As principais propriedades do aço inoxidável: O que você precisa saber

O aço inoxidável é valorizado por sua força, durabilidade e resistência à corrosão. Este blog aborda suas principais propriedades físicas e químicas, incluindo composição, resistência e fatores que afetam o desempenho. A compreensão dessas propriedades mostrará por que o aço inoxidável é tão versátil e confiável.

O que é aço inoxidável?

Aço inoxidável, ou inox, CRES e aço inoxidável, é uma liga feita de ferro 70-80%, pelo menos 10,5% de cromo e outros elementos como carbono. O cromo protege contra ferrugem e corrosão, e é mais fácil de limpar do que alumínio e cobre. Com sua alta resistência, altamente reciclável, durabilidade e brilho, o aço inoxidável é usado em construção, automotivo, instrumentos médicos e utensílios de cozinha. Os tipos comuns incluem austenítico, ferrítico, martensítico e duplex.

Quais são as propriedades físicas do aço inoxidável? 

As excelentes propriedades físicas do aço inoxidável o tornam perfeito para vários usos. Essas propriedades incluem resistência, condutividade térmica, magnetismo, densidade, condutividade elétrica, ponto de fusão, elasticidade, resistência ao impacto e resistência à fadiga.

Condutividade térmica

O aço inoxidável tem menor condutividade térmica em comparação com outros metais, como cobre e alumínio. Isso o torna menos eficiente na condução de calor, mas proporciona uma transferência de calor controlada. Essa propriedade é útil para utensílios de cozinha e panelas em que se deseja um aquecimento uniforme, bem como em aplicações em que o isolamento térmico é importante.

Propriedade magnética

O magnetismo do aço inoxidável varia de acordo com o tipo. Aços inoxidáveis austeníticos (série 300) são geralmente não magnéticos devido à sua estrutura cristalina, enquanto aços inoxidáveis ferríticos e martensíticos (série 400) são magnéticos. Essa propriedade é significativa em aplicações como separação magnética, aparelhos elétricos e processos industriais onde a resposta magnética é necessária.

Densidade

Com uma densidade de cerca de 7,8 gramas por centímetro cúbico, o aço inoxidável é relativamente pesado. Isto densidade do aço SS aumenta sua resistência e durabilidade, tornando-o ideal para aplicações de construção, automotivas e aeroespaciais. A densidade também impacta o desempenho do material em ambientes de alto estresse.

Condutividade elétrica

O aço inoxidável tem baixa condutividade elétrica, o que o torna um mau condutor de eletricidade. Essa propriedade é benéfica para aplicações que requerem resistência elétrica, como elementos de aquecimento, resistores e componentes que exigem interferência elétrica mínima. Ela ajuda a manter a segurança e a eficiência dos dispositivos elétricos e eletrônicos.

Ponto de fusão

Ponto de fusão do aço inoxidável de 1.400 a 1.530 graus Celsius (2.552 a 2.786 graus Fahrenheit). Seu alto ponto de fusão permite que seja usado em ambientes como fornalhas, trocadores de calor e motores a jato. A capacidade de suportar temperaturas extremas sem deformar ou perder resistência o torna ideal para aplicações críticas.

Elasticidade e plasticidade

O aço inoxidável apresenta elasticidade e plasticidade, o que significa que pode ser esticado ou comprimido e, em seguida, retornar à sua forma original (elasticidade), bem como ser permanentemente deformado sem quebrar (plasticidade). Essas propriedades são cruciais para processos de fabricação como dobra, laminação e forjamento, permitindo a produção de formas e estruturas complexas.

Resistência ao impacto

O aço inoxidável resiste a impactos e choques, absorvendo energia sem fraturar. Essa propriedade é importante para aplicações críticas de segurança nos setores automotivo, aeroespacial e de construção, nos quais os materiais devem resistir a impactos e vibrações repentinos. Sua resistência garante desempenho duradouro e confiabilidade em condições adversas.

Resistência à fadiga

O aço inoxidável tem excelente resistência à fadiga, suportando ciclos repetidos de estresse sem falhar. Isso o torna adequado para componentes sujeitos a cargas cíclicas, como molas, fixadores e elementos estruturais em edifícios e pontes. Sua capacidade de resistir a rachaduras por fadiga aumenta a segurança e a durabilidade de estruturas e sistemas mecânicos.

