Теплоемкость стали

Автор: Волков Семён

Дата публикации: 30 Апреля 2024

Содержание:

Теплоемкость - это физическое понятие, объясняющее соотношение между объемом теплоты и инфинитезимальным изменением температуры, сопряженным с этим теплотворным процессом.

В глобальной системе единиц указанный показатель символизируется буквой "С". Его измеряют в Джоулях на килограмм, умноженных на Кельвины (Дж/кг*К), или же в калориях, разделенных на массу в килограммах, и применяют множитель градусы Цельсия (калория/(кг*С).0С).

Конкретный ряд температур и зависимость для материалов в твердом, газообразном и жидком состояниях различными. С увеличением температуры возрастает теплоемкость стали.

Следующие аспекты оказывают влияние на данный параметр:

  • состояние согреваемого материала.
  • давление в атмосфере;
  • метод подогрева;
  • вариант металла.

Стали с высоким процентом легирования обладают значительными уровнями содержания углерода и относятся к категории тугоплавких материалов. Значит, их нагревание на один градус требует больше энергии, чем теплоёмкость 460 Дж/(кг*К), принятая за стандарт. В то время как низколегированные стали нагреваются быстрее и проще. Максимальный объем тепла и энергии требуется для нагрева жаростойких материалов, прошедших антикоррозийную обработку.

 

Специфическая теплота играет важную роль в процессе индукционной твердости или выпускания частей из стали, чугуна, композитных материалов. Когда высота структуры увеличивается на определенное число градусов, происходят фазовые переходы, и, следовательно, специфическая теплота также меняется. Для продолжения нагрева потребаются больше или меньше тепла.

Не только процесс подогрева металла или композитов, но и процесс их охлаждения, описывает такое понятие как удельная теплоемкость. Когда материалы остывают, они высвобождают определенное количество энергии и/или тепла. Удельная теплоемкость помогает определить, сколько тепла будет выделено при понижении температуры одного килограмма металла на градус. Влияние на процесс отдачи тепла оказывают факторы, такие как размер поверхности охлаждающегося материала, а также наличие или отсутствие дополнительного воздухообмена.

Вычисление теплоемкости проводится индивидуально для каждого случая. Важно также знать, что при увеличении температуры нагреваемого материала, его теплоемкость также изменяется.

Формула необходима для определения удельной теплоемкости металла.

Символом c обозначается теплоемкость, выраженная в Дж/(кг*°С), и ее значение составляет:

с = Q / (m * (t2 - t1)),

"

где:

  • Q является индикатором количества энергии в виде тепла.
  • m представляет собой массу материала.
  • t2 - это температура, который объект достиг после процесса теплопередачи.
  • t1 - это исходная температура материала.

Иногда можно встретить и другое уравнение:

с = Q / (m·ΔT) можно перефразировать как "с равно Q деленное на произведение m и ΔT".

"

где:

  • Количество тепловой энергии, которую материал усваивает при нагревании, обозначается как Q.
  • m - это вес физического объекта или материала, который подвергается нагреванию.
  • ΔT представляет собой разницу между конечной температурой и начальной.

Возможно также осуществление расчетов с использованием известных данных о теплоемкости вещества по формуле:

c равно C делённое на m.

"

где:

  • c - это специфическая теплоемкость материала, которую выражают в единицах Джоулей на килограмм градус Цельсия.
  • C представляет собой удельную теплоемкость вещества, измеряемую в Дж/˚C;
  • m является обозначением массы.

Таким образом, можно использовать различные методы для проведения расчетов, в зависимости от доступности исходных данных. Кроме того, существует таблица, которая уже содержит расчетное значение удельной теплоемкости для различных металлов, это значение указывается в Дж/(кг·К).

Самым детальным и обширным является первичный перечень удельной теплоемкости металлургического материала - стали. В данном списке указаны различные типы стали и теплоемкость каждого из них в зависимости от температуры.0С.

