Расчет удельного веса меди

Как известно, за последние сотни лет прогресс шагнул достаточно далеко, что, в свою очередь, позволило развиваться многим отраслям промышленности по всему миру. Не осталось в стороне и металлургическое производство, так как наука подарила этой отрасли множество технологий, методик расчета и в том числе возможность измерения удельного веса металлов.

Поскольку различные медные сплавы различны по своему составу, а также по физическим и химически свойствам, это дает возможность для каждого изделия или детали подбирать необходимый сплав. Для расчета веса требуемого для производства проката, необходимо знать удельный вес соответствующей марки.

Формула для измерения удельного веса металла

Удельным весом называется отношение веса P однородного металла из определённого сплава к объёму этого сплава. Обозначается удельный вес символом γ и его ни в коем случае нельзя путать с плотностью. Хотя значения плотности и удельного веса как меди, так и других металлов очень часто одинаковы, стоит помнить, что это действительно не во всех условиях.

Таким образом, для расчета удельного веса меди используется формула γ=Р/V

А для расчета веса определенного размера медного проката, площадь его поперечного сечения умножается на удельный вес и на длину.

Единицы измерения удельного веса

Чтобы измерить удельный вес медных и других сплавов могут использоваться следующие еденицы измерения:

в системе СГС - 1 дин/см 3 ,

в системе СИ - 1 н/м 3 ,

в системе МКСС - 1 кГ/м 3 .

Данные единицы связаны между собой определённым соотношением, которое выглядит так:

0,1 дин/см 3 = 1 н/м3 = 0,102 кГ/м 3 .

Способы расчёт удельного веса меди

1. Использование специального на нашем сайте,

2. Расчёт при помощи формул, площади поперечного сечения проката, а затем умножение на удельный вес марки и на длинну.

Пример 1: расчитаем вес медных листов толщиной 4 мм, размером 1000х2000 мм в количестве 24 штуки из медного сплава М2

Посчитаем объем одного листа V = 4·1000·2000 = 8000000 мм 3 = 8000 см 3

Зная, что удельный вес 1 см 3 меди марки М3 = 8,94 гр/см 3

Посчитаем вес одного листа проката M = 8,94·8000 = 71520 гр = 71,52 кг

Итого масса всего проката М = 71,52·24 = 1716,48 кг

Пример 2: расчитаем вес медного прутка Д 32 мм общей длиной 100 метров из медно-никелевого сплава МНЖ5-1

Площадь сечения прутка диаметром 32 мм S=πR 2 значит S=3,1415·16 2 =803,84 мм 2 = 8,03 см 2

Определим вес всего проката, зная что удельный вес медно-никелевого сплава МНЖ5-1 = 8,7 гр/см 3

Итого М = 8,0384·8,7·10000=699340,80 грамм = 699,34 кг

Пример 3: расчитаем вес медного квадрата со стороной 20 мм длиной 7,4 метра из медного жаропрочного сплава БрНХК

Найдем объем проката V = 2·2·740 = 2960 см 3

Медь - один из самых первых металлов, которые освоил человек. В природе она встречается в качестве самородков, имеющих крупные размеры. С незапамятных времен ее использовали как сплав с оловом, называемый бронзой, для изготовления оружия, предметов домашней утвари и украшений. Такое активное применение металла объясняется простотой обработки.

Физические и механические свойства меди

Медь - это металл красно-розового цвета с золотистым отливом, занимающий в таблице химических элементов 29-е место и имеющий плотность 8,93 кг/м 3 . Удельный вес меди составляет 8,93 г/см 3 , температура кипения - 2657, а плавления - 1083 градусов по Цельсию.

Этот металл имеет высокую пластичность, мягкость и тягучесть. Располагая высокой вязкостью, он отлично куется. Медь относится к достаточно тяжелым и прочным металлам. В чистом виде она хорошо проводит тепло и электричество (уступает только серебру).

Химические свойства металла

Химические характеристики, как и механические, магнитные и физические свойства, такие как пластичность, вязкость, удельный вес меди, имеют актуальное значение. Металл обладает малой химической активностью. При небольшой влажности и нормальной температуре у нее высокая коррозийная устойчивость. При нагревании окисляется, образуя оксиды. Во влажной среде, содержащей углекислый газ, медная поверхность покрывается зеленоватой пленкой, содержащей оксид и карбонат металла. Медь вступает в реакцию с галогенами, образуя соли, при комнатной температуре. Легко взаимодействует с серой и селеном. Прекрасно растворяется в азотной и подогретой концентрированной серной кислоте. Без доступа кислорода с разбавленной серной и соляной кислотой не реагирует.