Essas propriedades tornam o aço inoxidável adequado para diversas aplicações industriais e de consumo, desde utensílios de cozinha até componentes aeroespaciais. 

Quais são as propriedades químicas do aço inoxidável? 

As propriedades químicas do aço inoxidável o tornam perfeito para vários usos. Essas propriedades incluem a composição química, a resistência à corrosão, a resistência à oxidação, a resistência a ácidos e álcalis, a resistência à corrosão por pite e em fendas, a resistência à corrosão intergranular, a resistência a rachaduras por corrosão sob tensão e a passivação da superfície.

Composição química

O aço inoxidável é composto principalmente de ferro, pelo menos 10,5% de cromo e elementos como níquel, molibdênio e carbono. O cromo é o principal elemento que confere ao aço inoxidável sua resistência à corrosão, formando uma fina camada de óxido na superfície. A composição varia de acordo com o grau, com elementos adicionados, como o níquel, para maior resistência à corrosão e tenacidade, ou o molibdênio, para maior força e resistência a pites.

Resistência à corrosão

A excelente resistência à corrosão do aço inoxidável se deve ao cromo, que forma uma camada protetora de óxido para evitar ferrugem. Essa propriedade torna o aço inoxidável perfeito para ambientes agressivos, como aplicações marítimas, plantas químicas e instrumentos médicos, onde ferrugem e resistência à corrosão são cruciais. Suas propriedades higiênicas também ajudam a mantê-lo limpo em condições úmidas e corrosivas, prevenindo o crescimento de bactérias, tornando-o perfeito para aplicações sanitárias.

Resistência à oxidação

O aço inoxidável apresenta alta resistência à oxidação, mesmo em temperaturas elevadas. O cromo forma uma camada de óxido estável que impede a oxidação adicional. Essa propriedade é especialmente útil em aplicações de alta temperatura, como sistemas de exaustão, trocadores de calor e fornos industriais expostos a ambientes oxidantes.

Resistência a ácidos e álcalis

O aço inoxidável resiste a muitos ácidos e álcalis, tornando-o ideal para processamento químico e usos na indústria alimentícia. O nível de resistência depende do grau do aço inoxidável e da concentração do ácido ou álcali.

Por exemplo, Aço inoxidável 316, que contém molibdênio, oferece maior resistência a cloretos e ambientes ácidos em comparação ao aço inoxidável 304.

Resistência à corrosão por pites e fendas

O aço inoxidável, especialmente os tipos que contêm molibdênio, como o 316, é resistente à corrosão por pite e em frestas. Essas formas localizadas de corrosão ocorrem em espaços confinados e geralmente são causadas por cloretos. A resistência a esses tipos de corrosão é essencial para aplicações em ambientes marinhos, processamento químico e outros setores em que a exposição a ambientes ricos em cloreto é comum.

Resistência à corrosão intergranular

A corrosão intergranular ocorre nos limites dos grãos do aço inoxidável exposto a altas temperaturas. Os graus estabilizados, como 321 e 347, que contêm titânio ou nióbio, são projetados para resistir à corrosão intergranular. Essa propriedade é fundamental para manter a integridade estrutural do aço inoxidável em aplicações de soldagem e de alta temperatura.

Resistência a rachaduras por corrosão sob tensão

O aço inoxidável resiste à rachadura por corrosão sob tensão (SCC), que é causada por tensão de tração e um ambiente corrosivo. Os aços inoxidáveis austeníticos, como 304 e 316 são geralmente resistentes à CEC, o que os torna adequados para uso em ambientes em que a CEC induzida por cloreto é uma preocupação, como em fábricas de produtos químicos e nos setores de petróleo e gás.

Passivação de superfície

Passivação de superfície é o processo pelo qual a camada protetora de óxido do aço inoxidável é reforçada. Isso geralmente é feito com banhos de ácido nítrico ou cítrico que removem contaminantes e promovem uma camada passiva. A passivação melhora a resistência à corrosão do aço inoxidável e é essencial para a fabricação de componentes de dispositivos médicos e equipamentos semicondutores.

Essas propriedades químicas garantem que o aço inoxidável continue sendo um material versátil e durável, capaz de suportar uma variedade de ambientes químicos agressivos e manter sua integridade por longos períodos.

