Densidad del acero inoxidable: Tablas de grados, medición

El acero inoxidable suele tener una densidad aparente de entre 7,5 y 8,0 g/cm³. (7.500-8.000 kg/m³). Los grados específicos muestran pequeñas pero importantes diferencias: el tipo 304 es de unos 7,93-8,00 g/cm³, tipo 316 cerca de 7,98-8,00 g/cm³y los grados dúplex suelen caer cerca de 7,8 g/cm³. Estos valores controlan las estimaciones de peso, el diseño estructural, los costes de envío, las comprobaciones de flotabilidad y las pruebas de calidad.

Qué significa "densidad" para el acero inoxidable

La densidad es igual a la masa dividida por el volumen. En el caso de las aleaciones, esta constante física depende de las cantidades y masas atómicas de los elementos constituyentes más los posibles vacíos internos. En la práctica cotidiana de la ingeniería, la densidad convierte el volumen de una pieza en masa, y viceversa. Los diseñadores utilizan la densidad para dimensionar estructuras, estimar el peso de transporte y comprobar si un lote entrante coincide con la química y el procesamiento esperados. Las unidades típicas de ingeniería son g/cm³, kg/m³ y lb/pulg³.

Rangos de densidad típicos por familia de acero inoxidable y grados comunes

Referencia rápida - densidades a ~20 °C (valores nominales típicos)

Notas sobre la tabla

• Los valores son valores nominales típicos de ingeniería utilizados para el cálculo y la adquisición. Las mediciones reales varían en función de la composición exacta y el tratamiento térmico.

• Muchas fichas técnicas de proveedores y normas nacionales indican densidades "típicas". Para el uso de especificaciones trazables, solicite el MTR o la hoja de datos del proveedor.

Por qué la composición cambia la densidad

El peso atómico importa. El níquel (masa atómica ~58,7) y el molibdeno (~95,9) son más pesados que el hierro (~55,8) y el cromo (~52,0). Cuando un grado tiene mayor contenido de Ni o Mo, la densidad aparente suele aumentar ligeramente. Por el contrario, las calidades ferríticas con bajo contenido en Ni, o las calidades con mayores cantidades de elementos ligeros (por ejemplo, nitrógeno en algunas aleaciones de ingeniería), pueden mostrar una densidad reducida. La fracción de fase también afecta a la densidad: la red cúbica centrada en el cuerpo de la ferrita empaqueta los átomos de forma ligeramente diferente a la red cúbica centrada en la cara de la austenita, lo que provoca cambios sutiles en la densidad para la misma composición química.

Composición breve → tabla de densidades (ilustrativa)

Dependencia de la temperatura y dilatación térmica

La densidad es sensible a la temperatura porque la dilatación térmica aumenta el volumen. En el caso de los aceros inoxidables, los coeficientes de dilatación térmica lineal suelen oscilar entre ~10-17 ×10-⁶ /K. En rangos de temperatura modestos (temperatura ambiente a unos cientos de °C), la densidad disminuye con la temperatura siguiendo la ley de expansión volumétrica. Para comprobaciones rápidas de ingeniería, utilice:

​ρT​=ρT0/1+3α(T-T0​)​​​​​

donde ρ es la densidad, α es el coeficiente lineal, T en °C, T₀ es la referencia (comúnmente 20 °C). Para un trabajo preciso, utilice las curvas de dilatación térmica medidas de la ficha técnica del grado. El cambio típico de densidad es pequeño: decenas de partes por mil en un aumento de 300 °C.

