какой металл быстро нагревается и быстро остывает
Теплопроводность металлов
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.
Какой металл быстро нагревается и долго остывает?
Какой металл быстро нагревается?
Лучше всех других металлов проводят тепло серебро и золото, затем идут медь, алюминий, вольфрам, магний, цинк и другие. … Чем больше теплопроводность металла, тем быстрее и равномернее он нагревается.
Что нагревается и остывает быстрее вода или суша?
Ответ: в) суша нагревается и остывает быстрее воды. Объяснение: … Вода — это жидкость, она обладает большей теплоемкостью, также под воздействием солнца часть жидкости испаряется, на что тоже затрачивается часть полученной энергии.
Почему суша нагревается и остывает быстрее чем океан?
Так как вода нагревается и остывает медленнее, то ночью тепло океана начинает циркулировать к суше, которая уже остыла, в связи с этим с помощью океана так же происходит циркуляция воздушных масс в атмосфере. Чем ближе территория к океану, тем меньше там перепады температур, тем больше осадков.
Что нагревается быстрее сталь или алюминий?
Удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг*°С), а алюминия 900 Дж/(кг*°С). Значит быстрее нагреется стальное тело (примерно в два раза).
Какой металл не нагревается?
Речь идет о металлическом диоксиде ванадия (VO2). Этот материал известен способностью превращаться из диэлектрика в электропроводный металл при температуре 67 градусов по Цельсию. … За счет меньшего движения частиц, материал нагревается не так сильно.
Какой материал хуже всего проводит тепло?
Лучше всех других металлов проводят тепло серебро и золото, затем идут медь, алюминий, вольфрам, магний, цинк и другие. Самые плохие металлические проводники тепла — свинец и ртуть.
Почему поверхность Земли нагревается и остывает неодинаково?
Поверхность Земли нагревается и остывает неодинаково, так как суша нагревается и остывает быстрее чем вода. … Вы приходите рано утро на море и песок уже горячий, но вода еще достаточно холодная для плавания.
Как нагревается море и суша?
Это суша. Воздух над сушей быстрее нагревается, плотность его уменьшается, и он поднимается ввверх. Следовательно, давление над сушей падает, и на его место приходят новые массы холодного воздуха. … В отличие от суши вода морей нагревается медленно, так как теплопроводность воды низка.
Как нагревается вода и суша?
3) Суша быстро нагревается и остывает, а вода наоборот — медленно нагревается и медленно охлаждается, поэтому днем ветер дует с суши на воду, а вчером, когда остывает суша, с воды на сушу.
Как нагревается воздух над сушей и морем?
Суша нагревается быстрее, чем вода, и остывает медленнее. Следовательно, днем воздух над сушей становится теплее и легче. … Ночью воздух над сушей остывает, становится холоднее и тяжелее. В это же время воздух над морем более теплый поднимается.
Что быстрее нагревается вода или воздух?
В общем ситуация получается такова — суша, в принципе, быстрее нагревается, но и быстрее остывает, вода же нагревается медленнее и медленнее остывает по сравнению с сушей. в) воздух. Сам по себе воздух свободно пропускает солнечные лучи и напрямую от них мало нагревается.
Как нагревается вода в кране?
Тепловые сети Попав в трубки сетевых подогревателей, вода нагревается и передается по подземным трубопроводам дальше в тепловую сеть за счет насосов, гоняющих воду по трубам. Теплосети, как правило, несут воду 70-150 градусов – все зависит от температуры снаружи: чем ниже градус на улице, тем горячее теплоноситель.
Что лучше медь или алюминий?
Медь превосходит алюминий по электропроводности. Удельное электрическое сопротивление меди составляет 0,017 Ом*мм2/м в то время, как у алюминия 0,028 Ом*мм2/м. … Учитывая это, медь удобнее использовать для проводки в доме.26 мая 2020 г.
Что лучше алюминий или нержавеющая сталь?
