла и вызвать образование в ней трещин.

Помимо указанных напряжений при нагреве могут возникать структурные напряжения, являющиеся результатом структурных превращений, сопровождающиеся изменением объёма фаз. Однако эти напряжения возникают при таких температурах, при которых металл обладает достаточно высокой пластичностью, и поэтому не представляют опасности.

Так как различные металлы и сплавы обладают различной пластичностью и различными скоростями протекания процесса рекристаллизации, то в каждом конкретном случае деформирования необходимо опытное определение допустимого перепада температур. Установлено, что при обработке давлением малоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей перепад температур ∆t_к в 100˚ не оказывает влияния на качество металла.

Размер поперечного сечения сказывается на величине тепловых напряжений, которые тем больше, чем больше сечение. Следовательно, с увеличением поперечного сечения заготовки скорость нагрева должна уменьшаться.

Основными характеристиками теплофизических свойств, влияющими на скорость нагрева металла, являются: теплопроводность, теплоёмкость, удельный вес, электросопротивление и магнитная проницаемость. Влияние теплоёмкости, теплопроводности и удельного веса может быть учтено так называемой температуропроводностью, характеризующей скорость распространения температуры в металле.

Коэффициент температуропроводности определяется из выражения

, (8)

где а – коэффициент температуропроводности, м 2 /ч;

λ – коэффициент теплопроводности, ккал/м∙ч∙град (Вт/м∙град);

с – удельная теплоёмкость, ккал/кг∙град (Дж/кг∙град);

γ – удельный вес, кг/м 3 (Н/м 3 ).

При электрических способах нагрева на распространение тепла в металле помимо температуропроводности оказывает влияние электросопротивление и магнитная проницаемость, так как они характеризуют количество поглощаемой заготовкой энергии при протекании по ней электрического тока. При нагреве возможно образование дефектов или брака.

Нагрев стали до температуры выше верхнего предела температурного интервала ∆t_в.п. сопровождается интенсивным ростом зерна. Это явление называется перегревом. Перегрев также может явиться результатом длительной выдержки металла и при более низкой температуре. Перегрев снижает механические свойства стали, особенно ударную вязкость. В большинстве случаев перегрев можно исправить отжигом или нормализацией, однако в случаях, когда зёрна стали теряют способность к рекристаллизации, перегрев неисправим. При нагреве до температуры, значительно превышающей верхний предел выше температуры перегрева, интенсивное окисление металла происходит не только с поверхности, но и по границам зёрен с частичным их оплавлением; при этом связь между зёрнами нарушается, и металл при деформации разрушается. Это явление носит название пережога. Пережог является неисправимым видом брака.

При высоких температурах происходит активное химическое взаимодействие стали с окружающими газами (печными и воздухом), в результате чего её поверхностные слои окисляются и обезуглероживаются. Окисление поверхности металла называется угаром. Окисленный слой представляет собой окалину, образующуюся в результате диффузионного процесса окисления железа и примесей, входящих в состав стали. Окалина состоит из окислов железа в виде соединений Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeO, располагающихся как бы в трёх слоях. Окислителями стали помимо кислорода являются углекислый газ, сернистый газ и водяной пар.

Активное окалинообразование при нагреве стали начинается при температуре около 700 ˚С и возрастает особенно быстро при температурах выше 900 ˚С. На величину угара влияют: температура нагрева, атмосфера рабочего пространства нагревательного устройства, продолжительность нагрева, химический состав металла, а также форма и размеры нагреваемой заготовки.

Угар причиняет ущерб производству, так как кроме безвозвратных потерь металла окалина при деформации вдавливается в поверхность металла, вызывая необходимость увеличения припусков на механическую обработку.

Окалина, являясь весьма твёрдым веществом, подобным наждаку, ускоряет в 1,5–2 раза износ инструмента (штампов, бойков, прокатных валков и т.п.), кроме того, взаимодействуя с подом и футеровкой нагревательных устройств, подвергает их разрушению.

