17. Теплоемкость и теплопроводность металлов и сплавов. Теплопроводность стали

Коэффициент теплопроводности нержавеющей стали

Теплопроводность нержавеющей стали относительно низкая по сравнению с другими сплавами. Материал широко используется в агрессивных средах и в качестве элементов для архитектурных конструкций. Нередко его применяют для фасадов сооружений, печей и конвейеров на производстве. Преимущество низкой теплопроводности в высокой энергоэффективности и стабильности.

Если коэффициент теплопроводности стали углеродистого типа составляет в пределах 45 Вт/(м·К), то коэффициент теплопроводности нержавеющей стали имеет всего около 15 Вт/(м·К). На способность сплава передавать тепло влияет его состав, а также окружающая температурная среда. Покупая нержавеющий металлопрокат, очень важно уделить надлежащее внимание этому критерию.

Теплопроводность алюминия и стали

Если сравнивать теплопроводность алюминия и стали, то важно отталкиваться от условий их планируемой эксплуатации. Теплопроводность алюминия при типичной комнатной температуре равна около 236 Вт/(м·град). Ввиду этого, материал часто используется для производства радиаторов и теплоотводов.

Плавление алюминия происходит при температуре 660 °С, важные свойства материала при этом значительно теряются. Показатели во многом зависят от физических параметров, например, плотности. Сегодня спросом пользуются сплавы алюминия с медью, кремнием и цинком.

По технологическим особенностям их разделяют на:

• Литейные;
• Деформируемые.

Теплопроводность чугуна и стали

Оба материала представляют собой сплав углерода и железа. Очень широко применяются и в промышленности, и в быту. Сталь отличается повышенной твёрдостью и прочностью, а чугун лёгкостью и более низкой температурой плавления. Сталь лучше поддается обработке за счёт меньшего содержания в собственном составе углерода (по сравнению с чугуном).

Теплопроводность чугуна и стали очень важна и данному показателю почти каждый покупатель уделяет большое внимание. Теплопроводность сплавов, в отличие от показателей теплоемкости, не может быть определена по правилу смешения. А установить влияние отдельных элементов на теплопроводность чугуна можно лишь приблизительно.

Необходима отвечающая высоким требованиям сталь?

Выбирайте материал с подходящими свойствами на нашем сайте и оставляйте заказ! В нашем ассортименте представлен материал самого разнообразного назначения!

Выводы

Когда стоит задача купить нержавейку и теплопроводность материала имеет серьёзное значение, важно уделить внимание и другим его характеристикам. Необходимо учесть состав сплава, температурную среду в месте эксплуатации и другие не менее важные составляющие. Помочь с выбором стали вам всегда готовы специалисты нашей компании, обеспечив личной консультацией.

Низкая теплопроводность нержавеющей стали может стать весомым, если не главным преимуществом материала. Планируя покупку, обращайте внимание на все указанные технические показатели. А на дополнительные вопросы вам всегда будут рады дать исчерпывающие ответы наши сотрудники.

на украинском рынке металлопроката успешно работает и развивается с 2003 года. В ассортименте наших позиций для ваших нужд непременно найдётся подходящий по важным критериям вариант. Мы ценим выбор своих покупателей и осуществляем высокий контроль качества товара!

Источник

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.

Читать также: Как спаять медь и латунь

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.

Теплопроводность стали и чугуна

В таблице представлены значения теплопроводности стали и чугуна.

Теплопроводности сталей даны для следующих типов: углеродистых, низко- и среднелегированных, жаростойких и жаропрочных нержавеющих сталей, пружинных, сталей для отливок, инструментальных сталей в зависимости от температуры.

Теплопроводность стали в таблице представлена для различных марок в интервале температуры от -263 до 1200°С.

Среднее значение теплопроводности углеродистых сталей (типа сталь 08, сталь 3, сталь 20 ) при комнатной температуре составляет 50…90 Вт/(м·град). Теплопроводность нержавеющих, жаростойких и жаропрочных сталей мартенситного класса лежит в диапазоне от 30 до 45 Вт/(м·град). Теплопроводность нержавеющих (типа 12Х18Н9Т) сталей аустенитного класса — в диапазоне от 12 до 22 Вт/(м·град).

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:

• кухонная посуда с различными свойствами;
• оборудование для пайки труб;
• утюги;
• подшипники качения и скольжения;
• сантехническое оборудование для подогрева воды;
• приборы отопления.

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.

Читать также: Регулировка подачи масла на цепь бензопилы

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.

Перед тем как работать с различными металлами и сплавами, следует изучить всю информацию, касающуюся их основных характеристик. Сталь является самым распространенным металлом и применяется в различных отраслях промышленности. Важным ее показателем можно назвать теплопроводность, которая варьируется в широком диапазоне, зависит от химического состава материала и многих других показателей.

Теплофизические свойства стали в зависимости от температуры

Представлены следующие теплофизические свойства стали различных марок:

В таблице приведены теплофизические свойства и области применения следующих сталей:

1. Нелегированные стали, низко- и среднелегированные стали перлитного класса: сталь 08, сталь 10, 15, 20, 35, 45, У8, 65Г, 13Н2ХА, 15ХА, 15Х, 20Х, 30ХГС, 30ХГСА, 15ХМ, 15ХМА, 30ХМ, 30ХМА, Х11МФ, Х12ВИМФ, 12Х1МФ, 25Х2МФА, 15Л, 20Л, 25Л, 30Л, 35Л, 40Л, 45Л, 50Л, 55Л.

2. Нержавеющие стали, жаростойкие и жаропрочные стали мартенситного, мартенсито-ферритного и ферритного классов: Х5М, 1Х13 (ЭЖ1, Ж1), 2Х1213МБФР (ЭИ993), 4Х13 (ЭЖ4, Ж4), Х12В2МФ (ЭИ756).