Плотность меди

Значение этой величины, содержащееся в специальной таблице, составляет 8,93*10 3 кг/м3. Удельный вес меди - не менее важная величина, характеризующая металл. Он составляет, как уже было сказано 8,93 г/см 3 .

Получается, что значение величин параметров плотности и удельного веса для данного металла совпадают, что не характерно для других материалов. От зависит вес изделия, изготовленного из него. Для расчетов массы будущей детали обычно пользуются удельным весом, а не плотностью.

Удельный вес металла

Эта величина, как и плотность, является важным показателем различных материалов, который определяют по имеющимся таблицам. По величине удельного веса меди и ее сплавов можно выгодно подобрать соответствующие металлы для изготовления изделия с заданными параметрами. Такие расчеты обычно проводят на стадии проектирования. Удельный вес как физическая величина вычисляется отношением веса вещества к его объему. Не следует путать эту величину с плотностью, как массу с весом. Зная удельный вес меди или сплава, всегда можно вычислить массу изделия из данного материала.

Основные медные сплавы, используемые в промышленности

По технологическому процессу изготовления медные сплавы делятся на литейные и деформируемые, а в зависимости от химического состава - на бронзы и латуни. В последней основой является медь и цинк, могут быть добавлены и другие элементы. Бронзы - это сплав меди (удельный вес 8,93 г/см 3) с другими металлами. Выбор легирующего компонента зависит от конкретного использования изделия.

• Оловянная бронза. При производстве применяют закалку и старение для увеличения пластичности и прочности.
• Алюминиевая бронза. Обладает антикоррозийными свойствами, отлично деформируется.
• Свинцовый сплав. Имеет превосходные антифрикционные свойства.
• Латунь. Может состоять из двух или нескольких компонентов.
• Медно-никелевый сплав, содержащий цинк. По свойствам и внешнему виду напоминает мельхиор.
• Сплав меди с железом. Основное его отличие - высокая пористость.

Удельный вес электротехнической меди

Такой она получается после очистки от примесей. Самое малое содержание каких-либо металлов в ней значительно снижает ее электропроводность. Так, например, содержание 0,02 % алюминия понижает проводимость до 10 %, несмотря на то, что этот металл неплохо проводит электрический ток. Самыми важными характеристиками материала являются:

• удельный вес меди;
• сопротивление электрическое;
• температура плавления.

Для нужд электротехники используют технически чистый металл, который содержит от 0,02 до 0,04 % кислорода, а изделия с высокой проводимостью тока изготавливают из особой, бескислородной меди. Для электротехнических изделий (обмотки трансформаторной, провода, кабельной жилы, шин электротехнических) используют разные сорта металла.

Применение меди и ее сплавов в народном хозяйстве

Высокая прочность, удельный вес меди, отличная электропроводность, хорошая механическая обрабатываемость - все это позволяет использовать ее во многих сферах производства:

• Строительная - прекрасно совмещается с кирпичом, деревом, стеклом, камнем. Имеет длительный срок службы, не боится коррозии.
• Электротехническая - провода, кабели, электроды, шины.
• Химическая - изготавливают детали для аппаратуры и инструменты.
• Металлургическая - производство сплавов. Самый востребованный - латунь. Она тверже меди, хорошо куется, обладает вязкостью. Из нее штампуют различные формы и прокатывают в тонкие листы.
• Художественная - медные чеканки, бронзовые статуи.
• Бытовая - использование для изготовления посуды, труб.

Медные руды

В природных условиях медь чаще всего встречается в соединениях, но попадается и в виде самородков. К минералам, которые являются основными ее источниками, относятся:

• Куприт - минерал оксидной группы.
• Малахит - известен как поделочный камень, содержит карбонат меди. Российский малахит - углекислая медная зелень пользуется большой популярностью.
• Азурит - синего цвета минерал, часто сращивается с малахитом, обладает высокой твердостью.
• Медный колчедан и медный блеск - содержат сульфид меди.
• Ковеллин - относится к сульфидным породам, первоначально был обнаружен около Везувия.

