Kui plaanite ehitust, ostate materjale või proovite välja arvutada veokulud, peate teadma, kui raske on teie teras. Terase standardtihedus on 7,85 g/cm³ (490 lb/ft³). Arvamine ei toimi.
Ma tegelen igapäevaselt terase kaalukalkulatsioonidega. Nagu juhtiv töötleja ShincoFab, professionaalne lehtmetalli tootmise rajatis, tean omast käest, et üks vale number võib projekti eelarve lõhkuda. Ainuüksi eelmisel kuul päästis 304 roostevabast terasest lehtede partii täpne arvutamine meie kliendile üle $800 ootamatute ülekaaluliste veokulude arvelt.
Selles juhendis annan teile kõige levinumate terasetüüpide - alates kergest süsinikterasest kuni raske tööriistateraseni - spetsiifilise tiheduse numbrid. Kuid ma ei peatu põhilistel matemaatilistel andmetel. Ma annan teile ka vaimse otsetee terase kaalu kiirelt äraarvamiseks ja praktilise triki, kuidas hinnata oma saatmiskulusid.
Ei mingit segadusttekitavat tehnilist žargooni. Ainult täpsed numbrid ja lihtsad näpunäited, mida vajate oma projekti õigeks teostamiseks. Sukeldume sisse.
Milline on terase tihedus?
Tavaliselt kasutatakse terast, mille standardtihedus on umbes 7,85 g/cm³, mis vastab 7850 kg/m³, 490 lb/ft³ või 0,284 lb/in³. Need väärtused on materjalide andmebaasides, nagu MatWeb, laialdaselt tunnustatud kui süsinikterase praktilised viitenumbrid masinaehituses ja ehituses, kuigi täpne tihedus võib veidi erineda sõltuvalt teraseklassist ja sulami koostisest.
Enamiku igapäevaste arvutuste puhul on see standardväärtus piisavalt täpne, et hinnata kaalu, materjalikasutust ja konstruktsioonikoormust.
Mida tihedus tegelikult tähendab
Te kuulete kogu aeg, et inimesed räägivad tihedusest. Aga mida see tähendab teie jaoks tööplatsil?
Mõelge tiheduse all seda, kui tihedalt on materjal pakitud. See on suhe selle vahel, kui palju ruumi objekt võtab (ruumala) ja kui raske see on (mass).
Kujutage ette pappkasti kolimist. Kujutage ette, et täidate selle ääreni sulgedega. Nüüd kujutage ette, et täidate sama kasti tahke plii. Mõlema karbi suurus on sama, kuid selle sees olev kaal on erinev. Plii on palju tihedam.
Teras on väga tihe. Selle aatomid on tihedalt kokku pakitud, jättes väga vähe tühja ruumi. See tihe pakkimine muudab terastalad raskeks. See teeb ta ka piisavalt tugevaks, et hoida pilvelõhkujat.
Need numbrid ei ole lihtsalt triviaalsed. Terase tiheduse teadmine muudab seda, kuidas te oma tööd planeerite, ehitate ja maksate. Vaatame, miks on selle matemaatika õigesti arvutamine teie järgmise projekti puhul oluline.
Miks terase tihedus on teie projekti jaoks oluline
Mõne numbri teadmine on tore, kuid kuidas see aitab teil midagi ehitada?
Kindlustamine, et teie hoone ei varise kokku
Te ei taha, et teie projekt laguneks. Tihedus mõjutab otseselt seda, kui tugev on teie teras.
Kuna selle aatomid on nii tihedalt kokku pandud, suudab tihe teras vastu pidada suurele kaalule, ilma et see painduks. See sobib suurepäraselt kandvate talade jaoks. Kuid on üks konks: tihe teras on raske.
Iga lisatav palk suurendab vundamendi kogukaalu, mida see peab taluma. Ehitusinsenerid arvutavad selle lähtuvalt projekteerimisstandardid, nagu AISC teraskonstruktsiooni käsiraamat, viidates nende püsivate materjalide massile kui konstruktsiooni survekoormusele. Kui te saate tiheduse valesti määrata, võib teie konstruktsioon ebaõnnestuda, kui ta lihtsalt üritab end püsti hoida. Tugevuse ja kaalu tasakaalustamiseks on vaja täpseid numbreid.
