- 1.0 Densidade do aço inoxidável
- 2.0 Aço inoxidável duplex e sua densidade única
- 3.0 Comparação de densidade entre tipos de aço inoxidável
- 4.0 Fatores que afetam a densidade do aço inoxidável
- 5.0 Como a densidade do aço inoxidável afeta o desempenho
- 6.0 Papel da densidade do aço inoxidável em aplicações práticas
1.0 Densidade do aço inoxidável
1.1 Introdução à densidade do aço inoxidável
A densidade do aço inoxidável refere-se à massa contida por unidade de volume. Normalmente, varia entre 7,5 e 8,0 g/cm³ (ou 7500–8000 kg/m³, 0,27–0,29 lb/pol³), tornando-se uma das principais propriedades físicas dos materiais de aço inoxidável. O valor exato varia dependendo do tipo e da composição da liga.
O aço inoxidável é uma liga de aço amplamente utilizada que contém pelo menos 10,5% cromo, com elementos adicionais como carbono, silício, manganês, níquel, molibdênio, titânio, e cobre adicionados dependendo da sua aplicação pretendida. Esses elementos de liga não apenas determinam sua resistência à corrosão, resistência mecânica, e conformabilidade, mas também influenciam diretamente sua densidade.
Em projetos de engenharia e controle de qualidade, a densidade é um parâmetro crítico usado para estimativa de peso, cálculos de capacidade de carga e avaliações de custos de materiais. Compreender a densidade de vários tipos de aço inoxidável ajuda a garantir medições precisas. seleção de materiais e projeto estrutural.
1.2 Densidade do aço inoxidável 304 e 316
- Densidade do aço inoxidável 304: ≈ 7,93 g/cm³ (7930 kg/m³ ou 0,286 lb/in³)
O aço inoxidável austenítico 304 é o mais utilizado. Sua densidade é ligeiramente superior à dos aços ferríticos e martensíticos (como o 403), ligeiramente inferior à do 316, inferior à do cobre e superior à do alumínio e do aço carbono. - Densidade do aço inoxidável 316: ≈ 7,98 g/cm³ (7980 kg/m³ ou 0,288 lb/in³)
Comparado ao aço inoxidável 304, o aço inoxidável 316 contém uma quantidade maior de níquel e molibdênio, resultando em uma densidade ligeiramente maior.
1.3 Tabela de densidade de aço inoxidável
| Tipo de aço inoxidável | Densidade (g/cm³) | Densidade (kg/m³) | Densidade (lb/in³) |
| 201 | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 202 | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 301 | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 302 | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 303 | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 304 | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 304L | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 304LN | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 305 | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 321 | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 309S | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 310S | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 316 | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 316L | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 316Ti | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 316LN | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 317 | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 317L | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 347 | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 904L | 7.98 | 7980 | 0.288 |
| 2205 | 7.8 | 7800 | 0.282 |
| S31803 | 7.8 | 7800 | 0.282 |
| S32750 | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 403 | 7.75 | 7750 | 0.28 |
| 410 | 7.75 | 7750 | 0.28 |
| 410S | 7.75 | 7750 | 0.28 |
| 416 | 7.75 | 7750 | 0.28 |
| 431 | 7.75 | 7750 | 0.28 |
| 440A | 7.74 | 7740 | 0.28 |
| 440 °C | 7.62 | 7620 | 0.275 |
| 420 | 7.73 | 7730 | 0.28 |
| 439 | 7.7 | 7700 | 0.278 |
| 430 | 7.7 | 7700 | 0.278 |
| 430F | 7.7 | 7700 | 0.278 |
| 434 | 7.74 | 7740 | 0.28 |
| 444 | 7.75 | 7750 | 0.28 |
| 405 | 7.72 | 7720 | 0.279 |
*Essas densidades são fornecidas em condições padrão de temperatura e pressão.