Cómo se mide la densidad: métodos prácticos y normas

Principales técnicas prácticas:

a) Método de flotabilidad de Arquímedes (pesa en aire, pesa en líquido)

• Ampliamente utilizado para piezas a granel y muestras de laboratorio. Requisitos: equilibrio preciso, fluido con temperatura controlada, buena desgasificación, muestra sin porosidad abierta conectada a la superficie que pueda absorber líquido. Para la pulvimetalurgia y los artículos porosos existen métodos modificados. Una norma común que cubre la práctica del estilo Arquímedes para piezas PM es ASTM B311.

b) Picnometría de gases

• Útil para polvos y materiales porosos. El volumen medido por gas desplazado da lugar a una gran precisión.

c) Volumen geométrico + masa

• Para formas regulares sencillas, mide las dimensiones con precisión, calcula el volumen y divide la masa por el volumen.

d) Volumetría basada en rayos X y TC

• Para las formas complejas o la cartografía de la porosidad interna, la tomografía computerizada puede proporcionar un volumen preciso. Este método es habitual en I+D y en la cualificación de la fabricación aditiva.

Normas y notas prácticas

• Para piezas PM con posible porosidad, siga ASTM B311 o métodos ASTM relacionados que incluyan opciones de impregnación para poros abiertos. Para las piezas de AM, la literatura especializada en evaluación recomienda un control cuidadoso de las condiciones de inmersión.

Calcular el peso rápidamente: fórmulas y ejemplos prácticos

Fórmula básica

Masa (kg)=ρ(kg/m³)×Volumen (m³)

Conversiones comunes de unidades

Ejemplo práctico 1 - placa plana

• Dimensiones de la placa: 2,0 m × 1,0 m × 6,0 mm (0,006 m)

• Volumen = 2 × 1 × 0,006 = 0,012 m³

• Uso 304 densidad nominal 7,930 kg/m³

• Masa = 7.930 × 0,012 = 95,16 kg

Ejemplo práctico 2 - segmento de tubería

• Longitud del tubo: 3 m, diámetro exterior 0,200 m, espesor de pared 6 mm (0,006 m)

• Radio exterior rₒ = 0,100 m; radio interior rᵢ = 0,094 m.

• Volumen por metro = π (rₒ² - rᵢ²) × longitud.

• Volumen = π × (0,0100 - 0,008836) × 3 ≈ π × 0,001164 × 3 ≈ 0,01098 m³

• Masa (304) ≈ 7.930 × 0,01098 ≈ 87,1 kg

Referencia rápida - peso por metro cúbico

• 1 m³ de 304 ≈ 7.930 kg

• 1 m³ de 316 ≈ 7.980 kg

Incluya estas calculadoras en hojas de cálculo para presupuestos de compras y logística.

Tolerancias de fabricación, porosidad, acabado superficial y densidad

• Productos macizos laminados o forjadosDensidad: normalmente cercana al valor teórico a granel. Las variaciones se deben a pequeñas diferencias de composición y a una pequeña porosidad residual (<0,1%), por lo general insignificante para los controles de peso de ingeniería. Las fichas técnicas de los proveedores suelen indicar una única densidad "típica".

• Piezas de fundición o aditivasLos poros internos de contracción pueden reducir la densidad efectiva. En el caso de las piezas moldeadas, se suele utilizar la especificación de la solidez o una comprobación de la densidad medida.

• Pulvimetalurgiapor diseño pueden tener una porosidad significativa; las normas exigen informar de la fracción de densificación o de la densidad aparente medida con métodos ASTM.

• Recubrimientos superficiales y chapadoañadir masa; incluir la masa de revestimiento por superficie en los cálculos finales.

Prácticas de contratación recomendadas

• Exija informes de pruebas de laminación que incluyan la composición química y, cuando sea crítico, la densidad medida o el peso específico. Cuando la tolerancia de peso sea crítica, solicite una muestra de inspección o un certificado de prueba de densidad.

Cuando la densidad importa: casos prácticos

• Componentes estructuralesEl peso influye en las trayectorias de carga y las conexiones.

• Equipos rotativosLa masa y la distribución de la masa afectan al equilibrio.

• Tuberías y depósitos a presiónpeso exacto necesario para el diseño y la logística de apoyo.

• Sistemas marinos y de flotación: los accesorios del casco, el lastre y las comprobaciones de desplazamiento dependen de la densidad.