Hoidke oma materjalikulud madalal
Terase ostmine ei ole nagu 2x4 tala ostmine. Tavaliselt maksad sa kilode, mitte jalgade kaupa.
See tähendab, et tihedam teras maksab teile rohkem raha. Raskem ei ole alati teie eelarve jaoks parem. Kui te ehitate liiga suure tihedusega sulamit, kui tavaline leebe teras sobiks, siis visate raha ära.
Lisaks on raskemat terast raskem käsitseda. Selle laadimine veoautole maksab rohkem. See võib isegi nõuda suurema kraana rentimist tööplatsil. Kui te teate oma tihedust, siis ei pea te ostma rohkem metalli kui vaja.
Katastroofide ennetamine töökojas (märkus meie tehasest)
Inimesed arvavad sageli, et tihedus on oluline ainult pilvelõhkujate puhul. Kuid meie ShincoFabi töökojas mõjutab see meie tööd iga päev.
Kui te arvestate valesti paksu terasplaadi tiheduse, võib see osa olla meie masinate jaoks liiga raske. Me näeme seda sageli. Kliendid kasutavad matemaatilisi arvutusi leebe terase jaoks, kuid tellivad raskemat roostevabast terasest.
Järsku on osa 5% raskem. See lisakaal muudab seda, kui palju jõudu vajavad meie masinad metalli painutamiseks. Õige tiheduse eelnev teadmine peatab need peavalud enne nende algust.
Mis tegelikult muudab terase tihedust?
Te võite arvata, et kogu teras on ühesugune. See ei ole nii.
Teras on retsept. Kui te muudate koostisosi, siis muudate ka tihedust. Vaatame, mis teeb ühe metallitüki raskemaks kui teise.
Kuidas süsinik mõjutab kaalu
Teras on peamiselt raud, millele on lisatud veidi süsinikku. Ma kuulen sageli, et inimesed arvavad, et süsiniku lisamine muudab terase raskemaks. Üllataval kombel see ei ole nii.
Süsinik toimib rauaatomite jaoks nagu superliim. Süsiniku suurendamine annab kõrge süsinikusisaldusega terase, mis muudab metalli kõvemaks ja vastupidavamaks. Kuid kuna süsinik ise on kerge element, muudab see üldmassi vaevu. Olenemata sellest, kas kasutate madala süsinikusisaldusega kergterast või jäika kõrge süsinikusisaldusega terast, jääb tihedus 7,85 g/cm³ piiresse.
Muude metallide lisamine (legeerimine)
Tõelised kaalumuutused toimuvad siis, kui segate erinevaid metalle. Me nimetame seda legeerimiseks.
Mõelge sellest nagu küpsetamisest. Kui lisate oma küpsisetainale raskeid šokolaadilaaste, muutub kogu partii raskemaks. Kui terasetootjad lisavad raskemetalle, näiteks niklit või molübdeeni, muutub teras tihedamaks.
Näiteks on roostevaba teras täis kroomi ja niklit, et takistada selle roostetamist. Need rasked lisandid tõstavad selle tiheduse lähemale 8,00 g/cm³. Seevastu kergemate elementide, näiteks alumiiniumi või räni lisamine vähendab tihedust.
Kuna iga retsept on veidi erinev, ei saa te oma materjalide kaalu ära arvata. Teil on vaja konkreetseid numbreid selle metalli jaoks, millega te töötate.