Quais são as propriedades mecânicas do aço inoxidável

Resistência à tração do aço inoxidável

Resistência à tração refere-se ao estresse máximo que um material pode suportar antes de quebrar. Diferentes tipos de aço inoxidável têm resistências à tração variadas, influenciadas por processos como tratamento térmico e trabalho a frio. Materiais mais espessos também podem apresentar maior resistência. Por exemplo, o grau comum 304 tem uma resistência à tração de cerca de 210 MPa (30.000 psi) na condição recozida. O trabalho a frio pode aumentar sua resistência para 1.050 MPa (153.000 psi) no estado totalmente duro.

Limite de escoamento do aço inoxidável

A resistência ao escoamento é o ponto em que um material começa a se deformar plasticamente sob cargas de tração ou compressão, tipicamente menores que a resistência à tração. Métodos como trabalho a frio, refinamento de grãos, reforço de solução sólida, endurecimento por deformação e reforço por precipitação podem melhorar a resistência ao escoamento. No entanto, o processamento excessivo deve ser evitado. O aço inoxidável 304 recozido tem uma resistência ao escoamento menor, em torno de 200 a 250 MPa, enquanto o 304 trabalhado a frio pode atingir 250 a 300 MPa.

Ductilidade do Aço Inoxidável

Ductilidade é a capacidade de um material de se deformar sem quebrar sob estresse. O aço inoxidável austenítico exibe excelente ductilidade e tenacidade, tipicamente em torno de 40%-60%, permitindo que seja trefilado em fios e folhas. O aço inoxidável martensítico tem menor ductilidade, geralmente entre 20% e 40%. Enquanto o aço carbono é mais dúctil do que o aço inoxidável, o recozimento ou o aumento do níquel podem melhorar a estrutura austenítica e melhorar a ductilidade. Essa propriedade torna o aço inoxidável amplamente utilizado nas indústrias automotiva, de construção e aeroespacial.

Resistência à fadiga do aço inoxidável

A resistência à fadiga é o estresse máximo que um material pode suportar após cargas cíclicas repetidas. Ela varia com os tipos de carga; por exemplo, tensão uniaxial e flexão afetam o desempenho de fadiga de forma diferente. Aços inoxidáveis duplex mostram a melhor resistência à fadiga, variando de 400 a 600 MPa, enquanto aços inoxidáveis endurecidos por precipitação excedem 600 MPa. Além disso, processos de tratamento térmico como têmpera e revenimento podem melhorar significativamente o desempenho de fadiga de outros aços inoxidáveis.

Dureza do Aço Inoxidável

Dureza é a capacidade de um material de resistir à deformação e ao desgaste, normalmente medida pelas escalas Brinell (HB), Rockwell (HRC) ou Vickers (HV). O aço inoxidável martensítico tem a dureza mais alta (HRC 40-60), enquanto o aço inoxidável austenítico tem a mais baixa (HRC 15-30). Processos como têmpera, revenimento e recozimento, bem como elementos de liga como cromo, níquel, carbono e molibdênio, podem aumentar a dureza do aço inoxidável.

Resistência à fluência do aço inoxidável

A resistência à fluência é a capacidade de um material de resistir à deformação sob alta temperatura e carga constante, um processo de deformação lento. Temperaturas e cargas mais altas aumentam a taxa de fluência. O aço inoxidável austenítico tem a melhor resistência à fluência em alta temperatura, seguido pelo martensítico, sendo o ferrítico o mais fraco. Fatores como métodos de fusão, desoxidação, técnicas de solidificação, tratamento térmico e processamento também afetam a resistência à fluência.

Alongamento do Aço Inoxidável

Alongamento é a razão entre o comprimento estendido do material e seu comprimento original antes da fratura, indicando ductilidade. Aço inoxidável austenítico tem o maior alongamento (40%-60%), enquanto martensítico e ferrítico têm valores mais baixos (20%-30%). Alto teor de carbono e trabalho a frio reduzem a plasticidade, enquanto tratamento térmico adequado, como recozimento, aumenta o alongamento. Aços inoxidáveis com alto alongamento são ideais para formas complexas e fabricação de precisão, como nas indústrias automotiva e aeroespacial.