Марка стали Температура, 0С Теплоемкость стали, Дж/(кг*град)
02Х17Н11М2 20…400…600…800 470…560…610…650
02Х22Н5АМ3 20…100…200…300…400 480…500…530…550…590
03Х24Н6АМ3 20…100…200…300…400 480…500…530…550…570
05ХН46МВБЧ 100…200…300…400…500…600…700…800 445…465…480…490…500…510…515…520
06Х12НЗД 100…200…300…400 523…544…577…594
07Х16Н6 100…200…300…400…500…600…700 440…500…590…630…670…710
08 100…200…400…600 465…477…510…565
08кп 100…200…300…400…500…600…700…800…900 482…498…514…533…555…584…626…695
08Х13 20 462
08Х14МФ 20…100…200…300…400…500…600 460…473…502…540…574…682…754
08Х17Т 20 462
08Х17Н13М2Т 20 504
08Х18Н10 20 504
08Х18Н10Т 20…100…200…300…400…500…600…700 461…494…515…536…549…561…574…595
08ГДНФЛ 100…200…300…400…500…600…700…800…900 483…500…517…529…554…571…613…697…693
09Х14Н19В2БР1 20 502
015Х18М2Б-ВИ 100…200…300…400 473…519…578…636
1Х14Н14В2М 100…200…300…400…500…600…700…800 461…486…515…536…544…557…590…624
4Х5МФ1С 20…100…200…300…400…500…600…700…800 431…477…519…565…620…703…888…766…749
10 100…200…400…600 465…477…510…565
10кп 100…200…400…600 466…479…512…567
10Х12Н3М2ФА 100…200…300…400…500 510…538…562…588…627
10Х13НЗМ1Л 20 495
10Х17Н13М2Т 20 504
10Х17Н13М3Т 20 504
10Х18Н9Л 100 504
10ГН2МФА, 10ГН2МФА-ВД, 10ГН2МФА-Ш 100…200…300…400 469…553…599…628
12МХ 20…200…300…400…500…600…700 498…519…569…595…653…733…888
12Х1МФ 100…200…300…400…500…600…700…800 507…597…607…643…695…783…934…1025
12Х13 20…100…200…300…400…500…600…700…800 473…487…506…527…554…586…636…657…666
12Х13Г12АС2Н2 100…200…300…400…500…600…700 523…559…602…613…648…668…690
12Х18Н9 20 504
12Х18Н9Т 20…100…200…300…400…500…600…700…800 469…486…498…511…519…528…532…544…548
12Х18Н12Т 20…100…200…300…400…500…600…700 461…494…515…540…548…561…574…595
14Х17Н2 20 462
15 100…200…400…500 469…481…523…569
15Г 100…300…500 496…538…592
15К 100…200…400…500 469…482…524…570
15кп 20…100…200…300…400…500…600…700…800 465…486…515…532…565…586…620…691
15Л 100…200…300…400 469…477…515…570
15Х2НМФА-А 100…200…300…400 490…515…540…569
15Х11МФБЛ 100…200…300…400…500…600 494…528…574…641…741…867
15Х25Т 20 462
15ХМ 100 486
17Х18Н9 20 504
18Х11МНФБ 100…200…400…500…600 490…540…590…666…766…900
18ХГТ 20…100…200…300…400…500…600…700…800 495…508…525…537…567…588…626…705
20 100…200…400…500 469…481…536…569
20Г 100…200…400…500 469…481…536…569
20ГСЛ 100…200…400…500 469…482…536…569
20К 100…200…400…500 469…482…524…570
20Л 100…200…400…500 469…481…536…570
20кп 100…200…300…400…500…600…700…800…900 486…498…514…533…555…584…636…703…695
20ХМЛ 100…200…300…400…500 498…572…588…612…660
20ХМФЛ 100…200…300…400…500…600 498…574…590…615…666…741
20Х3МВФ 100…200…300…400…500…600 502…561…611…657…716…754
20Х23Н18 20 538
20ХН3А 20 538