Terase tiheduse petuskeemid (metallitüübi järgi)
Terase tihedus varieerub sõltuvalt selle spetsiifilisest sulamkoostisest. Süsinikteras säilitab standardkaalu, samas kui roostevaba ja tööriistateras on raskem tänu lisatud rasketele elementidele, nagu kroom ja volfram. Allpool on esitatud tavapäraste teraseliikide ja nende täpse tiheduse võrdlustabel:
| Terase kategooria | Konkreetne hinne | Metriline tihedus (g/cm³) | Imperial Tihedus (lb/ft³) |
|---|---|---|---|
| Carbon / Mild | Keskmine süsinikteras | 7.85 | 490 |
| Carbon / Mild | ASTM A36 (konstruktsiooniline) | 7.85 | 490 |
| Carbon / Mild | AISI 1045 (keskmine) | 7.85 | 490 |
| Roostevaba | Standard (304 klass) | 7.93 | 495 |
| Roostevaba | Mereklass (316 klass) | 7.98 | 498 |
| Roostevaba | Duplex Roostevaba | ~7.80 | ~487 |
| Sulam / tööriist | Standard madala legeeriga | 7.85 | 490 |
| Sulam / tööriist | M2 tööriistateras | 8.16 | 509 |
| Sulam / tööriist | Kiirteras (T1) | 8.50 | 531 |
Leebe ja süsinikterase tihedus
Kui te ehitate tavalist raami, toru või tara, siis kasutate tõenäoliselt leebet või süsinikterast. See on igapäevaste projektide jaoks kõige sobivam metall. See on tugev, taskukohane ja seda on lihtne keevitada.
Kuna süsiniku sisaldus ei mõjuta oluliselt kaalu, jääb tihedus püsima.
- Keskmine süsinikteras: 7,85 g/cm³ (490 lb/ft³)
- ASTM A36 (tavaline konstruktsiooniline): 7,85 g/cm³ (490 lb/ft³). Üksikasjalikud andmed põhjalikud materjalijuhendid nagu AZoMi ASTM A36 profiil, see on laialdaselt tunnustatud kui kõige levinum süsinikteras, mida kasutatakse konstruktsioonirakendustes.
- AISI 1045 (keskmine süsinik): 7,87 g/cm³ (491 lb/ft³)
Roostevabast terasest tihedus
Roostevaba terast kasutate siis, kui teil on vaja võidelda rooste vastu. See sobib ideaalselt väliskonstruktsioonide, köögi ja laevaosade jaoks. Kuid rooste vastu võitlemisel tuleb kaalukadu.
Et metall oleks roostevaba, lisavad tootjad sellele raskemetalle, nagu kroom ja nikkel, mis suurendavad tihedust võrreldes leebe terasega.
- Standardne roostevaba (304 klassi): 7,93 g/cm³ (495 lb/ft³)
- Mereklass (316 klass): 8,00 g/cm³ (499 lb/ft³)
- Roostevaba dupleks: 7,80 g/cm³ (486 lb/ft³)
Legeeritud ja tööriistaterase tihedus
Mõnikord on vaja metalli, mis peab vastu äärmuslikule kuumusele ja purustava survele. Siinkohal tulevadki appi legeeritud ja tööriistaterased.
Me kasutame neid vastupidavaid metalle puurimispiitide, lõiketerade ja raskeveokite hammasrataste jaoks. Et muuta need peaaegu hävitamatuks, segavad terasetootjad neisse raskeid elemente nagu volfram, koobalt ja molübdeen. Nende tihedate lisandite tõttu on tööriistateras sageli kõige raskem metall töökojas.
- Madala legeeritud terasest standard: 7,85 g/cm³ (490 lb/ft³)
- M2 tööriistateras: 8,16 g/cm³ (509 lb/ft³)
- Kiirteras (T1): 8,50 g/cm³ (530 lb/ft³)
Kuidas on teras võrreldav teiste metallidega?
Teras on tugev, kuid raske. Mõnikord ei saa te seda lisaraskust endale lubada. Vaatame, kuidas teras kahe suurima rivaali vastu seisab.
Teras vs. alumiinium
Alumiinium on parim valik, kui kaal on teie suurim vaenlane. Kui te ehitate lennukit või võistlusautot, aeglustab iga lisakilo teid.
Alumiiniumi tihedus on umbes 2,70 g/cm³, mis teeb selle peaaegu kolm korda kergemaks kui terase. Te kaotate küll veidi toorest tugevust, kuid saate tohutu eelise kiiruse ja juhitavuse osas.