В связи с причиняемым угаром ущербом необходимо принимать меры по его снижению и устранению его влияния на инструмент. С этой целью применяются методы ускоренного нагрева, нагрев металла с покрытиями, нагрев в нейтральной, восстановительной или защитной атмосферах. Однако полную защиту металла в процессе нагрева осуществить не удаётся, поэтому перед пластической деформацией применяют различные способы удаления окалины: при прокатке – предварительное пропускание слитков между рифлёными валками, сбивающими окалину; при штамповке – предварительную осадку заготовок или гидроочистку, заключающуюся в кратковременном действии на заготовку несколькими струями воды под давлением 10–15 МН/м².

Обезуглероживание стали, распространяющееся в отдельных случаях на глубину до 1,5–2 мм, заключается в выгорании углерода из её поверхностных слоёв (за счёт взаимодействия с кислородом и водородом).

Принципиально обезуглероживание зависит от тех же факторов, что и угар, поэтому мероприятия, снижающие угар, одновременно уменьшают и обезуглероживание.

Дата добавления: 2014-01-20 ; Просмотров: 3200 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Нож, который нагревается и маркетологи, которые нагревают

Цена такого столового прибора — 20$

Первый вопрос, который у меня возник: “почему титан?”

Показатели теплопроводности титана и столовой нержавейки практически одинаковы (ок. 17 Вт/мК), вот только титан в разы дороже. Кроме того, нержавеющая сталь превосходит титан в твёрдости (хоть для масла это и не так существенно). Фишка титана — малая плотность и высокая пластичность при относительно высокой температуре плавления, а также устойчивость в агрессивных средах благодаря оксидной плёнке. К примеру, титановые ножи действительно востребованы у дайверов, поскольку стальные могут быстро попортиться от морской воды. А здесь очевидно маркетинговый ход из разряда “Гля, да это же мать его ТИТАН!”

Но далее разберемся подробно. Внутри ножа присутствуют тепловые трубки из медного сплава. Для тех, кто не в курсе, тепловая трубка это такой элемент системы охлаждения или нагревания, принцип работы которого основан на том, что в закрытой трубке из теплопроводящего сплава находится легкокипящая жидкость. Перенос тепла происходит за счёт того, что жидкость испаряется на горячем конце трубки, поглощая теплоту испарения, и конденсируется на холодном. В общем, если вы когда-нибудь разбирали ноутбук или компьютер и видели медную трубу в системе охлаждения – это и есть теплотрубка.

Суть в том, что теплопроводность меди ок 401 Вт/мК (медных сплавов ближе к 300 Вт/мК). Иначе говоря 401 джоуль энергии в секунду (то есть, 401 ватт) передается в меди на расстояние один метр вследствие разницы температур в один кельвин. Но это если бы был внутри медный стержень. В данном случае у тепловой трубки эффективная теплопроводность может составлять от 10000 до 100000 Вт/мК (т.е. “холодному” концу ножа будет передаваться значительное количество энергии от “горячего” и они будут примерно одинаковой температуры)

На цифрах всё конечно же работает, но...

1) Тепловая трубка в титане, который, как я уже говорил, не самый теплопроводящий металл. Соответственно, энергия от тепловой трубки будет передаваться титану, которая будет “ползти” до лезвия гораздо медленнее.

1. Титан в кухонном ноже не играет никакой роли.

3. Единственная ситуация, где может пригодиться этот мегадевайс – вам захотелось нарезать масло зимой на улице, но обычным ножом вы по какой-то причине этого сделать не можете.

И не стоит забывать, что ничего кроме масла или иных мягких продуктов вы не сможете им нарезать из-за отсутствия острого лезвия.

В общем, вся эта ситуация с “нагревающимся титановым ножом для масла” напоминает хлебный троллейбус. за 20$.

Источник