22К 100…200…300…400…500…600…700…800 494…507…523…536…565…586…624…703
25 100…200…400…500 469…481…519…569
25Л 100…200…400…500 469…482…524…570
25Х1МФ 100…200…400…500 469…481…519…570
25Х2М1Ф 20 461
25ХГСА 100…200…300…400…500…600…700 536…574…607…632…674…733
30 100…200…300…400…500 469…481…544…523…762
30Г 100…200…300…400…500 469…481…544…599…762
30Л 100…200…400…600 469…481…523…570
30Х13 20…100…200…300…400…500…600…700…800 473…486…504…525…532…586…641…679…691
30ХГТ 100…200…300…400…500…600…700…800 495…508…525…537…567…588…626…705
30Х 20…100…200…300…400…500…600…700…800…900 482…496…513…532…555…583…620…703…687…678
30ХН2МФА 20…100…200…300…400 466…508…529…567…588
30ХНЗА 100…200…300…400…500…600…700…800…900…1000 494…504…518…536…558…587…657…703…695…687
33ХС 20…100…200…300…400…500…600…700 466…508…529…563…599…622…634…664
35 100…200…300…400…500 469…482…524…570
35Л 100…200…300…400…600 469…481…523…574
35ХГСЛ 100…200…300…400…500…600…700…800…900 496…504…512…533…554…584…622…693…689
35ХМЛ 100…200…300…400…500…600…700…800…900 479…500…512…529…550…580…617…689…685
36Х18Н25С2 20 515
40 100…200…300…400…600 469…481…519…523…574
40Г 100…200…400…600 486…481…490…574
40Л 100…200…400…600 469…481…523…574
40Х10С2М 300…400…500 532…561…586
40Х13 20…100…200…300…400…500…600…700…800 452…477…502…528…553…578…620…666…691
40ХЛ 100…200…300…400…500…600…700…800…900 491…508…525…538…569…588…626…701…689
45 100…200…300…400…500 469…482…524…574
45Г2 100…200 444…427
45Л 100…200…400…600 469…481…523…569
45Х14Н14В2М 300…400…500…600 507…511…523…528
50 300…400…500 561…541…787
50Г 20…100…200…300…400…500…600…700 487…500…517…533…559…584…609…676
50Л 100…200…400…600 478…511…511…569
55 100…200…400…500 477…486…523…569
60 100…200…400…600 481…486…528…565
ХН35ВТ 100…200…300…400…500…600 511…544…569…590…595…595
ХН64ВМКЮТЛ 20…100…200…300…400…500…600…700…800…900…1000 430…450…470…490…515…540…565…590…625…650…1008
ХН65ВКМБТЮЛ 20…100…200…300…400…500…600…700…800…900…1000 424…436…480…493…505…518…548…596…650…692…710
ХН65ВМТЮЛ 20…100…200…300…400…500…600…700…800 425…430…440…470…500…510…550…615…650
ХН65КМВЮТЛ 20…100…200…300…400…500…600…700…800…900 380…400…420…445…470…485…515…560…610…660
ХН70БДТ 100…200…300…400 450…475…500…505
ХН70КВМЮТЛ 20 440
ХН80ТБЮА 100…200…300…400…500…600 494…547…607…678…749…829
Х15Н60-Н 20 460
Х20Н80-Н 20 460
Х23Ю5Т 20…800 480…750
Х27Ю5Т 20…800 500…690
А12 100…300…400…600 469…477…515…569
Р6М5 100…200…300…400…500…600…700 440…470…500…550…580…670…900
Р18 100…200…300…400…500…600…700 420…450…470…510…550…610…690
У8, У8А 100…200…300…400…500…600…700…800…900 477…511…528…548…565…594…624…724…724…703
У12, У12А 100…200…300…400…500…600…700…800…900 469…503…519…536…553…720…610…712…703…699