Módulo de elasticidade do aço inoxidável

Módulo elástico, ou módulo de Young, mede a capacidade de um material de resistir à deformação elástica. Depende das condições de temperatura e estresse. O aço inoxidável ferrítico tem o maior módulo (cerca de 200 GPa), enquanto o austenítico tem o menor (cerca de 193 GPa). Em altas temperaturas, o módulo do aço inoxidável austenítico cai mais rápido, enquanto o ferrítico e o martensítico diminuem mais lentamente. Os elementos de liga têm impacto mínimo no módulo elástico.

Quais são os fatores que afetam as propriedades do aço inoxidável? 

As propriedades do aço inoxidável são influenciadas pela composição da liga, pelo tratamento térmico e pelos processos de endurecimento por trabalho.

Composição da liga

O composição do aço inoxidável ligas afeta significativamente suas propriedades. Os elementos primários incluem ferro, cromo, níquel e molibdênio, cada um contribuindo para características diferentes:

• Cromo: Proporciona resistência à corrosão por meio da formação de uma camada de óxido passiva.

• Níquel: Adiciona tenacidade e ductilidade e melhora a resistência à corrosão, especialmente em ambientes ácidos.

• Molibdênio: Aumenta a resistência e resiste à corrosão por pites e fendas.

• Carbono: Afeta a dureza e a resistência, mas pode reduzir a resistência à corrosão se estiver presente em grandes quantidades.

Diferentes graus de aço inoxidável apresentam composições diversas adaptadas a aplicações específicas, equilibrando elementos para obter as propriedades desejadas, como força, ductilidade e resistência à corrosão.

Tratamento térmico

Os processos de tratamento térmico, incluindo recozimento, têmpera e revenimento, são usados para alterar a microestrutura do aço inoxidável, melhorando assim suas propriedades mecânicas e físicas:

• Recozimento: Envolve o aquecimento do aço a uma temperatura específica e, em seguida, seu resfriamento lento para remover tensões internas e aumentar a ductilidade e a resistência.

• Resfriamento: Resfriamento rápido do aço após o aquecimento para endurecê-lo, melhorando a resistência ao desgaste e a força.

• Têmpera: Aquecimento do aço temperado a uma temperatura mais baixa e resfriamento lento, aumentando a resistência e reduzindo a fragilidade.

Essas técnicas de tratamento térmico podem ser aplicadas a diferentes graus de aço inoxidável para atingir o equilíbrio desejado de dureza, resistência e ductilidade para várias aplicações industriais.

Endurecimento do trabalho

O endurecimento por trabalho, ou endurecimento por tensão, envolve a deformação do aço inoxidável em temperatura ambiente para aumentar sua resistência e dureza. Esse processo é normalmente realizado por meio de métodos como laminação, estiramento e flexão:

• Rolagem: Compressão do aço entre rolos para reduzir a espessura e aumentar a resistência à tração.

• Desenho: Puxar o aço por uma matriz para diminuir sua área de seção transversal e aumentar a resistência.

• Flexão: A deformação do aço por meio da aplicação de força melhora sua dureza e resistência ao escoamento.

O endurecimento por trabalho é particularmente útil em aplicações que exigem propriedades mecânicas aprimoradas sem alterar a composição do aço por meio de tratamento térmico. Ele é usado para fabricar molas, fixadores e outros componentes resistentes ao desgaste e de alta tensão.

O aço inoxidável enferruja eventualmente?

O aço inoxidável é altamente resistente à ferrugem devido ao seu teor de cromo, mas, em condições extremas, como exposição prolongada a ambientes agressivos ou se a camada protetora de óxido for danificada, ele pode acabar enferrujando.

Leitura adicional
O aço inoxidável enferruja e como você pode resolver isso?

O aço inoxidável é mais forte que o aço?

O aço inoxidável normalmente supera o aço comum em resistência e durabilidade, oferecendo melhor resistência à corrosão e ao desgaste. Entretanto, a resistência exata depende da liga e do tratamento específicos.

Quanto tempo o aço inoxidável pode durar?

O aço inoxidável pode durar décadas, até mesmo 100 anos, dependendo do ambiente e da manutenção. Sua longevidade o torna uma escolha popular para aplicações industriais e domésticas.

Conclusão

A combinação exclusiva de propriedades do aço inoxidável o torna adequado para muitas aplicações. Seu desempenho é influenciado pela composição da liga, pelo tratamento térmico e pelo endurecimento por trabalho. A compreensão desses fatores ressalta a versatilidade e a confiabilidade do aço inoxidável tanto no uso industrial quanto no cotidiano.

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