Чуть более тяжелая, чем алюминий, нержавеющая сталь отлично справляется с ударными воздействиями, высоким давлением и истиранием (особенно марки, в которых есть марганец). Теплопередача у неё хуже, чем у алюминия: но благодаря этому металл не «потеет», на нем меньше конденсата.
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.
Почему металлическая печка быстро остывает и как ей помочь
Добавление статьи в новую подборку
Печи Булерьян, Бренеран, Бутакова – эти отопительные устройства вызывают совершенно противоположные отзывы у пользователей. Одни им нарадоваться не могут, а другие крайне недовольны. Хотим поделиться с вами некоторыми секретами обращения с этими печками.
Металлическая печь на даче может быть самой разной конструкции. Что объединяет все эти отопительные приборы? У них одинаковый принцип действия. Он построен на явлении конвекции – переносе потоков холодного и горячего воздуха. По трубам, которые расположены вокруг топки, движется холодный воздух. Он нагревается, и на выходе получается теплый поток, который и повышает температуру воздуха в помещении.
Какими критериями должна обладать печь для дачи
Многие считают лучшим вариантом обогрева дачи традиционную кирпичную печь (русскую, шведскую или голландскую). Однако такие устройства предназначены для постоянного использования и не очень подходят для нерегулярного протапливания, т.к. слишком долго нагреваются. Чтобы поднять температуру в доме, им иногда – это зависит от погоды – нужно больше суток.
Для быстрого прогревания помещения, которое не топится неделями, лучше подходят не традиционные, а современные металлические печи – Булерьян, Бренеран, Бутакова. Они дают комфортную температуру намного быстрее – в течение нескольких часов. Что еще важно при выборе средства для обогрева дачи?
Как помочь печке топиться эффективнее
Каким образом можно «заставить» металлическую печь греться дольше и эффективнее выполнять функцию обогрева дома? Рассмотрим некоторые варианты:
Дачники, которые много лет эксплуатируют подобные отопительные устройства, рекомендуют следующий алгоритм действий:
Каждое отопительное устройство требует к себе особого отношения. Если вы изучите все его прихоти и выполните все пожелания, оно отблагодарит вас своим теплом.
Особенности закалки стали
Термообработка металла изменяет его характеристики. Закалка стали делает ее тверже, прочнее. В отдельных случаях термообработку проводят для измельчения зерна, выравнивания структуры. Простую технологию нагрева и быстрого охлаждения для мелких деталей можно осуществить в домашних условиях. Необходимо знать марку стали и ее температуру нагрева для закалки.
Закалка стали
Что такое закалка металла?
Один из видов термообработки — закалка металла. Она состоит из нескольких этапов, выполняемых в определенной последовательности:
В процессе изготовления сложные детали могут проходить несколько закалок разного вида.
По глубине обработки закалка делится на два вида:
В основном в машиностроении применяется объемная термообработка, когда деталь прогревается на всю глубину. В результате резкого охлаждения, после завершения термообработки твердость внутри и снаружи отличается всего на несколько единиц.
Поверхностная закалка применяется для деталей, которые должны быть твердые сверху и пластичные внутри. Индуктор прогревает сталь на глубину 3–20 мм и сразу за ним расположен спрейер, поливающий горячий металл водой.
Сталь нагревается до состояния аустенита. Для каждой марки своя температура, определяемая по таблице состояния сплавов железо-углерод. При резком охлаждении углерод остается внутри зерна, не выходит в межкристаллическое пространство. Превращение структуры не успевает происходить, и внутреннее строение содержит перлит и феррит. Зерно становится мельче, сам металл тверже.
Какие стали можно закаливать?
При нагреве и быстром охлаждении внутренние изменения структуры происходят во всех сталях. Твердость повышается только при содержании углерода более 0,4%. Ст 35 по ГОСТ имеет его 0,32 – 0,4%, значит может «подкалиться» — незначительно изменить твердость, если углерод расположен по верхнему пределу.