Медные руды добывают, в основном, открытым способом. В них может содержаться 0,4-1,0 % меди. По ее производству мировым лидером является Чили, дальше следуют Соединенные Штаты Америки, Россия, Канада, Казахстан.

Лист медный

Лист медный

Медный лист — плоская разновидность цветного металлопроката с прямоугольным поперечным сечением и равномерной толщиной. Материал характеризуется высокими антикоррозийными показателями и стойкостью к агрессивным средам — исключение составляют сернистые газы и аммиак. Медь хорошо поддается пайке и обработке давлением, но обладает низкими литейными свойствами. Листы используются для изготовления кровельных покрытий, духовых инструментов, отопительных приборов, элементов декора, электротехники.

Особенности изготовления: виды и толщина медных листов

Изделия производятся путем плоского прокатывания сырья. Толщина готового листа определяется использованной технологией.

• Холоднокатаные — от 0,2 до 12 мм. Допуски зависят от ширины и точности изготовления. Минусовые отклонения варьируются в пределах 0,02-0,7 мм, симметричные — составляют от ±0,018 до ±0,32 мм.
• Горячекатаные — от 3 до 25 мм. Допускаются отклонения от 0,4 до 2 мм, по согласованию с заказчиком возможны симметричные допуски от ±0,25 до ±1,3 мм.

Для изготовления листового проката используется медь с минимальным количеством примесей. Ее химический состав регламентируется ГОСТ 859:

*К наименованию марок меди для электротехнической промышленности добавляется литера Е.

Примеси оказывают непосредственное влияние на технические характеристики медных листов. Кислород снижает прочность и электропроводность; свинец затрудняет последующую обработку давлением; никель, цинк и железо уменьшают теплопроводность материала. Добавление серы, напротив, улучшает качество резки.

ГОСТ 1173-2006: классификация медных листов

Межгосударственный стандарт 1173-2006 действует с 1 января 2008 года. Он был принят взамен устаревших версий: ГОСТ 1173-93 и ГОСТ 495-92. Документ регламентирует производство холодно- и горячекатаных медных листов и плит, а также холоднокатаных лент и фольги.

Изделия классифицируются по нескольким параметрам:

Условные обозначения на готовой продукции проставляются по схеме «тип проката — сечение — точность — пластичность — размер — длина — марка меди — спецификация (дополнительные условия) — название стандарта». Отсутствующие данные (кроме длины) заменяются литерой Х.

Примеры расшифровки:

• Лист холоднокатаный, прямоугольный, повышенной точности по толщине и нормальной точности по ширине, твердый, толщиной 1,00 мм, шириной 200 мм, длиной 2000 мм, из меди марки М2:

  Лист ДПРИТ 1,00×200×2000 М2 ГОСТ 1173-2006



• Лист горячекатаный, прямоугольный, толщиной 7,0 мм, шириной 1500 мм, длиной 3000 мм, из меди марки М2:

  Лист ГПРХХ 7,0×1500×3000 М2 ГОСТ 1173-2006

Холоднокатаные медные листы толщиной до 2 мм пакуются в деревянные ящики либо укладываются в пачки, защищенные сверху и снизу щитами соответствующего размера. Горячекатаные изделия и холоднокатаные толщиной более 2 мм транспортируются в пачках с односторонней защитой. Перед отправкой товар комплектуется ярлыками с указанием наименования производителя, страны-изготовителя, условного обозначения, номера партии и штампа ОТК.

Как рассчитать вес медного листа

Для расчета теоретической массы медного листа используется формула — 8,9×A×B×H, где:

• 8,9 — номинальная плотность меди (ГОСТ 1173-2006);
• А — ширина в метрах;
• В — длина в метрах;
• Н — толщина в миллиметрах.

Возьмем для примера лист шириной 0,7 м, длиной 3 м, толщиной 3 мм и рассчитаем его вес:

8,9×0,7×3×3 = 56,07 кг.

Теоретическую массу м² можно узнать, умножив плотность материала на заданную толщину медного листа. Реальный вес может незначительно отличаться от расчетных значений в большую или меньшую сторону — отклонения объясняются предельными допусками по ГОСТ 1173-2006.

