Comprensión de las propiedades físicas generales del acero inoxidable

Acero inoxidable es un término utilizado para referirse al acero que es resistente a la corrosión de ácidos débiles como el aire, el vapor y el agua, o que tiene propiedades inoxidables.

El acero inoxidable tiene una historia de más de 100 años desde su creación.

La invención del acero inoxidable supone un hito importante en el mundo de la metalurgia.

El avance del acero inoxidable ha jugado un papel crucial en el desarrollo de industrias modernas y avances tecnológicos.

El acero inoxidable tiene propiedades físicas únicas en comparación con otros materiales, incluida la conducción de calor, la expansión térmica, la resistencia, el magnetismo y la densidad.

1. Conducción de calor

Se reconoce comúnmente que la transferencia de calor del acero inoxidable es más lenta en comparación con otros materiales, como se demuestra en la Tabla 1. Por ejemplo, la conductividad térmica del acero inoxidable es 1/8 y 1/13 para SUS304, en comparación con el aluminio. En comparación con el acero al carbono, es 1/2 y 1/4 respectivamente, lo que indica una baja conductividad térmica del acero inoxidable.

Esta baja conductividad térmica plantea desafíos durante el proceso de recocido del acero inoxidable. El acero inoxidable es un material de aleación compuesto de hierro con la adición de Cr y Ni.

Entonces, ¿por qué la transferencia de calor en el acero inoxidable es peor que en el hierro? En pocas palabras, la adición de Cr y Ni dificulta la actividad de los electrones libres en el cristal metálico, que conducen el calor (conducción electrónica del calor). La actividad de estos electrones libres está influenciada por la temperatura y, por lo tanto, también está relacionada con la conducción de calor en la red, donde los átomos vibran de manera irregular, elástica y ondulada, conduciendo gradualmente el calor en la red.

Es importante señalar que la conductividad térmica del acero inoxidable cambia con la temperatura. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la conductividad térmica, especialmente en aceros de alta aleación como el acero inoxidable.

2. Expansión térmica

La expansión térmica es el fenómeno en el que la longitud de un material aumenta en dL cuando la temperatura aumenta en dT, dada una temperatura inicial T y una longitud L. El coeficiente de expansión lineal (a) se puede expresar como:

a = (1/L) * (dL/dT)

Para un acero sólido isotrópico, el coeficiente de expansión volumétrica (b) es igual a 3 veces el coeficiente de expansión lineal, o b = 3a.

La Tabla 1 muestra los coeficientes de expansión lineal de varios materiales. En comparación con el acero al carbono, SUS304 tiene un coeficiente de expansión lineal mayor, mientras que SUS430 tiene un coeficiente de expansión lineal menor. Además, el aluminio y el cobre tienen coeficientes de expansión más altos que el acero inoxidable.

Tabla 1 Conductividad térmica y coeficiente de expansión lineal de varios materiales a temperatura ambiente.

Material Conductividad térmica(W/m℃)×10 2 Coeficiente de expansión lineal (×10 -6 )
Plata Cobre
Aluminio
Níquel Cromo
Hierro
Acero 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

3. Resistencia

La dificultad del flujo de electricidad se llama resistencia o resistencia específica y generalmente se expresa mediante la siguiente fórmula:

Resistencia = resistencia específica' (longitud del conductor / área de sección transversal)

Tabla 2 Resistencia eléctrica específica de diferentes materiales.

Ciencia de los Materiales Resistencia específica (a temperatura ambiente) Serie de temperatura
Conductor Puro metal Plata
Cobre
Aluminio
No
cr
Hierro
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
encender SUS430 (Fe-18%Cr)
SUS304 (Fe-18%Cr) – 8%Ni
SUS310S (Fe-25% Cr) – 20% Ni
Aleación Fe-Cr-Al
NiCr (nNiCr)
Bronce (estaño de cobre)
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
Semiconductor Germanio
Silicio
5×10
3×10 5
––
Aislante Papel
Resina epoxica
Vidrio de cuarzo
10 10 ~ 10 12
10 3 ~ 10 15
>10 17

El acero inoxidable es un metal que puede conducir fácilmente la electricidad entre varios metales.

Sin embargo, en comparación con los metales puros, la resistencia específica de una aleación, incluido el acero inoxidable, es generalmente mayor. Esto se debe a que el acero inoxidable tiene una resistencia específica mayor que sus elementos constituyentes Fe, Cr y Ni.

Es importante señalar que SUS304 tiene una resistencia específica mayor que SUS430. Y a medida que aumenta el número de elementos de aleación, como en el caso del SUS310S, la resistencia también aumenta.

La razón del aumento de la resistencia eléctrica específica debido a la aleación es que el movimiento de los electrones cargados libres se detiene por la presencia de elementos de aleación.

Es importante señalar que los electrones libres también desempeñan un papel en la conducción del calor. Por tanto, si la conductividad térmica de un metal es alta, su conductividad eléctrica (recíproca de la resistencia específica) también será alta.

Esta relación entre la conductividad eléctrica y térmica se conoce como regla de Viedermann-Franz y se muestra a continuación:

L/s = TLo (donde Lo es el número de Lorenz y T es la temperatura)

Cabe mencionar que la resistencia específica también varía con la temperatura, como se muestra en la Tabla 2.

4. Magnetismo

Tabla 3 Propiedades magnéticas de diversos materiales

Ciencia de los Materiales propiedades magnéticas Permeabilidad magnética: μ (H=50e)
SUS430 Fuerte magnetismo
Hierro Fuerte magnetismo
No Fuerte magnetismo
SUS304 No magnético (magnético durante el trabajo en frío) 1,5 (65% de procesamiento)
SUS301 No magnético (magnético durante el trabajo en frío) 14,8 (55% de procesamiento)
SUS305 No magnético

5. Densidad

Tabla 4 Densidad de diversos materiales (a temperatura ambiente)

Ciencia de los Materiales Densidad
(g/ cm3 )
SUS430 7,75
SUS304 7,93
Aluminio 2.70
Hierro 7,87
cr 7.19
No 8.9
Plata 10:49 am
Cobre 8.93
Acero carbono 7,87
Madera (quemada) 0,70
Vaso 2.8-6.3
Concreto reforzado 2.4
Celuloide 1,35-1,60

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