Закаливаемыми считаются стали, начиная от СТ45 и выше по содержанию углерода. В то же время закалка нержавеющей стали с низким содержанием углерода типа 3Х13 возможна. Хром и некоторые другие легирующие элементы заменяют его в кристаллической решетке и повышают прокаливаемость металла.
Высоколегированные углеродистые стали содержат вещества, ускоряющие процесс охлаждения и повышающие способность стали к закалке. Для них требуется сложная ступенчатая система охлаждения и высокотемпературный отпуск.
Температура и скорость нагрева
Температура нагрева под закалку повышается с содержанием в стали углерода и легирующих веществ. Для Ст45 она, например, 630–650⁰, Ст 90ХФ — более 800⁰.
Высокоуглеродистые и высоколегированные стали при быстром нагреве могут «потрещать» — образовать на поверхности и внутри мелкие трещины. Их нагревают в несколько этапов. При температурах 300⁰ и 600⁰ делают выдержку. Кроме выравнивания температуры по всей глубине, происходит структурное изменение кристаллической решетки и переход к другим видам внутреннего строения.
Свойства стали после закалки
После закалки деталей происходят структурные изменения, влияющие на технические характеристики металла:
На поверхности каленой детали легко получить высокий класс чистоты. Сырая сталь не шлифуется, тянется за кругом.
Виды закалки стали
Основные параметры для закалки стали: температура нагрева и скорость охлаждения. Они полностью зависят от марки стали — содержания углерода и легирующих веществ.
Закаливание в одной среде
При закаливании стали среда определяет скорость охлаждения. Наибольшая твердость получается при окунании детали в воду. Так можно калить среднеуглеродистые низколегированные стали и некоторые нержавейки.
Если металл содержит более 0,5% углерода и легирующие элементы, то при охлаждении в воде деталь потрещит — покроется трещинами или полностью разрушится.
Высоколегированные стали повышают свою твердость даже при охлаждении на воздухе.
При закалке на воде легированная сталь подогревается до 40–60⁰. Холодная жидкость будет отскакивать от горячей поверхности, образуя паровую рубашку. Скорость охлаждения значительно снизится.
Ступенчатая закалка
Закалка сложных по составу сталей может производиться в несколько этапов. Для ускорения охлаждения крупных деталей из высоколегированных сталей, их сначала окунают в воду. Время пребывания детали определяется несколькими минутами. После этого закалка продолжается в масле.
Вода быстро охлаждает металл на поверхности. После этого деталь окунается в масло и остывает до критической температуры структурных преобразований 300–320⁰. Дальнейшее охлаждение проводится на воздухе.
Если калить массивные детали только в масле, температура изнутри затормозит остывание и значительно снизит твердость.
Изотермическая закалка
Закалить металл с высоким содержанием углерода сложно, особенно изделия из инструментальной стали — топоры, пружины, зубила. При быстром охлаждении в нем образуются сильные напряжения. Высокотемпературный отпуск снимает часть твердости. Закалка производится поэтапно:
После закалки в селитровой ванне отпуск не нужен. Напряжения снимаются во время медленного остывания.
Изотермическая закалка
Светлая закалка
Технического термина «светлая закалка» не существует. Когда производится закалка легированных сталей, включая нагрев, в вакууме или инертных газах, металл не темнеет. Закалка в среде защитных газов дорогостоящая и требует специального оборудования отдельно на каждый тип деталей. Она применяется только при массовом изготовлении однотипной продукции.
В вертикальной печи деталь нагревается, проходя через индуктор, и сразу же опускается ниже — в соляную или селитровую ванну. Оборудование должно быть герметично. После каждого цикла с него откачивается воздух.