Размеры медного листа по ГОСТ 1173-2006

ГОСТ 1173-2006 предъявляет более высокие требования к холоднокатаным медным листам:

• Ширина — от 0,1 до 1 м. Минусовой допуск при нормальной точности изготовления составляет от 3 до 10 мм, при повышенной — от 2 до 8 мм. Плюсовые отклонения находятся в пределах 2-10 мм (по согласованию с заказчиком).
• Длина — от 0,5 до 2 м. Предусмотрен минусовой допуск 10-20 мм, плюсовой — 10-15 мм.

Ширина горячекатаных листов варьируется в пределах 100-3000 мм с минусовым отклонением 10-20 мм. Длина составляет от 1 до 6 м, по согласованию возможен выпуск изделий нестандартной и немерной длины. Предельный минусовой допуск — 30 мм.

Требования к поверхности

На поверхности холоднокатаных листов допускаются потемнения, следы смазки, цвета побежалости. ГОСТ 1173-2006 предусматривает наличие отпечатков от валков, окалины и шероховатостей на горячекатаных изделиях. Дефекты, не выводящие листы за пределы допусков по ширине, длине и толщине, также не являются браковочным признаком. По согласованию с заказчиком возможно производство горячекатаных изделий с травленой или фрезерованной поверхностью.

Наиболее типичный вариант выбора меди:

• Фактура поверхности и производитель
• Состояние
• Толщина листа
• Ширина листа

Как правило на начальном этапе архитектор и заказчик выбирают внешний вид медной кровли - фактуру поверхности, от этого параметра зависит и выбор производителя. Образование патины в разной местности различно, это обусловлено разностью химической реакции (воздействия окружающей среды на медную поверхность), поэтому наблюдается отличие внешнего вида медных поверхностей. Поэтому каждый производитель приближает свою продукцию к естественной для данного региона (страны). Помимо этого существуют технологические и качественные отличия, которые необходимо обязательно учитывать. Данный этап один из самых важных при выборе меди, особенно при выборе меди для фасада.

Ширина, толщина и твердость меди принимается в зависимости от условий, описанных ниже в соответствующих разделах.

Фактура поверхности

Ширина Листа

Ширины листов медных листов для изготовления кровельных картин или фасадных кассет находятся в пределах 500 - 1250 мм. При необходимости возможно создать более узкие картины до 50 мм толщиной, но увеличение ширины более 1250 мм во многих случаях нецелесообразно и требует нестандартных подходов в решении подобной задачи.

Наиболее распространенные ширины медно ленты, чаще всего применяемой в России - 600 и 670 мм. Это вызвано наиболее распространенными стандартами ширин в прошлом, и как следствие технологическими настройками оборудования под данные параметры медного листа.

Толщина листа

Стандартные толщины листов кровельной меди для изготовления рядовых картин находятся в пределах 0,6 - 1 мм.

Теоретическая масса 1 м2 медного листа

Вес 1 м2 медного листа можно вычислить по формуле

Вес (кг) = толщина листа (мм) х плотность меди (г/см3), где плотность меди Ро - постоянная величина = 8,9 г/см3

Вес листа меди толщиной 2 мм = 2 х 8,9 = 17,8 кг. Толщина медного листа должна выбираться в зависимости от конструктивных особенностей. Особенно это важно при изготовлении кассет с размерами более 1000 мм, в таких случаях необходимо прибегать к помощи проектировщиков, так как без специальных знаний выбор толщины при таких размерах чреват неудачными последствиями - возможно образование недопустимых деформаций, разрывов меди или чрезмерная масса кассет из-за большой толщины. Если отсутствуют какие-либо конструктивные особенности толщину меди можно выбрать исходя из интенсивности коррозии для конкретной местности, при расчете не принимать слой меди менее 0,3 мм (т.е. не считать, что медь будет служить до слоя в 0 мм).

Интенсивность коррозии зависит о степени воздействия окружающей среды на медь и при воздействии химических элементов таких как кислоты может увеличиваться на порядки.

Наиболее распространенные толщины медных листов, чаще всего применяемых в России - 0,6 мм. Использование больших толщин целесообразно для особо ответственных узлов и объектов со сроком служ- бы более 100 лет. В большей степени использование меди 0,8 мм и более связанно с традиционной приверженностью, так как более ранние технологии производства не обеспечивали необходимые свойства меди при меньших толщинах в связи с чем применяли медь большей толщины, как правило 1 мм.