1.4 Tabela de densidade dos aços mais comuns
| Tipo de Aço | Nota | Principais elementos de liga (além de Fe e C) | Densidade (g/cm³) | Densidade (kg/m³) | Densidade (lb/in³) |
| Aço carbono | Baixo Carbono | – | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| Carbono Médio | – | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| Alto Carbono | – | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| Liga de aço | 4140 | Cromo, Molibdênio | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 4340 | Cromo, níquel, molibdênio | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| 8620 | Cromo, níquel, molibdênio | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| Aço inoxidável | 304 | Cr 18%, Ni 8% | 7.93 | 7930 | 0.286 |
| 316 | Cr 16–18%, Ni 10–14%, Mo | 7,98 – 8,00 | 7980 – 8000 | 0,288 – 0,289 | |
| 410 | Cr 11,5–13,5% | 7,75 – 7,80 | 7750 – 7800 | 0,280 – 0,282 | |
| 430 | Cr 16–18% | 7.70 | 7700 | 0.278 | |
| Aço para ferramentas | D2 | Cr, Mo, V | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| H13 | Cr, Mo, V | 7.80 | 7800 | 0.282 | |
| M2 | Mo, W, V | 8h00 – 8h30 | 8000 – 8300 | 0,289 – 0,300 | |
| Aço rápido | T1 | W, Mo, V | 8.50 | 8500 | 0.307 |
| M42 | Mo, Co, W, Cr | 8.30 | 8300 | 0.300 | |
| Aço Intemperizado | A242 | Cr, Ni | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| A588 | Cr, Ni | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| Aço Estrutural | A36 | – | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| A992 | V ou Nb | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| Aço Maraging | 250 | Ni, Co, Mo, Ti | 8.10 | 8100 | 0.293 |
| 300 | Ni, Co, Mo, Ti | 8.10 | 8100 | 0.293 | |
| Aço inoxidável duplex | 2205 | Cr 22%, Ni 5%, Mo 3% | 7.80 | 7800 | 0.282 |
| Aço Super Duplex | 2507 | Cr 25%, Ni 7%, Mo 4% | 7.80 | 7800 | 0.282 |
| Aço Silício | Orientado a grãos | Si ~3% | 7.65 | 7650 | 0.276 |
| Aço de mola | 5160 | Cr ~0,7–0,9% | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| 1095 | – | 7.85 | 7850 | 0.284 | |
| Aço Hadfield | – | Mn ~12%, Si | 7.87 | 7870 | 0.285 |
| Aço de corte livre | 12L14 | Pb, S | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| Aço Nitrogenado | – | N | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| Aço Elétrico | Não orientado | Si 2–3,5% | 7.65 | 7650 | 0.276 |
| Aço Criogênico | 9% Níquel | Ni 9% | 8.00 | 8000 | 0.289 |
| Aço HSLA | – | Vários elementos de liga | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| UHSS (Ultra Alta Resistência) | – | Ligação com Nb, Ti, etc. | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| Aço galvanizado | – | Revestimento de zinco | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| Aço ao boro | – | B | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| Aço Ferroviário | – | Cr, Mn | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| Aço de vergalhão | – | – | 7.85 | 7850 | 0.284 |
| Aço IF | – | Ti ou Nb | 7.85 | 7850 | 0.284 |
1.5 Conversão de densidade de aço inoxidável: kg/m³, g/cm³ e lbs/in³
| Unidade | Descrição | Fórmula de conversão |
| kg/m³ | Quilogramas por metro cúbico | 1 kg/m³ = 0,001 g/cm³ = 1000 g/m³ = 0,000036127 lbs/pol³ |
| g/cm³ | Gramas por centímetro cúbico | 1 g/cm³ = 1000 kg/m³ = 0,036127 lbs/pol³ |
| libras/pol³ | Libras por polegada cúbica | 1 lb/pol³ = 27.680 kg/m³ = 27,68 g/cm³ |
2.0 Aço inoxidável duplex e sua densidade única
Densidade: Aproximadamente 7,7–7,8 g/cm³, menor que o aço inoxidável austenítico devido à presença de ferrita, que tem uma densidade menor.
2.1 Visão geral
Aço inoxidável duplex combina austenita e ferrita em proporções aproximadamente iguais. Esta estrutura bifásica oferece alta resistência e excelente resistência à corrosão sob tensão, tornando-o ideal para aplicações exigentes.
2.2 Composição
Notas comuns como UNS S31803 e S32205 conter:
- 21–23% Cromo
- 4,5–6,5% Níquel
- 2,5–3,5% Molibdênio
Esses elementos melhoram a resistência à corrosão e a relação resistência-peso, adequados para químico, petróleo e gás, e marinho ambientes.
2.3 Principais benefícios
- O dobro do rendimento força de aços inoxidáveis padrão
- Permite material mais fino, reduzindo custos e peso
- Bom soldabilidade e condutividade térmica
- Menor expansão térmica, adequado para sistemas de alta pressão e corrosivos
3.0 Comparação de densidade entre tipos de aço inoxidável
Aço inoxidável austenítico: Graus como 304 e 316 têm densidades em torno de 7,9 g/cm³. Compostos principalmente por cromo e níquel, são não magnéticos, altamente resistentes à corrosão e muito dúcteis. Sua maior densidade os torna ideais para aplicações marítimas, químicas e outras aplicações de alta durabilidade.
Aço inoxidável ferríticoGraus como 430 e 409 têm densidades ligeiramente menores, tipicamente 7,7–7,8 g/cm³. Com mais cromo e menos níquel, são magnéticos e mais resistentes à corrosão sob tensão, sendo adequados para sistemas de escapamento automotivo e aplicações com peso reduzido.
Aço inoxidável martensítico: Graus como 410 e 420 também variam de 7,7 a 7,8 g/cm³. Esses aços contêm mais carbono, o que permite alta dureza após o tratamento térmico. Embora menos resistentes à corrosão, oferecem excelentes relações resistência-peso para ferramentas, lâminas e peças de alta tensão.
4.0 Fatores que afetam a densidade do aço inoxidável
A densidade do aço inoxidável não é um valor fixo — ela varia com base em vários fatores principais:
4.1 Composição da liga
A densidade depende em grande parte do tipo e da proporção dos elementos de liga:
- Ferro (Fe): Elemento base, determina a densidade basal.