Teras vs. titaan
Mis siis, kui teil on vaja terase tugevust, kuid mitte kaalu? Kasutage titaani.
Titaan on tugevuse ja kaalu suhte kuningas. Tihedusega 4,50 g/cm³ on ta umbes poole raskem kui teras, kuid sama tugev. See on parim metall lennunduslike osade ja meditsiiniliste implantaatide jaoks.
Ainus saak? See on kallis. Enamiku igapäevaste projektide jaoks on teras endiselt parim valik.
Lihtne viis terase kaalu ja tiheduse arvutamiseks
Jagame matemaatika lahti. Selleks ei ole vaja insenerikraadi.
Põhiline matemaatika valem
Ametlik valem on: Tihedus = mass ÷ ruumala.
Kuid realistlikult öeldes on tihedus teile tavaliselt juba teada, sest te saate selle pettes lehega teada. Te tahate teada, kui raske on teras, enne kui proovite seda tõsta.
Kaalu leidmiseks pöörake valemit: Kaal = maht × tihedus.
Kõigepealt arvutage oma terasosa maht (pikkus × laius × paksus). Seejärel korrutage see maht terase tihedusega.
Lihtne ühikute teisendamine
Matemaatika muutub segaseks, kui sa segi ajad oma ühikuid. Siin on kiire ümberarvestusjuhend:
- Grammist kilogrammidesse: Korrutage g/cm³ 1000-ga. (Näide: 7,85 g/cm³ = 7850 kg/m³).
- Pound per inch et Pound per foot: Korrutage lb/in³ arvuga 1,728.
- Meetermõõdustik üleviimine imperialistlikuks: Korrutage g/cm³ 0,036-ga, et saada lb/in³.
Veenduge alati, et teie ühikud sobivad. Kui te mõõdate terase mahtu tollides, peate kasutama tihedust kuupmeetrites (0,284 lb/in³).
3 tavalist viga, mida inimesed teevad terase kaalu arvutamisel
Isegi õigete tihedusvalemite korral võib terase kaalu arvutamine tööplatsil kergesti valesti minna. Ehitusettevõtjad ja valmistajad kaotavad sageli aega ja raha, tehes mõned väga hästi välditavad vead. Siin on kolm kõige tavalisemat arvutusviga, mida tuleb vältida:
- Tühja ruumi unustamine: See juhtub sageli. Hiljuti palus üks klient meil valmistada raam, kasutades raskete seintega kandiliste torude konstruktsiooni. Nad tegid arvutusi, kasutades välismõõtmeid, nagu oleks tegemist tahke terasplokiga. Nende hinnanguline kaal oli 300 naela võrra vale. Arvutage alati kogu kuju ja lahutage sellest toru sees olev tühi õhk.
- Metriliste ja keiserlike mõõtühikute segiajamine: Mõõtke oma terasplaat tollides, seejärel korrutage see 7,85-ga (metriline tihedus). Teie lõplik number on kasutu. Valige enne alustamist üks mõõtmissüsteem ja jääge selle juurde.
- Eeldades, et kogu teras kaalub ühtmoodi: Standardi 490 lb/ft³ kasutamine iga projekti puhul on riskantne. Kui töötate suure hulga roostevaba või tööriistaterasega, suureneb see väike erinevus tiheduses kiiresti ja te võite oma veokit kergesti üle koormata.
Rusikareegel terase kaalu hindamiseks lennult
Olete keset hõivatud tööplatsi. Teil on vaja teada, kas kaks meest suudavad tõsta terasplaati või on vaja kahveltõstukit. Teil ei ole aega mahu ja tiheduse arvutamiseks.
Selle asemel jäta see fakt meelde: Ühejalgne ruudukujuline 1-tollise paksusega terasplaat kaalub 40,8 naela.
Kasutage seda lähtepunktina, et arvata kohe ära teiste detailide kaal. Kui see sama 1-jalgne plaat on poole tolli paksune, vähendage kaalu poole võrra (umbes 20 naela). Kui see 1 tolli paksune plaat on kahe jala pikkune, kahekordistage kaal (umbes 80 naela).
