Por que o aço inoxidável tem propriedades físicas tão exclusivas e como elas afetam seu uso em vários setores? Este artigo explora as principais propriedades físicas do aço inoxidável, como condução de calor, expansão térmica, resistência, magnetismo e densidade. A compreensão dessas propriedades ajuda os engenheiros e fabricantes a tomar decisões informadas ao selecionar materiais para diferentes aplicações, garantindo desempenho e longevidade ideais. Mergulhe no fascinante mundo do aço inoxidável e descubra o que torna esse material indispensável na tecnologia e na indústria modernas.
Aço inoxidável é um termo usado para se referir ao aço que é resistente à corrosão por ácidos fracos, como ar, vapor e água, ou que tem uma propriedade inoxidável.
O aço inoxidável tem uma história de mais de 100 anos desde sua criação.
A invenção do aço inoxidável é um marco significativo no mundo da metalurgia.
O avanço do aço inoxidável desempenhou um papel crucial no desenvolvimento de indústrias modernas e nos avanços tecnológicos.
O aço inoxidável tem propriedades físicas exclusivas em comparação com outros materiais, incluindo condução de calor, expansão térmica, resistência, magnetismo e densidade.
É comumente reconhecido que a transferência de calor do aço inoxidável é mais lenta em comparação com outros materiais, conforme demonstrado na Tabela 1. Por exemplo, a condutividade térmica do aço inoxidável é de 1/8 e 1/13 para SUS304em comparação com o alumínio. Em comparação com o aço carbono, é 1/2 e 1/4, respectivamente, o que indica uma baixa condutividade térmica do aço inoxidável.
Essa baixa condutividade térmica apresenta desafios durante a recozimento processo de aço inoxidável. O aço inoxidável é um material de liga composto de ferro com adição de Cr e Ni.
Então, por que a transferência de calor no aço inoxidável é pior do que no ferro? Simplificando, a adição de Cr e Ni dificulta a atividade dos elétrons livres no cristal metálico, que conduzem o calor (condução eletrônica de calor). A atividade desses elétrons livres é influenciada pela temperatura e, portanto, também está relacionada à condução de calor da rede, em que os átomos vibram de forma irregular, elástica e ondulatória, conduzindo o calor gradualmente na rede.
Vale a pena observar que a condutividade térmica do aço inoxidável muda com a temperatura. Quanto mais alta a temperatura, maior a condutividade térmica, especialmente para o aço de alta liga, como o aço inoxidável.
A expansão térmica é o fenômeno 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 expansão linear (a) pode ser expresso como:
a = (1/L) * (dL/dT)
Para um aço sólido isotrópico, o coeficiente de expansão de volume (b) é igual a três vezes o coeficiente de expansão linear, ou b = 3a.
A Tabela 1 mostra os coeficientes de expansão linear de vários materiais. Comparado ao 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 Cromo 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 chamada de resistência ou resistência específica, e geralmente é expressa pela seguinte fórmula:
Resistência = resistência específica ' (comprimento do condutor / área da seção transversal)
Tabela 2 Resistência elétrica específica de vários materiais
| Ciência dos materiais | Resistência específica (em 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 epóxi Vidro de quartzo | 1010~1012 103~1015 >1017 | - | |
O aço inoxidável é um metal que pode facilmente conduzir eletricidade entre vários metais.
Entretanto, em comparação com os metais puros, a resistência específica de uma liga, incluindo o aço inoxidável, é geralmente maior. Isso ocorre porque o aço inoxidável tem uma resistência específica mais alta do que seus elementos constituintes Fe, Cr e Ni.
Vale a pena observar que o SUS304 tem uma resistência específica maior do que o SUS430. E como o número de elementos de liga aumenta, como no caso do SUS310S, a resistência também aumenta.
O motivo do aumento da resistência elétrica específica devido à liga é que o movimento de elétrons livres carregados é interrompido pela presença de elementos de liga.
É importante observar que os elétrons livres também desempenham um papel na condução de calor. Portanto, se a condutividade térmica de um metal for alta, sua condutividade elétrica (recíproca da resistência específica) também será alta.
Essa relação entre a condutividade elétrica e térmica é conhecida como a regra de Viedermann-Franz e é mostrada a seguir:
L/s = TLo (onde Lo é o número de Lorenz e T é a temperatura)
Vale a pena mencionar que a resistência específica também varia com a temperatura, conforme mostrado na 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 do 55%) |
| SUS305 | Não magnético | – |
Tabela 4 Densidade de vários materiais (em 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 |
| Concreto armado | 2.4 |
| Celuloide | 1.35-1.60 |
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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