Verständnis der allgemeinen physikalischen Eigenschaften von Edelstahl

Edelstahl ist ein Begriff, der sich auf Stahl bezieht, der gegen Korrosion durch schwache Säuren wie Luft, Dampf und Wasser beständig ist oder eine rostfreie Eigenschaft aufweist. Nichtrostender Stahl hat eine über 100-jährige Geschichte seit seiner Erfindung. Die Erfindung des rostfreien Stahls ist ein wichtiger Meilenstein in der Welt der Metallurgie. [...]

Inhaltsverzeichnis

Rostfreier Stahl ist ein Begriff, der sich auf Stahl bezieht, der gegen Korrosion durch schwache Säuren wie Luft, Dampf und Wasser beständig ist oder eine rostfreie Eigenschaft aufweist.

Nichtrostender Stahl kann auf eine über 100-jährige Geschichte seit seiner Entstehung zurückblicken.

Die Erfindung des rostfreien Stahls ist ein wichtiger Meilenstein in der Welt der Metallurgie.

Die Weiterentwicklung von rostfreiem Stahl hat eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung der modernen Industrie und des technologischen Fortschritts gespielt.

Edelstahl hat im Vergleich zu anderen Werkstoffen einzigartige physikalische Eigenschaften, darunter Wärmeleitung, Wärmeausdehnung, Widerstand, Magnetismus und Dichte.

1. Wärmeleitung

Es ist allgemein bekannt, dass die Wärmeübertragung von nichtrostendem Stahl im Vergleich zu anderen Materialien langsamer ist, wie in Tabelle 1 dargestellt. Die Wärmeleitfähigkeit von nichtrostendem Stahl beträgt zum Beispiel 1/8 und 1/13 für SUS304im Vergleich zu Aluminium. Im Vergleich zu Kohlenstoffstahl beträgt sie 1/2 bzw. 1/4, was auf eine geringe Wärmeleitfähigkeit von nichtrostendem Stahl hinweist.

Diese schlechte Wärmeleitfähigkeit stellt eine Herausforderung bei der Glühen Verfahren zur Herstellung von rostfreiem Stahl. Nichtrostender Stahl ist eine Legierung, die aus Eisen mit Zusatz von Cr und Ni besteht.

Warum also ist die Wärmeübertragung in nichtrostendem Stahl schlechter als in Eisen? Einfach ausgedrückt: Der Zusatz von Cr und Ni behindert die Aktivität der freien Elektronen im Metallkristall, die Wärme leiten (elektronische Wärmeleitung). Die Aktivität dieser freien Elektronen wird von der Temperatur beeinflusst und hängt somit auch mit der Wärmeleitung im Gitter zusammen, wo die Atome unregelmäßig, elastisch und wellenförmig schwingen und die Wärme allmählich im Gitter leiten.

Es ist erwähnenswert, dass sich die Wärmeleitfähigkeit von nichtrostendem Stahl mit der Temperatur ändert. Je höher die Temperatur, desto größer ist die Wärmeleitfähigkeit, insbesondere bei hochlegiertem Stahl wie Edelstahl.

2. Thermische Ausdehnung

Thermische Ausdehnung ist das Phänomen, bei dem die Länge eines Materials um dL zunimmt, wenn die Temperatur um dT steigt, wobei eine Anfangstemperatur T und eine Länge L gegeben sind:

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

Für einen isotropen Vollstahl ist der Volumenausdehnungskoeffizient (b) gleich dem Dreifachen des linearen Ausdehnungskoeffizienten, also b = 3a.

Tabelle 1 zeigt die linearen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien. Im Vergleich zu Kohlenstoffstahl hat SUS304 einen größeren linearen Ausdehnungskoeffizienten, während SUS430 einen kleineren linearen Ausdehnungskoeffizienten hat. Außerdem haben Aluminium und Kupfer größere Ausdehnungskoeffizienten als Edelstahl.