3. Нержавеющие стали, жаростойкие и жаропрочные стали аустенитного класса: Х18Н9Т (ЭЯ1Т), Х18Н9ТЛ, Х18Н12Б (Х18Н11Б, ЭИ402), Х23Н18 (ЭИ417), Х17Н13М2Т (Х18Н13М2Т, ЭИ448), Х16Н13М2Б (ЭИ680), 3Х19Н9МВБТ (ЭИ572), Х16Н25М6 (ЭИ395), ХН35ВТ (ЭИ612, ЭИ612К), ХН35ВТР (ЭИ725, ЭИ725А), ХН35ВМТ (ЭИ692), Х22Н26, ВЖ100.

В следующей таблице показано изменение теплопроводности различных марок стали и железа Fe в результате теплового старения.

Размерность свойств стали выражена в единицах СИ.

1. Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
2. Герасимов В. В., Монахов А. С. Материалы ядерной техники: Учебник для вузов. — 2-еизд., перераб. и доп. — М.: Энергоиздат, 1982. — 288 с.
3. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.
4. Марочник сталей и сплавов. 2-е изд., доп. и испр. А. С. Зубченко, М. М. Колосков, Ю. В. Каширский и др. Под общей ред. А. С. Зубченко — М.: Машиностроение, 2003. 784 с.: илл.

Источник

Значение в быту и производстве

Почему важно учитывать коэффициент теплопроводности? Подобное значение указывается в различных таблицах для каждого металла и учитывается в нижеприведенных случаях:

1. При изготовлении различных теплообменников. Тепло является одним из важных носителей энергии. Его используют для обеспечения комфортных условий проживания в жилых и иных помещениях. При создании отопительных радиаторов и бойлеров важно обеспечить быструю и полную передачу тепла от теплоносителя к конечному потребителю.
2. При изготовлении отводящих элементов. Часто можно встретить ситуацию, когда нужно провести не подачу тепла, а отвод. Примером назовем случай отвода тепла от режущей кромки инструмента или зубьев шестерни. Для того чтобы металл не терял свои основные эксплуатационные качества, обеспечивается быстрый отвод тепловой энергии.
3. При создании изоляционных прослоек. В некоторых случаях материал не должен проводить передачу тепловой энергии. Для подобных условий эксплуатации выбирается металл, который обладает низким коэффициентом проводимости тепла.

Определяется рассматриваемый показатель при проведении испытаний в различных условиях. Как ранее было отмечено, коэффициент проводимости тепла может зависеть от температуры эксплуатации. Поэтому в таблицах указывается несколько его значений.

Теплопроводность стали при различных температурах

Так что же такое теплопроводность? С точки зрения физики теплопроводность

– это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

Можно сказать проще, теплопроводность

– это способность материала проводить тепло. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной.

Передача тепла происходит за счет передачи энергии при столкновении молекул вещества. Происходит это до тех пор, пока температура внутри тела не станет одинаковой.

Такой процесс может происходить в твердых, жидких и газообразных веществах.

На практике, например в строительстве при теплоизоляции зданий, рассматривается другой аспект теплопроводности, связанный с передачей тепловой энергии. В качестве примера возьмем “абстрактный дом”.

В “абстрактном доме” стоит нагреватель, который поддерживает внутри дома постоянную температуру, скажем, 25 °С. На улице температура тоже постоянная, например, 0 °С.

Вполне понятно, что если выключить обогреватель, то через некоторое время в доме тоже будет 0 °С. Все тепло (тепловая энергия) через стены уйдет на улицу.

Чтобы поддерживать температуру в доме 25 °С, нагреватель должен постоянно работать. Нагреватель постоянно создает тепло, которое постоянно уходит через стены на улицу.

Коэффициент теплопроводности

Количество тепла, которое проходит через стены (а по научному – интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности) зависит от разности температур (в доме и на улице), от площади стен и теплопроводности материала, из которого сделаны эти стены.

Для количественной оценки теплопроводности существует коэффициент теплопроводности материалов. Этот коэффициент отражает свойство вещества проводить тепловую энергию. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше он проводит тепло.

Если мы собираемся утеплять дом, то надо выбирать материалы с небольшим значением этого коэффициента. Чем он меньше, тем лучше. Сейчас в качестве материалов для утепления зданий наибольшее распространение получили утеплители из минеральной ваты, и различных пенопластов.

Набирает популярность новый материал с улучшенными теплоизоляционными качествами – Неопор.

Коэффициент теплопроводности материалов обозначается буквой ? (греческая строчная буква лямбда) и выражается в Вт/(м2*К). Это означает, что если взять стену из кирпича, с коэффициентом теплопроводности 0,67 Вт/(м2*К), толщиной 1 метр и площадью 1 м2.

, то при разнице температур в 1 градус, через стену будет проходить 0,67 ватта тепловой энергии. Если разница температур будет 10 градусов, то будет проходить уже 6,7 ватта. А если при такой разнице температур стену сделать 10 см, то потери тепла будут уже 67 ватт.

Подробней о методике расчета теплопотерь зданий можно посмотреть здесь.

Следует отметить, что значения коэффициента теплопроводности материалов указываются для толщины материала в 1 метр. Чтобы определить теплопроводность материала для любой другой толщины, надо коэффициент теплопроводности разделить на нужную толщину, выраженную в метрах.

В строительных нормах и расчетах часто используется понятие “тепловое сопротивление материала”. Это величина обратная теплопроводности. Если, на пример, теплопроводность пенопласта толщиной 10 см – 0,37 Вт/(м2*К), то его тепловое сопротивление будет равно 1 / 0,37 Вт/(м2*К) = 2,7 (м2*К)/Вт.

Коэффициент теплопроводности материалов

Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.