Porque é que o aço inoxidável tem propriedades físicas tão únicas e como é que estas afectam a sua utilização em várias indústrias? Este artigo explora as principais propriedades físicas do aço inoxidável, como a condução de calor, a expansão térmica, a resistência, o magnetismo e a densidade. A compreensão destas propriedades ajuda os engenheiros e os fabricantes a tomar decisões informadas ao selecionar materiais para diferentes aplicações, garantindo um desempenho e uma longevidade ideais. Mergulhe no fascinante mundo do aço inoxidável e descubra o que torna este material indispensável na tecnologia e na indústria modernas.
O aço inoxidável é um termo utilizado para designar o aço que é resistente à corrosão por ácidos fracos, como o ar, o vapor e a água, ou que tem uma propriedade inoxidável.
O aço inoxidável tem uma história de mais de 100 anos desde a sua criação.
A invenção do aço inoxidável é um marco significativo no mundo da metalurgia.
O avanço do aço inoxidável tem desempenhado um papel crucial no desenvolvimento das indústrias modernas e nos avanços tecnológicos.
O aço inoxidável tem propriedades físicas únicas em comparação com outros materiais, incluindo a condução de calor, a expansão térmica, a resistência, o magnetismo e a densidade.
É comummente reconhecido que a transferência de calor do aço inoxidável é mais lenta em comparação com outros materiais, como demonstrado na Tabela 1. Por exemplo, a condutividade térmica do aço inoxidável é 1/8 e 1/13 para SUS304em comparação com o alumínio. Em comparação com o aço-carbono, é de 1/2 e 1/4, respetivamente, o que indica uma baixa condutividade térmica do aço inoxidável.
Esta fraca condutividade térmica coloca desafios durante a recozimento processo de fabrico do aço inoxidável. O aço inoxidável é um material de liga composto por ferro com Cr e Ni adicionados.
Então, porque é que a transferência de calor no aço inoxidável é pior do que no ferro? Em termos simples, a adição de Cr e Ni dificulta a atividade dos electrões livres no cristal metálico, que conduzem o calor (condução eletrónica do calor). A atividade destes electrões livres é influenciada pela temperatura e, por isso, também está relacionada com a condução de calor na rede, onde os átomos vibram de forma irregular, elástica e ondulante, conduzindo o calor gradualmente na rede.
Vale a pena notar que a condutividade térmica do aço inoxidável muda com a temperatura. Quanto mais elevada for a temperatura, maior será a condutividade térmica, especialmente para os aços de alta liga como o aço inoxidável.
A dilatação térmica é o fenómeno em que o comprimento de um material aumenta em dL quando a temperatura aumenta em dT, dada uma temperatura inicial T e um comprimento L. O coeficiente de dilatação linear (a) pode ser expresso como
a = (1/L) * (dL/dT)
Para um aço sólido isotrópico, o coeficiente de expansão volumétrica (b) é igual a 3 vezes o coeficiente de expansão linear, ou b = 3a.
A Tabela 1 mostra os coeficientes de expansão linear de vários materiais. Comparado com o aço carbono, o SUS304 tem um coeficiente de expansão linear maior, enquanto o SUS430 tem um coeficiente de expansão linear menor. Além disso, o alumínio e o cobre têm coeficientes de expansão maiores do que o aço inoxidável.
Tabela 1 Condutividade térmica e coeficiente de expansão linear de vários materiais à temperatura ambiente
| Material | Condutividade térmica （W/m℃）×102 | Coeficiente de expansão linear（ × 10-6） |
| Prata Cobre Alumínio Crómio Níquel Ferro Aço carbono SUS430 SUS304 | 4.12 3.71 1.95 0.96 0.84 0.79 0.58 0.26 0.16 | 19 16.7 23 17 12.8 11.7 11 10.4 16.4 |
A dificuldade do fluxo de eletricidade é designada por resistência ou resistência específica, e é normalmente expressa através da seguinte fórmula:
Resistência = resistência específica ' (comprimento do condutor / área da secção transversal)
Quadro 2 Resistência eléctrica específica de vários materiais
| Ciência dos materiais | Resistência específica (à temperatura ambiente) | Série de temperaturas | ||
|---|---|---|---|---|
| Condutor | Metal puro | Prata Cobre Alumínio Ni Cr Ferro | Ωcm 1.62×10-6 1.72×10-6 2.75×10-6 7.2×10-6 17×10-6 9.8×10-6 | /℃ 4.1×10-3 4.3×10-3 4.2×10-3 6.7×10-3 2.1×10-3 6.6×10-3 |
| liga | SUS430 (Fe-18% Cr) SUS304 (Fe-18% Cr) - 8%Ni SUS310S (Fe-25% Cr) - 20% Ni Liga Fe-Cr-Al NiCr (nNi Cr) Bronze (cobre-estanho) | 60×10-6 72×10-6 78×10-6 140×10-6 108×10-6 15×10-6 | 0.8×10-3 0.6×10-3 0.5×10-3 0.1×10-3 0.1×10-3 0.5×10-3 | |
| Semicondutores | Germânio Silício | 5×10 3×105 | -- | |
| Isolador | Papel Resina epoxídica Vidro de quartzo | 1010~1012 103~1015 >1017 | - | |
O aço inoxidável é um metal que pode facilmente conduzir eletricidade entre vários metais.
No entanto, em comparação com os metais puros, a resistência específica de uma liga, incluindo o aço inoxidável, é geralmente maior. Isto deve-se ao facto de o aço inoxidável ter uma resistência específica mais elevada do que os seus elementos constituintes de Fe, Cr e Ni.
É de notar que o SUS304 tem uma resistência específica mais elevada do que o SUS430. E como o número de elementos de liga aumenta, como no caso do SUS310S, a resistência também aumenta.
A razão para o aumento da resistência eléctrica específica devido à liga é que o movimento dos electrões livres carregados é perturbado pela presença de elementos de liga.
É importante notar que os electrões livres também desempenham um papel na condução do calor. Por conseguinte, se a condutividade térmica de um metal for elevada, a sua condutividade eléctrica (recíproca da resistência específica) também é elevada.
Esta relação entre a condutividade eléctrica e a condutividade térmica é conhecida como a regra de Viedermann-Franz e é apresentada da seguinte forma
L/s = TLo (em que Lo é o número de Lorenz e T é a temperatura)
Vale a pena mencionar que a resistência específica também varia com a temperatura, como mostra a Tabela 2.
Tabela 3 Propriedades magnéticas de vários materiais
| Ciência dos materiais | Propriedades magnéticas | Permeabilidade magnética: μ （H=50e） |
| SUS430 | Forte magnetismo | – |
| Ferro | Forte magnetismo | – |
| Ni | Forte magnetismo | – |
| SUS304 | Não magnético (magnético durante o trabalho a frio) | 1.5 (processamento 65%) |
| SUS301 | Não magnético (magnético durante o trabalho a frio) | 14,8 (processamento 55%) |
| SUS305 | Não magnético | – |
Tabela 4 Densidade de vários materiais (à temperatura ambiente)
| Ciência dos materiais | Densidade (g/cm3) |
| SUS430 | 7.75 |
| SUS304 | 7.93 |
| Alumínio | 2.70 |
| Ferro | 7.87 |
| Cr | 7.19 |
| Ni | 8.9 |
| Prata | 10.49 |
| Cobre | 8.93 |
| Aço carbono | 7.87 |
| Madeira (queimada) | 0.70 |
| Vidro | 2.8-6.3 |
| Betão armado | 2.4 |
| Celuloide | 1.35-1.60 |
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
PT 
EN 
ES 
FR 
RU 
DE 