Tabelle 1 Wärmeleitfähigkeit und linearer Ausdehnungskoeffizient verschiedener Materialien bei Raumtemperatur

MaterialWärmeleitfähigkeit (W/m℃)×102Koeffizient der linearen Ausdehnung( × 10-6
Silber-Kupfer
Aluminium
Chrom Nickel
Eisen
Kohlenstoffstahl
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. Widerstand

Die Schwierigkeit des Stromflusses wird als Widerstand oder spezifischer Widerstand bezeichnet und in der Regel mit der folgenden Formel ausgedrückt:

Widerstand = spezifischer Widerstand ' (Leiterlänge / Querschnittsfläche)

Tabelle 2 Elektrischer spezifischer Widerstand verschiedener Materialien

MaterialwissenschaftSpezifischer Widerstand (bei Raumtemperatur)Temperaturreihen
DirigentReines MetallSilber
Kupfer
Aluminium
Ni
Cr
Eisen
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
LegierungSUS430 (Fe-18% Cr)
SUS304 (Fe-18% Cr) - 8%Ni
SUS310S (Fe-25% Cr) - 20% Ni
Fe-Cr-Al-Legierung
NiCr (nNi Cr)
Bronze (Zinn-Kupfer)
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
HalbleiterGermanium
Silizium
5×10
3×105
--
IsolatorPapier
Epoxidharz
Quarzglas
1010~1012
103~1015
>1017
-

Nichtrostender Stahl ist ein Metall, das unter den verschiedenen Metallen den Strom am besten leitet.

Im Vergleich zu reinen Metallen ist der spezifische Widerstand einer Legierung, einschließlich rostfreien Stahls, jedoch im Allgemeinen größer. Das liegt daran, dass nichtrostender Stahl einen höheren spezifischen Widerstand aufweist als seine Bestandteile Fe, Cr und Ni.

Es ist erwähnenswert, dass SUS304 einen höheren spezifischen Widerstand hat als SUS430. Und da die Anzahl der Legierungselemente steigt, wie im Fall von SUS310S, steigt auch der Widerstand.

Der Grund für die Erhöhung des spezifischen elektrischen Widerstands durch das Legieren liegt darin, dass die Bewegung der geladenen freien Elektronen durch die Anwesenheit von Legierungselementen gestört wird.

Es ist wichtig zu wissen, dass freie Elektronen auch bei der Wärmeleitung eine Rolle spielen. Wenn also die Wärmeleitfähigkeit eines Metalls hoch ist, ist auch seine elektrische Leitfähigkeit (Kehrwert des spezifischen Widerstands) hoch.

Diese Beziehung zwischen elektrischer und thermischer Leitfähigkeit ist als Viedermann-Franz-Regel bekannt und wird wie folgt dargestellt:

L/s = TLo (wobei Lo die Lorenzzahl und T die Temperatur ist)

Es ist erwähnenswert, dass der spezifische Widerstand auch mit der Temperatur variiert, wie in Tabelle 2 dargestellt.

4. Magnetismus

Tabelle 3 Magnetische Eigenschaften der verschiedenen Materialien

MaterialwissenschaftMagnetische EigenschaftenMagnetische Permeabilität: μ (H=50e)
SUS430Starker Magnetismus
EisenStarker Magnetismus
NiStarker Magnetismus
SUS304Nicht magnetisch (magnetisch bei Kaltumformung)1.5 (65% Verarbeitung)
SUS301Nicht magnetisch (magnetisch bei Kaltbearbeitung)14,8 (55% Verarbeitung)
SUS305Nichtmagnetisch

5. Dichte

Tabelle 4 Dichte verschiedener Materialien (bei Raumtemperatur)

MaterialwissenschaftDichte
(g/cm3)
SUS4307.75
SUS3047.93
Aluminium2.70
Eisen7.87
Cr7.19
Ni8.9
Silber10.49
Kupfer8.93
Kohlenstoffstahl7.87
Holz (verbrannt)0.70
Glas2.8-6.3
Bewehrter Beton2.4
Zelluloid1.35-1.60
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Shane
Autor

Shane

Gründerin von MachineMFG

Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.

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