Perché l'acciaio inossidabile ha proprietà fisiche così particolari e come influiscono sul suo utilizzo in vari settori? Questo articolo esplora le principali proprietà fisiche dell'acciaio inossidabile, come la conduzione del calore, l'espansione termica, la resistenza, il magnetismo e la densità. La comprensione di queste proprietà aiuta gli ingegneri e i produttori a prendere decisioni informate nella scelta dei materiali per le diverse applicazioni, garantendo prestazioni ottimali e lunga durata. Immergetevi nell'affascinante mondo dell'acciaio inossidabile e scoprite cosa rende questo materiale indispensabile nella tecnologia e nell'industria moderna.
L'acciaio inossidabile è un termine utilizzato per indicare l'acciaio resistente alla corrosione di acidi deboli come l'aria, il vapore e l'acqua, o con proprietà inossidabili.
L'acciaio inossidabile ha una storia di oltre 100 anni dalla sua creazione.
L'invenzione dell'acciaio inossidabile è una pietra miliare nel mondo della metallurgia.
Il progresso dell'acciaio inossidabile ha svolto un ruolo cruciale nello sviluppo delle industrie moderne e dei progressi tecnologici.
L'acciaio inossidabile ha proprietà fisiche uniche rispetto ad altri materiali, tra cui la conduzione del calore, l'espansione termica, la resistenza, il magnetismo e la densità.
È comunemente riconosciuto che il trasferimento di calore dell'acciaio inossidabile è più lento rispetto a quello di altri materiali, come dimostrato nella Tabella 1. Ad esempio, la conducibilità termica dell'acciaio inossidabile è di 1/8 e di 1/13 per il materiale di rivestimento. SUS304rispetto all'alluminio. Rispetto all'acciaio al carbonio, è rispettivamente di 1/2 e 1/4, il che indica una bassa conduttività termica dell'acciaio inossidabile.
Questa scarsa conducibilità del calore pone delle sfide durante la ricottura processo di lavorazione dell'acciaio inossidabile. L'acciaio inossidabile è una lega composta da ferro con l'aggiunta di Cr e Ni.
Allora, perché il trasferimento di calore nell'acciaio inossidabile è peggiore rispetto al ferro? In poche parole, l'aggiunta di Cr e Ni ostacola l'attività degli elettroni liberi nel cristallo metallico, che conducono il calore (conduzione termica elettronica). L'attività di questi elettroni liberi è influenzata dalla temperatura e quindi anche dalla conduzione termica reticolare, dove gli atomi vibrano in modo irregolare, elastico e ondulatorio, conducendo il calore gradualmente nel reticolo.
Vale la pena di notare che la conduttività termica dell'acciaio inossidabile varia con la temperatura. Più alta è la temperatura, maggiore è la conducibilità termica, soprattutto per gli acciai ad alta lega come l'acciaio inossidabile.
L'espansione termica è il fenomeno per cui la lunghezza di un materiale aumenta di dL quando la temperatura aumenta di dT, data una temperatura iniziale T e una lunghezza L. Il coefficiente di espansione lineare (a) può essere espresso come:
a = (1/L) * (dL/dT)
Per un acciaio solido isotropo, il coefficiente di espansione volumetrica (b) è pari a 3 volte il coefficiente di espansione lineare, ovvero b = 3a.
La tabella 1 mostra i coefficienti di espansione lineare dei vari materiali. Rispetto all'acciaio al carbonio, il SUS304 ha un coefficiente di espansione lineare maggiore, mentre il SUS430 ha un coefficiente di espansione lineare minore. Inoltre, l'alluminio e il rame hanno coefficienti di espansione maggiori rispetto all'acciaio inossidabile.
Tabella 1 Conduttività termica e coefficiente di espansione lineare di vari materiali a temperatura ambiente
| Materiale | Conduttività termica （W℃/m℃）×102 | Coefficiente di espansione lineare (× 10)-6） |
| Argento Rame Alluminio Cromo Nichel Ferro Acciaio al carbonio 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 |
La difficoltà del flusso di elettricità viene definita resistenza o resistenza specifica e viene solitamente espressa con la seguente formula:
Resistenza = resistenza specifica ' (lunghezza del conduttore / area della sezione trasversale)
Tabella 2 Resistenza elettrica specifica di vari materiali
| Scienza dei materiali | Resistenza specifica (a temperatura ambiente) | Serie di temperature | ||
|---|---|---|---|---|
| Conduttore | Metallo puro | Argento Rame Alluminio 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 |
| lega | SUS430 (Fe-18% Cr) SUS304 (Fe-18% Cr) - 8%Ni SUS310S (Fe-25% Cr) - 20% Ni Lega Fe-Cr-Al NiCr (nNi Cr) Bronzo (rame-stagno) | 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 | |
| Semiconduttori | Germanio Silicio | 5×10 3×105 | -- | |
| Isolante | Carta Resina epossidica Vetro di quarzo | 1010~1012 103~1015 >1017 | - | |
L'acciaio inossidabile è un metallo che può condurre facilmente l'elettricità tra i vari metalli.
Tuttavia, rispetto ai metalli puri, la resistenza specifica di una lega, compreso l'acciaio inossidabile, è generalmente maggiore. Questo perché l'acciaio inossidabile ha una resistenza specifica superiore a quella dei suoi elementi costitutivi, Fe, Cr e Ni.
Vale la pena notare che il SUS304 ha una resistenza specifica superiore al SUS430. E man mano che il numero di elementi in lega aumenta, come nel caso di SUS310S, anche la resistenza aumenta.
L'aumento della resistenza elettrica specifica dovuto alla legatura è dovuto al fatto che il movimento degli elettroni liberi carichi è perturbato dalla presenza di elementi di lega.
È importante notare che anche gli elettroni liberi svolgono un ruolo nella conduzione del calore. Pertanto, se la conducibilità termica di un metallo è elevata, lo è anche la sua conducibilità elettrica (reciproco della resistenza specifica).
Questa relazione tra conducibilità elettrica e termica è nota come regola di Viedermann-Franz ed è mostrata come segue:
L/s = TLo (dove Lo è il numero di Lorenz e T è la temperatura)
Vale la pena di ricordare che anche la resistenza specifica varia in funzione della temperatura, come mostrato nella Tabella 2.
Tabella 3 Proprietà magnetiche di vari materiali
| Scienza dei materiali | Proprietà magnetiche | Permeabilità magnetica: μ （H=50e） |
| SUS430 | Forte magnetismo | – |
| Ferro | Forte magnetismo | – |
| Ni | Forte magnetismo | – |
| SUS304 | Non magnetico (magnetico durante la lavorazione a freddo) | 1,5 (elaborazione 65%) |
| SUS301 | Non magnetico (magnetico durante la lavorazione a freddo) | 14,8 (elaborazione 55%) |
| SUS305 | Non magnetico | – |
Tabella 4 Densità di vari materiali (a temperatura ambiente)
| Scienza dei materiali | Densità (g/cm3) |
| SUS430 | 7.75 |
| SUS304 | 7.93 |
| Alluminio | 2.70 |
| Ferro | 7.87 |
| Cr | 7.19 |
| Ni | 8.9 |
| Argento | 10.49 |
| Rame | 8.93 |
| Acciaio al carbonio | 7.87 |
| Legno (bruciato) | 0.70 |
| Vetro | 2.8-6.3 |
| Calcestruzzo armato | 2.4 |
| Celluloide | 1.35-1.60 |
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