مقدمه:
ما ممکن است زمان زیادی را صرف اندیشیدن به چگالی یک ماده نکنیم، اما متالورژها و مهندسان احتمالاً بیش از آن چیزی که اکثر مصرف کنندگان می دانند به چگالی فکر می کنند. چگالی یک جسم تعیین می کند که آن جسم شناور بماند یا غرق شود. آیا می دانید چرا یک سنگریزه کوچک به کف یک لیوان آب می ریزد در حالی که یک کنده غول پیکر روی سطح یک رودخانه شناور می شود.
سنگریزه از آب متراکم تر است در حالی که تراکم درخت کمتر است. مانند سنگریزه، چگالی فولاد نیز از آب بیشتر است، اما کشتی‌هایی که از چندین تن فولاد ساخته می‌شوند، بارها و مسافران را همیشه در بالای اقیانوس حمل می‌کنند. چگالی چگونه آن را توضیح می دهد؟ و چرا ما در مورد تراکم بحث می کنیم؟
همانطور که محققان بیشتر در مورد چگالی یاد گرفته اند، آنها همچنین کشف کرده اند که چگونه از این مفهوم برای پیشرفت فناوری استفاده کنند. برای بازگشت به مثال کشتی، می دانیم که هوای داخل محفظه های شناور کشتی نسبت به آب زیر آن چگالی کمتری دارد. به همین دلیل است که یک کشتی فولادی شناور می شود و یک زیردریایی فولادی غرق می شود.
چگالی برای تولیدکنندگان مهم است زیرا به جرم و حجم محصول مرتبط است. این عوامل با هم، اندازه و شناوری را تعیین می کنند که بر حمل و نقل، وزن و سودمندی یک محصول فلزی در یک محیط معین تأثیر می گذارد.
چگالی چیست؟
به طور کلی، کلمه چگالی به مقدار چیزی در یک فضای تعریف شده اشاره دارد. وقتی می گوییم تهران پرجمعیت است، منظور ما این است که افراد زیادی در داخل محدوده شهر زندگی می کنند. به طور علمی تر، چگالی به عنوان جرم در واحد حجم تعریف می شود.
با بیان جبری، فرمول چگالی به صورت زیر است:
ρ=m/V
در این رابطه، چگالی (ρ) برابر است با جرم (m) تقسیم بر حجم (V).
چگالی نیز یک خاصیت فشرده است، به این معنی که چگالی یک جسم بدون توجه به مقدار آن تغییر نمی کند. این سوال قدیمی را در نظر بگیرید: وزن کدام یک بیشتر است، یک تن آجر یا یک تن پر؟ البته پاسخ این است که وزن هر دو یک تن است. قدرت جوک در مفهوم چگالی است نه وزن. چگالی یک آجر 1.992 گرم بر سانتی متر مکعب است در حالی که چگالی یک پر حدود 0.0025 گرم بر سانتی متر مکعب است. به همین دلیل است که یک اینچ مربع آجر بیش از یک اینچ مربع پر وزن دارد که در واقع حدود 800 برابر بیشتر است.
در مورد واحدهای اندازه گیری، تراکم را می توان بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب، گرم بر سانتی متر، گرم بر متر مکعب یا پوند بر اینچ مکعب (lb/in3) اندازه گیری کرد. برای محاسبه چگالی یک جسم فولادی ضد زنگ یا تبدیل چگالی از یک واحد اندازه گیری به واحد دیگر، می توانید با ماشین حساب های آنلاین وزن و چگالی ورق استیل 304 را محاسبه کنید.
چرا چگالی مهم است؟
طراحان صنعتی هنگامی که مفاهیم خود را توسعه می دهند چندین عامل را در مورد فلز در نظر می گیرند. تراکم یکی از این عوامل است. یک فلز ممکن است بسیار متراکم تر از دیگری باشد. به عنوان مثال، اگر در حال طراحی یک لامپ برای قرار گرفتن روی میز هستید، تراکم مواد استفاده شده ممکن است اهمیت زیادی نداشته باشد. اگر در حال طراحی هواپیمایی هستید که باید از زمین بلند شود و در هوا بماند، چگالی ناگهان بسیار مهم می شود.
هنگامی که متالورژیست ها یک فلز را با فلز دیگر برای ساختن آلیاژ ترکیب می کنند، چگالی اهمیت دارد. فولاد آلیاژی از آهن، کربن و سایر مواد شیمیایی است. انواع مختلف فولاد از ترکیبات مختلفی از عناصر شیمیایی تشکیل شده است. به عنوان مثال، ورق استیل 304 حاوی حداقل 10.5٪ کروم است در حالی که فولاد کربنی دارای محتوای کروم کمتری است. در نتیجه، چگالی فولاد ساده کمی با چگالی ورق استیل 304 متفاوت است. هنگام ایجاد گرید جدیدی از فولاد یا جوشکاری نوعی فولاد به نوع دیگر، چگالی بر استحکام، سختی و چکش‌خواری مواد تولید شده تأثیر می‌گذارد.
چگالی ورق استیل 304 چقدر است؟
در مقایسه با بسیاری از فلزات دیگر، فولاد یک ماده بسیار متراکم است. به عنوان مثال، تیتانیوم دارای چگالی حدود نصف چگالی فولاد و آلومینیوم حدود یک سوم چگالی است.
چگالی فولاد ساده حدود 490 پوند بر فوت مکعب است که می تواند به صورت 7.85 گرم بر سانتی متر مکعب نیز بیان شود. چگالی فولاد کربنی حدود 7.84 گرم بر سانتی متر مکعب، چگالی آهن خالص حدود 7.86 گرم بر سانتی متر مکعب و ورق استیل 304 حدود 8.03 گرم بر سانتی متر مکعب است.
عیار خاص و ترکیب شیمیایی فولاد باعث می شود که چگالی آن کمی متفاوت باشد. ورق استیل 304 متراکم ترین نوع فولاد است، اما چگالی چگونه در بین انواع مختلف ورق استیل 304 متفاوت است؟ بیایید به دو گرید متداول ورق استیل نگاه کنیم، ورق استیل 304 و ورق استیل 316. چگالی گرید 304، 7930 کیلوگرم بر متر مکعب است در حالی که چگالی گرید 316 حدود 7980 کیلوگرم بر متر مکعب است.
ترکیب شیمیایی و محتوای متفاوت این دو گرید، تفاوت در چگالی آنها را تعیین می کند. ورق استیل 304 چگالی کمتری نسبت به 316 دارد، اما چگالی کمی بالاتر از ورق استیل 430 در 7750 گرم بر متر مکعب دارد.
گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی