Aço inoxidável austenítico – Densidade – Resistência – Dureza – Ponto de fusão

Sobre o aço inoxidável austenítico – Tipo 304

O aço inoxidável tipo 304 (contendo 18%-20% de cromo e 8%-10,5% de níquel) é o aço inoxidável mais comum. Também é conhecido como aço inoxidável “18/8″ devido à sua composição, que inclui 18% de cromo e 8% de níquel. Esta liga resiste à maioria dos tipos de corrosão. É um aço inoxidável austenítico e também possui excelentes propriedades criogênicas e boa resistência a altas temperaturas, bem como boas propriedades de conformação e soldagem. É menos eletricamente e termicamente condutor do que o aço carbono e é essencialmente não magnético.

O aço inoxidável tipo 304L, amplamente utilizado na indústria nuclear, é uma versão com baixo teor de carbono da liga de aço 304. Esta classe tem propriedades mecânicas um pouco mais baixas do que a classe 304 padrão, mas ainda é amplamente utilizada graças à sua versatilidade. O teor de carbono mais baixo em 304L minimiza a precipitação de carboneto prejudicial ou prejudicial como resultado da soldagem. O 304L pode, portanto, ser usado “como soldado” em ambientes de corrosão severa e elimina a necessidade de recozimento. O grau 304 também tem boa resistência à oxidação em serviço intermitente até 870°C e em serviço contínuo até 925°C.

O corpo do vaso do reator é construído em aço carbono de baixa liga de alta qualidade e todas as superfícies que entram em contato com o refrigerante do reator são revestidas com um mínimo de cerca de 3 a 10 mm de aço inoxidável austenítico para minimizar a corrosão. Como o grau 304L não requer recozimento pós-soldagem, é amplamente utilizado em componentes de calibre pesado.

Resumo

Nome	Aço inoxidável austenítico
Fase em STP	sólido
Densidade	7850 kg/m3
Resistência à tração	515 MPa
Força de rendimento	205 MPa
Módulo de elasticidade de Young	193 GPa
Dureza Brinell	201 BHN
Ponto de fusão	1450 °C
Condutividade térmica	20 W/mK
Capacidade de calor	500 J/gK
Preço	2 $/kg

Densidade do aço inoxidável austenítico

As densidades típicas de várias substâncias estão à pressão atmosférica. A densidade é definida como a massa por unidade de volume. É uma propriedade intensiva, que é matematicamente definida como massa dividida pelo volume: ρ = m/V

Em palavras, a densidade (ρ) de uma substância é a massa total (m) dessa substância dividida pelo volume total (V) ocupado por essa substância. A unidade padrão do SI é quilogramas por metro cúbico (kg/m³). A unidade padrão inglesa é libras de massa por pé cúbico (lbm/ft³).

A densidade do aço inoxidável austenítico é de 7850 kg/m³.

Exemplo: Densidade

Calcule a altura de um cubo feito de aço inoxidável austenítico, que pesa uma tonelada métrica.

Solução:

A densidade é definida como a massa por unidade de volume. É matematicamente definido como massa dividida pelo volume: ρ = m/V

Como o volume de um cubo é a terceira potência de seus lados (V = a³), a altura desse cubo pode ser calculada:

A altura desse cubo é então a = 0,503 m.

Propriedades Mecânicas do Aço Inoxidável Austenítico

Resistência do aço inoxidável austenítico

Na mecânica dos materiais, a resistência de um material é sua capacidade de suportar uma carga aplicada sem falha ou deformação plástica. A resistência dos materiais considera basicamente a relação entre as cargas externas aplicadas a um material e a deformação resultante ou alteração nas dimensões do material. Ao projetar estruturas e máquinas, é importante considerar esses fatores, para que o material selecionado tenha resistência adequada para resistir às cargas ou forças aplicadas e manter sua forma original.

A resistência de um material é a sua capacidade de suportar esta carga aplicada sem falha ou deformação plástica. Para tensão de tração, a capacidade de um material ou estrutura de suportar cargas que tendem a se alongar é conhecida como resistência à tração final (UTS). O limite de escoamento ou tensão de escoamento é a propriedade do material definida como a tensão na qual um material começa a se deformar plasticamente, enquanto o ponto de escoamento é o ponto onde a deformação não linear (elástica + plástica) começa. No caso de tensão de tração de uma barra uniforme (curva tensão-deformação), a lei de Hooke descreve o comportamento de uma barra na região elástica. O módulo de elasticidade de Young é o módulo de elasticidade para tensões de tração e compressão no regime de elasticidade linear de uma deformação uniaxial e geralmente é avaliado por ensaios de tração.

Veja também: Resistência dos Materiais

Resistência à tração final do aço inoxidável austenítico

A resistência à tração final do aço inoxidável austenítico é de 280 MPa.

Resistência ao escoamento do aço inoxidável austenítico

O limite de escoamento do aço inoxidável austenítico  é de 145 MPa.

Módulo de Elasticidade do Aço Inoxidável Austenítico

O módulo de elasticidade de Young do aço inoxidável austenítico é de 45 GPa.

Dureza do aço inoxidável austenítico

Na ciência dos materiais, a dureza é a capacidade de suportar  o recuo da superfície (deformação plástica localizada) e arranhões. O teste de dureza Brinell é um dos testes de dureza de indentação, que foi desenvolvido para testes de dureza. Nos testes Brinell, um  penetrador esférico duro é forçado sob uma carga específica na superfície do metal a ser testado.

O número de dureza Brinell (HB) é a carga dividida pela área da superfície da indentação. O diâmetro da impressão é medido com um microscópio com uma escala sobreposta. O número de dureza Brinell é calculado a partir da equação:

A dureza Brinell do aço inoxidável austenítico é de aproximadamente 70 BHN (convertido).

Veja também: Dureza dos Materiais

Exemplo: Força

Suponha uma haste de plástico, que é feita de aço inoxidável austenítico. Esta haste de plástico tem uma área de seção transversal de 1 cm². Calcule a força de tração necessária para atingir a resistência à tração final para este material, que é: UTS = 280 MPa.

Solução:

A tensão (σ) pode ser igualada à carga por unidade de área ou à força (F) aplicada por área de seção transversal (A) perpendicular à força como:

portanto, a força de tração necessária para atingir a resistência à tração final é:

F = UTS x A = 280 x 10⁶ x 0,0001 = 28000 N

Propriedades Térmicas do Aço Inoxidável Austenítico

Aço Inoxidável Austenítico – Ponto de Fusão

O ponto de fusão do aço inoxidável austenítico é 550-640 °C.

Observe que esses pontos estão associados à pressão atmosférica padrão. Em geral, a fusão é uma mudança de fase de uma substância da fase sólida para a líquida. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual essa mudança de fase ocorre. O ponto de fusão também define uma condição na qual o sólido e o líquido podem existir em equilíbrio. Para vários compostos químicos e ligas, é difícil definir o ponto de fusão, pois geralmente são uma mistura de vários elementos químicos.

Aço Inoxidável Austenítico – Condutividade Térmica

A condutividade térmica do aço inoxidável austenítico é de 116 W/(m·K).

As características de transferência de calor de um material sólido são medidas por uma propriedade chamada condutividade térmica, k (ou λ), medida em W/mK. É uma medida da capacidade de uma substância de transferir calor através de um material por condução. Observe que a lei de Fourier se aplica a toda matéria, independentemente de seu estado (sólido, líquido ou gasoso), portanto, também é definida para líquidos e gases.

A condutividade térmica da maioria dos líquidos e sólidos varia com a temperatura. Para vapores, também depende da pressão. No geral:

A maioria dos materiais são quase homogêneos, portanto, geralmente podemos escrever k = k (T). Definições semelhantes estão associadas a condutividades térmicas nas direções y e z (ky, kz), mas para um material isotrópico a condutividade térmica é independente da direção de transferência, kx = ky = kz = k.

Aço Inoxidável Austenítico – Calor Específico

O calor específico do aço inoxidável austenítico é 900 J/gK.

Calor específico, ou capacidade calorífica específica, é uma propriedade relacionada à energia interna que é muito importante na termodinâmica. As propriedades intensivas c_v e c_p são definidas para substâncias compressíveis puras simples como derivadas parciais da energia interna u(T, v)  e entalpia  h(T, p), respectivamente: 

onde os subscritos v e p denotam as variáveis ​​mantidas fixas durante a diferenciação. As propriedades c_v e c_p são chamadas de calores específicos (ou capacidades térmicas) porque, sob certas condições especiais, elas relacionam a mudança de temperatura de um sistema com a quantidade de energia adicionada pela transferência de calor. Suas unidades no SI são J/kg K ou J/mol K.