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Propiedades físicas generales del acero inoxidable

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

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

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

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

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

1. 1. Conducción del calor

Es un hecho comúnmente reconocido 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 de 1/8 y de 1/13 para SUS304en 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 escasa conductividad térmica plantea problemas durante la recocido proceso del acero inoxidable. El acero inoxidable es una aleación de hierro con adición de Cr y Ni.

Entonces, ¿por qué la transferencia de calor en el acero inoxidable es peor que en el hierro? Sencillamente, 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 tanto, también está relacionada con la conducción del calor en la red, donde los átomos vibran de forma irregular, elástica y ondulada, conduciendo el calor gradualmente en la red.

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

2. 2. Expansión térmica

La dilatación térmica es el fenómeno por el cual 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 dilatación lineal (a) puede expresarse como:

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

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

La tabla 1 muestra los coeficientes de dilatación lineal de diversos materiales. En comparación con el acero al carbono, el SUS304 tiene un coeficiente de dilatación lineal mayor, mientras que el SUS430 tiene un coeficiente de dilatación lineal menor. Además, el aluminio y el cobre tienen coeficientes de dilatación mayores que el acero inoxidable.

Tabla 1 Conductividad térmica y coeficiente de dilatación lineal de diversos materiales a temperatura ambiente

MaterialConductividad térmica (W/m℃)×102Coeficiente de dilatación lineal( × 10-6
Cobre plateado
Aluminio
Cromo Níquel
Hierro
Acero al 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 eléctrico se denomina resistencia o resistencia específica, y suele expresarse mediante la siguiente fórmula:

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

Tabla 2 Resistencia eléctrica específica de diversos materiales

Ciencia de los materialesResistencia específica (a temperatura ambiente)Series de temperatura
ConductorMetal puroPlata
Cobre
Aluminio
Ni
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
aleaciónSUS430 (Fe-18% Cr)
SUS304 (Fe-18% Cr) - 8%Ni
SUS310S (Fe-25% Cr) - 20% Ni
Aleación Fe-Cr-Al
NiCr (nNi Cr)
Bronce (estaño 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
SemiconductorGermanio
Silicio
5×10
3×105
--
AisladorPapel
Resina epoxi
Cristal de cuarzo
1010~1012
103~1015
>1017
-

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, suele ser mayor. Esto se debe a que el acero inoxidable tiene una resistencia específica mayor que sus elementos constitutivos de Fe, Cr y Ni.

Cabe señalar que el SUS304 tiene una resistencia específica mayor que el SUS430. Y como el número de elementos de aleación aumenta, 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 libres cargados se ve perturbado por la presencia de elementos de aleación.

Es importante tener en cuenta que los electrones libres también intervienen 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 lo es.

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

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 materialesPropiedades magnéticasPermeabilidad magnética: μ (H=50e)
SUS430Magnetismo fuerte
HierroMagnetismo fuerte
NiMagnetismo fuerte
SUS304No magnético (magnético durante el trabajo en frío)1,5 (procesamiento 65%)
SUS301No magnético (magnético durante el trabajo en frío)14,8 (procesamiento 55%)
SUS305No magnético

5. Densidad

Tabla 4 Densidad de diversos materiales (a temperatura ambiente)

Ciencia de los materialesDensidad
(g/cm3)
SUS4307.75
SUS3047.93
Aluminio2.70
Hierro7.87
Cr7.19
Ni8.9
Plata10.49
Cobre8.93
Acero al carbono7.87
Madera (quemada)0.70
Vidrio2.8-6.3
Hormigón armado2.4
Celuloide1.35-1.60

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