Закалка с самоотпуском
При быстром охлаждении в процессе закалки стали внутри детали остается тепло, которое постепенно выходит и отпускает материал — снимает напряжения. Делать самоотпуск могут только специалисты, которые знают, насколько можно сократить время пребывания детали в охлаждающей жидкости.
Самоотпуск можно производить дома, если нужно незначительно увеличить твердость крепежа или мелких деталей. Необходимо уложить их на теплоизолирующий материал и сверху накрыть асбестом.
Способы охлаждения при закаливании
Широко используемые в промышленности способы охлаждения металла при закалке на воду и в масле. Самый древний состав для закалки мечей и других тонкостенных предметов — соляной раствор. Закалку производили кузнецы, используя нагрев под ковку и тепло, выделяемое деформацией.
Красные сабли, мечи, ножи опускали в мочу рыжих парней. В Европе их просто вонзали в тела живых рабов. Коллоидный состав, содержащий соли и кислоты, позволял с оптимальной скоростью охладить сталь и не создавать лишних напряжений и поводки.
В настоящее время используют различные солевые натриевые растворы, селитру и даже пластиковую стружку.
Как закалить сталь в домашних условиях
Решение о том, как калить металл, принимается исходя из нескольких параметров:
Не все способы термообработки доступны любителям. Следует выбирать наиболее простые. Чаще всего в домашних условиях приходится закаливать нержавейку при изготовлении ножей и другого домашнего режущего инструмента.
Температура закалки хромсодержащих сталей 900–1100⁰C. Проверять нагрев следует визуально. Металл должен иметь светло оранжевый – темно желтый цвет, равномерный по всей поверхности.
Окунать тонкую нержавейку можно в горячую воду, поднимая на воздух и вновь опуская. Чем выше содержание углерода, тем больше времени сталь проводит на воздухе. Один цикл длится примерно 5 секунд.
Простые свариваемые стали греют до вишневого цвета и охлаждают в воде. Среднелегированные материалы должны перед окунанием в воду иметь красный цвет. После 10–30 секунд перекладываются в масло, затем укладываются в печь.
При закалке получают максимальную твердость, которую дает сталь при данной технологии. Затем высокотемпературным отпуском понижают ее до требуемой.
Оборудование
Нагрев металла производится различными способами. Нужно только помнить, что температура горения дерева не может обеспечить нагрев металла.
Если требуется улучшить качество 1 детали, достаточно развести костер. Его надо по периметру обложить кирпичами и после укладки заготовки частично закрыть сверху, оставив щели для доступа воздуха. Лучше жечь уголь.
Отдельный участок и небольшую по размерам деталь греют газовой и керосиновой горелкой, постоянно водя пламенем и прогревая со всех сторон.
Изготовление муфельной печи требует много времени и ресурсов. Ее целесообразно строить при постоянном использовании.
Охлаждающая жидкость может находиться в ведре и любой другой емкости, которая обеспечит полное погружение детали с толщиной масла в 5 наибольших сечений детали:
Деталь необходимо медленно двигать в охлаждающей жидкости. В противном случае образуется паровая рубашка.
Самостоятельное изготовление камеры для закаливания металла
Наипростейшее подобие муфельной печи делается из огнеупорного кирпича, шамотной глины и асбеста:
Высыхать все материалы должны при комнатной температуре. На это уйдет несколько дней. Затем можно укладывать деталь на изоляционный материал и греть.
Дефекты при закаливании стали
При закаливании стали возникают 2 группы дефектов:
Первые связаны с неравномерной, пятнистой закалкой и несоответствием полученной твердости требованиям в чертеже. Вызваны такие дефекты в основном неправильным охлаждением или некачественно проведенной термообработкой.
К неисправимым относятся сколы, трещины, полное разрушение деталей. Причина чаще всего заключается в некачественном металле.
Закалка значительно изменяет структуру и эксплуатационные качества металла. Делать ее самостоятельно можно на простых деталях. Необходимо точно знать марку стали, температуру ее закалки и охлаждающую среду.