При максимальном пределе нормальной городской коррозии меди 2,2 мк (микрона 0,000001 м) в год. Теоретический срок службы медного листа толщиной 0,6 мм до слоя 0,3 мм равен 136 лет.

Состояние (физико-химические свойства)

В России для устройства медной кровли применяют листы медные ГОСТ 495 и ленты медные ГОСТ 1173 из меди марок М1р, М1ф, Cu-DHP, CuZn0,5. Поверхность лент должна быть чистой, края должны быть ровно обрезаны, без заусенцев. Серповидность лент не должна превышать 3 мм на 1 м длины.

В более ранних руководящих документах допускалось использовать в качестве кровельного покрытия медь марки М2р, М3р, М2 и М3, что в настоящее время не рекомендуется в связи с наличием более совершенных материалов аналогичной стоимости.

Марки М1р, М1ф - марки меди Российского производства

Марка М1р содержит незначительное содержание кислорода и практически не уступает по своим характеристикам марке меди М1ф.

Марка М1ф в последнее время наиболее часто применяется в качестве кровельного покрытия. Отсутствие кислорода (O2)и повышенное содержания фосфора (P) приводят к наилучшим характеристикам кровельной меди. Кислород способствует хрупкости и ломкости, в М1Ф его нет. Повышенное содержание фосфора свидетельствует о т.н. реакции «раскисления», которая предназначена для того, чтобы связать кислород и сделать медь не восприимчивой к водородной хрупкости, в связи с чем данная марка отечественной меди практически полный аналог европейской меди Cu-DHP.

В Европей для кровель и фасадов применяют в основном применяют медь марки Cu-DHP, CuZn0,5 и их производные. Cu-DHP в соответствии со стандартом EN 1172 (Европейский стандарт листовых материалов и полос для строительных целей) - раскисленная фосфористая медь для кровель и фасадов.

Предназначение:

• М1ф, Cu-DHP - для всех видов работ и изделий;
• М1р - для всех видов работ и изделий без использования пайки;
• CuZn0,5 - для водостоков, желобов и иных вспомогательных изделий, в процессе соединения которых не используется нагрев.
• М2р - допускается использовать данную марку без использования закаточных машин, сварки и (или) пайки.

Выбор твердости меди осуществляется в зависимости от конкретной архитектурной задачи.

• R220 (H040) - медь мягкой твердости R220 (H040) применяется в качестве кровельного и фасадного материала традиционным способом формования и обработки, а также для отделки фасадов и фальцевания. В некоторых источниках медь Cu-DHP (R220, H040) именуется «отоженная».
• R240 (H065) - медь средней твердости (полутвердая) R240 (H065) целесообразно применять в качестве доборных элементов, планок, молдингов, полосовых кровельных покрытий не подразумевающих фальце прокат, пластин, медной черепицы.
• R290 (H090) - медь твердая целесообразно применять для производства кассет и профильтрованных листов.

где, R, H/мм2 - минимальный предел прочности при растяжении. H - твердость по Виккерсу HV

Если у Вас возникнут трудности с выбором меди, появятся вопросы или пожелания по вышеизложенной теме, Вы можете обратиться к автору статьи по e-mail: в теме желательно указать название статьи. Вы также можете воспользоваться формой обратной связи или обратиться к нам через наши аккаунты (странички) в Социальных сетях, указанных в разделе Контакты настоящего сайта.

При использования данных материалов ссылка на источник обязательна

Люди с давних времен используют медь в повседневной жизни. Очень важным параметром для современных людей является ее плотность и удельный вес.

Эти данные применяют в расчетах состава материалов в производстве различных коммуникаций, деталей, изделий и комплектующих в технической отрасли.

Основная информация о меди

Медь является наиболее распространенным цветным металлом. Свое название на латинском языке - Cuprum - она получила в честь острова Кипр. Там ее добывали древние греки тысячи лет назад. Историки даже придумали Медный Век , который длился с IV по V столетие до н. э. В то время люди делали из популярного металла:

• орудие;
• посуду;
• украшения;
• монеты.