 

Семь типов углеродистых сталей, содержащих железо в чистоте 99,99%, пользуются наибольшей популярностью. Стандартный температурный диапазон достигает 50 градусов.0С.

 

Интервал температур, 0С Углеродистые стали
Чистое железо (99.99%)
08кп 08 20 40 У8 У8` У12
50-100 0.469 0.481 0.481 0.486 0.486 0.489 0489 0.486
100-150 0.489 0.502 0.502 0.507 0.502 0.519 0.523 0.519
150-200 0.511 0.519 0.523 0.519 0.515 0.532 0.544 0.540
200-250 0.528 0.536 0.544 0.532 0.528 0.548 0.548 0.544
250-300 0.544 0.553 0.557 0.557 0.548 0.565 0.565 0.557
300-350 0.565 0.574 0.569 0.574 0.569 0.586 0.552 0.578
350-400 0.586 0.595 0.595 0.599 0.586 0.607 0.603 0.599
400-450 0.611 0.624 0.624 0.624 0.611 0.628 0.632 0.615
450-500 0.649 0.662 0.662 0.622 0.649 0.669 0.666 0.636
500-550 0.691 0.708 0.695 0.703 0.691 0.695 0.708 0.662
550-600 0.733 0.754 0.741 0.749 0.708 0.716 0.749 0.699
600-650 0.775 0.799 0.791 0.787 0.733 0.720 0.779 0.745
650-700 0.829 0.867 0.858 0.846 0.770 0.770 0.833 0.816
700-750 0.971 1.105 1.139 0.432 1.583 2.081 2.186 2.089
750-800 0.913 0.875 0.959 0.950 0.624 0.615 0.632 0.649
800-850 0.754 0.795 0.867 0.737 0.502 0.657 0.619 0.657
850-900 0.716 0.849 0.716 0.649 0.548 0.619 0.619 0.619
900-950 0.946 0.662 0.649 0.649 0.624 0.624 0.619 0.619
950-1000 0.557 0.669 0.657 0.649 0.624 0.632 0.615 0.628
1000-1050 0.582 0.669 0.657 0.649 0.632 0.645 0.628 0.636
1050-1100 0.599 0.699 0.662 0.649 0.632 0.653 0.636 0.641
1100-1150 0.615 0.669 0.662 0.657 0.641 0.662 0.653 0.649
1150-1200 0.632 0.669 0.666 0.666 0.653 0.669 0.669 0.657
1200-1250 0.649 0.669 0.666 0.678 0.669 0.678 0.78 0.666
1250-1300 0.669 0.699 0.666 0.687 0.687 0.678 0.695 0.674

Из различных разновидностей стали наиболее высоколегированными считаются Г13 и Р18. За счет высокой устойчивости к изнашиванию при ударных нагрузках и давлении, первый тип материала нашёл своё применение в оборонном секторе. Например, такие детали как гусеничные траки, щеки дробилок, решетки для тюрем.

Р18 — это тип инструментальной высокоскоростной стали, применяемой в производстве сверел, фрезеров, метчиков и зенкеров.

Температурный интервал, 0С Г13 Р18 Температурный интервал, 0С Г13 Р18
50-100 0.519 0.410 700-750 0.649 0.716
100-150 0.540 0.427 750-800 0.649 0.716
150-200 0.565 0.435 800-850 0.657 0.682
200-250 0.565 0.452 850-900 0.666 0.737
250-300 0.599 0.465 900-950 0.666 0.582
300-350 0.607 0.487 950-1000 0.674 0.595
350-400 0.607 0.502 1000-1050 0.682 0.607
400-450 0.615 0.523 1050-1100 0.687 0.615
450-500 0.615 0.553 1100-1150 0.695 0.611
500-550 0.695 0.582 1150-1200 0.695 0.611
550-600 0.703 0.599 1200-1250 0.703 0.611
600-650 0.641 0.615 1250-1300 0.708 0.611
650-700 0.641 0.636