Plekksepatöötaja otsetee
Kuna me ShincoFabis oleme spetsialiseerunud lehtmetallile, ei tegele me alati 1-tollise paksusega plokkidega. Me tegeleme gabariitidega. Siin on veel üks vaimne otsetee, mida minu meeskond kasutab: 1 ruutjalg 11-tüüpi kergterasest (umbes 1/8″ paksusega) kaalub 5,04 naela. Hoidke meeles seda 5 naela reeglit iga kasutatava 11-grammise ruutmeetri kohta.
Kuidas kasutada tihedust oma saatmiskulude hindamiseks
Teistes juhistes öeldakse, et raskem teras maksab rohkem. Kuid nad ei ütle kunagi, kuidas neid kulusid prognoosida.
Veoettevõtjad võtavad tasu kogukaalu ja vahemaa alusel. Kõigepealt kasutage tiheduse valemeid, et leida oma saadetise kogukaal kilogrammides. Seejärel leidke välja keskmine veohind teie piirkonnas. Oletame, et kohalik veoettevõtja võtab $0,20 eurot naela eest.
Korrutage oma arvutatud kaal selle määraga. Kui teie terastalad kaaluvad 5000 naela, peaksid teie saatmiskulud olema umbes $1000. Kui tarnija annab teile hinnapakkumise $2 500, siis teate, et nad võtavad teilt liiga palju raha. Selle ise väljaarvutamine annab teile läbirääkimisvolitused.
Kiire KKK terase tiheduse kohta
Milline on leebe terase täpne tihedus?
Leebe terase standardtihedus on 7,85 g/cm³ (või 490 lb/ft³). Kuna selles on väga vähe süsinikku, asub see täpselt terase kaalu alammäära juures. Võite ohutult kasutada seda täpset arvu peaaegu iga standardse raami- või keevitusprojekti puhul.
Kas teras on raskem kui betoon?
Jah, ülekaalukalt. Teras on rohkem kui kolm korda tihedam kui tavaline betoon. Tahke betoon on umbes 2,40 g/cm³, samas kui terase tihedus ulatub kuni 7,85 g/cm³. Just sellepärast kasutame betoonehitiste tugevdamiseks terastraati. See lisab tohutut tugevust, ilma et see võtaks palju lisaruumi.
Milline on kõige raskem terasetüüp?
Tööriistaterased ja kiirterased on esikohal. Et muuta need metallid teiste metallide lõikamiseks piisavalt sitkeks, segavad tootjad neile raskeid elemente, nagu volfram ja koobalt. See suurendab nende tihedust umbes 8,50 g/cm³ (530 lb/ft³). Need on uskumatult vastupidavad ja te tunnete seda lisaraskust kindlasti, kui te neid kätte võtate.
Nüüd, kui saate täpselt aru, kui palju teie teras kaalub, saate vältida kalleid vigu ja hoida oma eelarvet kontrolli all. Teil on olemas numbrid, matemaatika ja lühikesed lõigud. On aeg minna ja alustada oma järgmise projekti ehitamist enesekindlalt!
Kokkuvõte
Nüüd on teil olemas numbrid, matemaatika ja tööplatsi lühikatsed. Terase tihedus ei ole enam ainult teaduslik termin. See on praktiline tööriist, mida saate kasutada raha säästmiseks, laevanduse planeerimiseks ja konstruktsioonide tugevana hoidmiseks.
Kui te teate, mida teie materjalid kaaluvad, siis võtate ehitamisest ära arvamise. Me näeme seda iga päev ShincoFab'i tehases omal nahal. Lehtmetallitootmisettevõttena teame, et kui matemaatilised andmed on õiged juba esimesest päevast alates, muudab see kogu tootmisprotsessi sujuvaks.
Hoidke seda 40,8-kilose rusikareeglit tagataskus. Kontrollige oma mahuarvutusi kaks korda, valige töö jaoks õige teras ja võtke oma järgmine projekt kindlalt käsile.