В таблице Д.И. Менделеева она занимает 29 место. Этот элемент имеет уникальные свойства -физические, химические и механические. В древние времена в естественной среде можно было найти медь в виде самородков, порой очень больших размеров. Люди нагревали породу на открытом огне, а затем резко охлаждали. В результате она растрескивалась, что позволяло выполнять восстановление металла. Такая нехитрая технология позволила начать освоение популярного элемента.

Свойства

Медь - это цветной металл красноватого цвета с розовым отливом , наделенный высокой плотностью. В природе насчитывается более 170 видов минералов, имеющих в своем составе Cuprum. Только из 17 ведется промышленная добыча этого элемента. Основная масса этого химического элемента содержится в составе рудных металлов:

• халькозина - до 80%;
• бронита - до 65%;
• ковелина - до 64%.

Из этих минералов осуществляется обогащение меди и ее выплавка. Высокая теплопроводность и электропроводность являются отличительными свойствами цветного металла. Он начинает плавиться при температуре 1063 о С, а закипает при 2600 о С. Марка Cuprum будет зависеть от способа производства. Металл бывает:

• холоднотянутый;
• прокатный;
• литой.

Для каждого типа есть свои специальные параметрические расчеты, характеризующие степень сопротивления сдвигу, деформацию под воздействием нагрузок и сжатия, а также показатель упругости при растяжении материала.

Цветной металл активно окисляется в процессе нагревания. При температуре 385 о С формируется оксид меди. Ее содержание снижает теплопроводность и электропроводность других металлов. При взаимодействии с влагой металл образует куприт, с кислой средой - купорос.

Благодаря своим свойствам этот химический элемент активно используется в производстве электрических и электронных систем и многих других изделий другого назначения. Важнейшим свойством является его плотность в 1 кг на м 3 , поскольку с помощью этого показателя определяется вес производимого изделия. Плотность показывает отношение массы к общему объему.

Самой распространенной системой измерения единиц плотности является 1 килограмм на м 3 . Этот показатель для меди равняется 8,93 кг/м 3 . В жидком виде плотность будет на уровне 8,0 г/см 3 . Общий показатель плотности может меняться в зависимости от марки металла, имеющего различные примеси. Для этого используется удельный вес вещества. Он является очень важной характеристикой, когда речь идет о производстве материалов, в составе которых есть медь. Удельный вес характеризует отношение массы меди в общем объеме сплава.

Удельный вес меди будет равняться 8,94 г/см 3 . Параметры удельной плотности и веса у меди совпадают, однако такое совпадение не характерно для других металлов. Удельная масса очень важна не только при производстве изделий с ее содержанием, но и при переработке лома. Существует много методик, с помощью которых можно рационально подобрать материалы для формирования изделий. В международных системах СИ параметр удельного веса выражается в ньютонах на 1 единицу объема.

Очень важно все расчеты производить в стадии проектирования устройств и механизмов. Удельная плотность и вес являются разными значениями, но они обязательно используются для определения массы заготовок для различных деталей, в составе которых есть Cuprum.

Если сравнить плотность меди и алюминия , мы увидим большую разницу. У алюминия этот показатель составляет 2698,72 кг/м 3 в состоянии при комнатной температуре. Однако с повышением температуры параметры становятся другими. При переходе алюминия в жидкое состояние при нагревании плотность у него будет в пределах 2,55−2,34 г/см 3 . Показатель всегда зависит от содержания легирующих элементов в алюминиевых сплавах.

Технические показатели сплавов металлов

Наиболее распространенными сплавами на основе меди считаются латунь и бронза . Их состав формируется также из других элементов:

• цинка;
• никеля;
• олова;
• висмута.

Все сплавы различаются между собой структурой. Наличие олова в составе позволяет делать бронзовые сплавы отменного качества. В более дешевые сплавы входит никель либо цинк. Производимые материалы на основе Cuprum обладают следующими характеристиками:

• высокая пластичность и износостойкость;
• электропроводность;
• устойчивость к агрессивной среде;
• низкий коэффициент трения.

Сплавы на основе меди находят широкое применение в промышленном производстве. Из них производят посуду, ювелирные украшения, электропровода и системы отопления. Материалы с Cuprum часто используют для декорирования фасадной части домов, изготовления композиций. Высокая устойчивость и пластичность являются основными качествами для применения материала.