- Cromo (Cr): ~7.190 kg/m³; reduz ligeiramente a densidade geral.
- Níquel (Ni): ~8.900 kg/m³; maior teor aumenta a densidade.
- Molibdênio (Mo): ~10.280 kg/m³; aumenta significativamente a densidade.
- Outros elementos (por exemplo, carbono, nitrogênio, manganês, silício) têm efeitos menores, mas podem ser essenciais em classes de alto desempenho.
4.2 Variação de temperatura
À medida que a temperatura aumenta, a expansão térmica aumenta o volume e reduz a densidade.
- Em média, a densidade diminui em ~0,4% para cada aumento de 100°C.
- Temperaturas extremamente altas ou baixas podem afetar tanto a densidade quanto o desempenho do material.
4.3 Condições de pressão
- A alta pressão comprime a estrutura atômica, aumentando a densidade.
- Baixa pressão (por exemplo, vácuo) pode causar leve expansão, diminuindo a densidade.
Esses efeitos devem ser considerados em ambientes de alta pressão ou vácuo.
4.4 Porosidade
- Porosidade refere-se a vazios ou lacunas internas no material.
- Maior porosidade reduz o volume efetivo do metal, diminuindo a densidade.
- Processos como pó metalurgia ou sinterização pode introduzir porosidade.
4.5 Processo de fabricação
- Parâmetros como temperatura do forno, taxa de resfriamento, sequência de liga, e aquecer tratamento pode afetar a microestrutura e a densidade final.
- O controle otimizado do processo garante propriedades consistentes e estáveis do material.
5.0 Como a densidade do aço inoxidável afeta o desempenho
A densidade do aço inoxidável não reflete apenas a compactação de sua estrutura atômica, mas também influencia diversas propriedades físicas e mecânicas:
- Resistência à tracção:O aço inoxidável de alta densidade normalmente oferece maior resistência à tração devido à sua estrutura atômica mais densa, melhorando a resistência à fratura sob tensão.
- Dureza: Materiais mais densos têm átomos mais compactados, resultando em maior dureza e melhor resistência à indentação, arranhões e deformação.
- Ductilidade:O aço inoxidável de baixa densidade tende a ser mais dúctil, permitindo que ele se estique sem quebrar — ideal para aplicações que exigem deformação significativa.
- Resistência à corrosão: Uma microestrutura mais densa reduz o caminho de penetração de meios corrosivos, aumentando a resistência à corrosão, especialmente em ambientes agressivos.
- Formabilidade:Aços de menor densidade com arranjos atômicos mais soltos são mais fáceis de dobrar, estampar e estampar, tornando-os adequados para componentes complexos ou de precisão.
- SoldabilidadeAço inoxidável de alta densidade geralmente requer mais energia para fundir devido a forças intermoleculares mais fortes, o que o torna mais difícil de soldar. Graus de menor densidade são geralmente mais fáceis de soldar.
- UsinabilidadeAços de alta densidade são mais duros e elásticos, o que aumenta a resistência ao corte e o desgaste da ferramenta. Aços de menor densidade são mais fáceis e eficientes de usinar.
- Sustentabilidade:O aço inoxidável com maior densidade geralmente tem maior resistência e durabilidade, o que resulta em maior vida útil, menos substituição frequente e maior eficiência de recursos.
6.0 Papel da densidade do aço inoxidável em aplicações práticas
- Cálculo de peso: A densidade é fundamental para calcular o peso do material (Peso = Densidade × Volume), afetando os custos de transporte e o projeto de carga estrutural.
- Seleção de materiais:Diferentes densidades atendem a diferentes necessidades: aço de maior densidade para peças de resistência crítica, aço de menor densidade para projetos leves.
- Estimativa de Força:A densidade ajuda a estimar a resistência mecânica e a rigidez, auxiliando na seleção de materiais em construções, máquinas e vasos de pressão.
- Avaliação da Resistência à Corrosão: Maior densidade geralmente indica uma microestrutura mais compacta, melhorando a resistência à corrosão por gás ou líquido.
- Design de Desempenho Térmico: A densidade afeta a condutividade térmica e a capacidade de calor, importantes para trocadores de calor e sistemas térmicos.
- Análise de Flutuabilidade e Estabilidade:Em ambientes fluidos, como estruturas marinhas ou tanques, a densidade é usada para analisar flutuabilidade e estabilidade.
- Configuração de parâmetros de usinagem: A densidade variável afeta as forças de corte, a seleção de ferramentas e os métodos de resfriamento durante a fabricação.
- Simulação e Modelagem Estrutural:Valores de densidade precisos são cruciais em FEA ou CAD para garantir resultados de simulação confiáveis.
- Reciclagem e Avaliação de Recursos: A densidade ajuda a avaliar o valor do material e a eficiência dos recursos na reciclagem e na análise do ciclo de vida.
Referências:
https://www.thyssenkrupp-materials.co.uk/density-of-stainless-steel