• Piezas de fabricación aditivaDensidad medida: a menudo utilizada como puerta de calidad para indicar una porosidad aceptable.

Comparaciones rápidas con otros metales comunes (nominal a 20 °C)

Preguntas frecuentes

1. ¿Cuál es el peso específico del acero inoxidable?
   El peso específico es la relación entre la densidad y el agua (1 g/cm³). En el caso del acero inoxidable, el peso específico suele oscilar entre 7,5 y 8,0.

2. ¿Es el acero inoxidable 304 más pesado que el 316?
   Ligeramente. El 316 suele tener una densidad nominal ligeramente superior a la del 304, debido principalmente al molibdeno y al Ni ligeramente superior.

3. ¿Hasta qué punto son precisas las cifras típicas de densidad de proveedores?
   Las densidades típicas de los proveedores son adecuadas para la adquisición y la logística. Para ingeniería precisa o control de calidad, mida la densidad en una muestra mediante Arquímedes o picnometría de gases.

4. ¿El tratamiento térmico modifica la densidad?
   El tratamiento térmico provoca cambios directos insignificantes en la densidad química. Los cambios microestructurales afectan ligeramente a la fracción de empaquetamiento, pero los cambios de volumen suelen ser minúsculos en comparación con las diferencias inducidas por la composición.

5. ¿Cómo convierto la densidad en peso por metro cuadrado para la hoja?
   Peso por m² = densidad (kg/m³) × espesor (m). Ejemplo: chapa de 1,0 mm 304: 7,930 kg/m³ × 0,001 m = 7,93 kg/m².

6. ¿Puede la densidad ayudar a detectar una aleación incorrecta?
   Sí. Las grandes desviaciones de la densidad esperada pueden indicar una química incorrecta o porosidad, pero las pruebas de composición confirman mejor la identidad de la aleación.

7. ¿Qué patrón de medición debo utilizar para polvos o piezas porosas?
   La norma ASTM B311 cubre los métodos de medición de la densidad que funcionan con piezas pulvimetalúrgicas. Para piezas densas a granel, la práctica de Arquímedes y otros métodos ASTM son comunes.

8. ¿Los inoxidables dúplex pesan menos que los austeníticos?
   Los grados dúplex suelen pesar algo menos por unidad de volumen que los austeníticos pesados como el 316, debido sobre todo a los diferentes equilibrios de aleación. Utilice los números de la hoja de datos del grado para una comparación exacta.

9. ¿Varía la densidad de un proveedor a otro?
   Pueden existir variaciones menores debido a que las composiciones difieren dentro de los rangos estándar. Para proyectos críticos, solicite valores MTR o mida muestras.

10. ¿Qué fuentes de error afectan a la medición de la densidad de Arquímedes?
    Atrapamiento de burbujas, desviación de la temperatura, porosidad conectada a la superficie, calibración inexacta de la balanza y fuerza de flotación del soporte de la muestra. Siga las normas y las buenas prácticas de laboratorio para reducir los errores.

Referencias autorizadas

• Acero inoxidable AISI tipo 304 - MatWeb / ASM materials data
• Acero inoxidable AISI tipo 316 - MatWeb / ASM materials data
• Instituto del Níquel - Directrices de diseño para la selección y el uso de aceros inoxidables (PDF)
• ASTM B311 - Método de ensayo para mediciones de densidad para pulvimetalurgia y prácticas afines.

Notas finales y lista de comprobación práctica para ingenieros y compradores

• Para las estimaciones rutinarias de peso, utilice las densidades nominales del apartado 2. Para la aceptación final o el peso crítico para el contrato, solicite la densidad medida o incluya un método de ensayo acordado en el pedido.

• Al cambiar de grado en diseños sensibles al peso, realice el cálculo rápido de la sección 6 y compruebe la dilatación térmica si se trabaja a temperatura elevada.

• Para los componentes fabricados con aditivos o fundidos, incluya la medición de la densidad en su plan de inspección. Arquímedes y la picnometría de gases siguen siendo los dos métodos más prácticos.