1. Introducción
Aisi 420 Acero inoxidable (X20CR13 / 1.4021) es un martensítico de carbono a mediano acero inoxidable que pertenece a la serie 400 de aceros inoxidables.
Esta serie es conocida por su microestructura martensítica, lo que le da a estos aceros su dureza y fuerza característica.
En comparación con otros tipos de acero inoxidable, AISI de acero inoxidable 420 ofrece un equilibrio único entre la resistencia a la corrosión y la dureza.
Si bien no coincide con la resistencia a la corrosión de los aceros de acero inoxidable austenítico como 304 o 316, se puede endurecer en un grado mucho más alto, Hacerlo ideal para aplicaciones donde la resistencia al desgaste es crucial.
El propósito de este artículo es proporcionar una mirada integral y profunda a AISI 420 acero inoxidable.
Exploraremos su composición química, Propiedades físicas y mecánicas, corrosión y rendimiento resistente al calor,
Procesos de tratamiento térmico, Fabricación y maquinabilidad, aplicaciones, ventajas, limitaciones, y realizar análisis comparativos con otras calificaciones de acero relevantes.
2. Composición química de AISI 420 Acero inoxidable
Aisi 420 El acero inoxidable pertenece al martensítico rama de la serie 400, definido por su capacidad para formar un duro, fase martensita similar a la aguja al enfriar.
Su composición nominal (en wt%) centrarse en:
| Elemento | Contenido típico (wt%) | Papel principal |
| Cromo (CR) | 12.0 - 14.0 | Forma una capa pasiva de Cr₂o₃ para resistencia a la corrosión |
| Carbono (C) | ≤ 0.15 | Habilita la formación de martensita y la alta dureza |
| Manganeso (Mn) | ≤ 1.00 | Actúa como desoxidante; Mejora la trabajo caliente |
| Silicio (Si) | ≤ 1.00 | Fortalece la ferrita; Oxidación y desoxidación del SIDA |
| Fósforo (P) | ≤ 0.04 | Impureza: controlado para mantener la dureza |
| Azufre (S) | ≤ 0.03 | Impureza: mejora la maquinabilidad, limitado para la ductilidad |
| Hierro (Fe) | Balance | Elemento matriz de metal base |
3. Físico & Propiedades mecánicas de AISI 420 Acero inoxidable
Aisi 420 El acero inoxidable combina alta resistencia y ductilidad moderada con excelente resistencia al desgaste.
Las propiedades clave se resumen a continuación, Uso de unidades de SI e Imperial para la versatilidad de la ingeniería.
| Propiedad | Asombrado | Templado (250 ° C / 1 H) |
| Resistencia a la tracción | 650–850 MPA(94,300–123,300 psi) | 550–700 MPA(79,800–101,500 psi) |
| Fuerza de rendimiento (0.2% compensar) | 450–600 MPA(65,300–87,000 psi) | 350–500 MPA(50,800–72,500 psi) |
| Alargamiento en el descanso | 8–12 % | 10–15 % |
| Dureza de Rockwell (HRC) | 58–62 | 48–55 |
| Dureza de Brinell (media pensión) | 550–650 HB | 300–400 HB |
| Fatiga | ~ 260 MPA(~ 37,700 psi) a 10⁷ ciclos | N / A |
| Dureza de impacto | 12–20 j (Charpy V - Notch) | 20–30 J (mejorado después del temperamento) |
| Densidad | 7.75 g/cm³(0.280 lb/in³) | - |
| Conductividad térmica | 25 W/m · k | - |
| Resistividad eléctrica | 0.85 µΩ · m | - |
4. Corrosión & Rendimiento resistente al calor
Resistencia general de corrosión
Aisi 420 El acero inoxidable ofrece una buena resistencia general a la corrosión en ambientes suaves. En atmósferas interiores, Puede mantener su integridad durante largos períodos sin una corrosión significativa.
También puede resistir los efectos corrosivos de muchos productos químicos y soluciones no agresivos.,
Hacerlo adecuado para una variedad de aplicaciones en industrias como el procesamiento de alimentos y la fabricación de luz.
La capa de óxido pasivo formada por el cromo proporciona una protección efectiva contra la oxidación y la corrosión general.
Sin embargo, Esta protección puede verse comprometida en entornos más agresivos..
Resistencia a las picaduras y grietas
Una de las limitaciones de AISI de acero inoxidable 420 ¿Es su resistencia relativamente baja en las picaduras y la grieta?, especialmente en entornos que contienen cloruro.
Los iones de cloruro pueden penetrar la capa de óxido pasivo, causando una descomposición local y la formación de pozos en la superficie del acero.
Grietas, como los que se encuentran en las juntas, perno, o superficies metálicas superpuestas, puede acelerar aún más este proceso.
En estas áreas, Los iones de cloruro pueden concentrarse, conduciendo a una corrosión más severa.
Aisi 420 no se recomienda para exposición continua al agua de mar u otras soluciones altamente cloradas sin medidas de protección adecuadas, tales como tratamientos superficiales o el uso de inhibidores de la corrosión.
Escala y oxidación a alta temperatura
Aisi 420 El acero inoxidable puede soportar altas temperaturas de hasta aproximadamente 400 ° C sin una escala u oxidación significativa.
A estas temperaturas, La capa de óxido pasivo permanece estable y continúa proporcionando protección al metal subyacente.
Sin embargo, A medida que la temperatura aumenta más de 400 ° C, La tasa de oxidación se acelera, y el acero puede comenzar a formar una escala de óxido grueso.
Esta escala puede desprenderse, Exponer metal fresco a una oxidación adicional, y también puede afectar las propiedades mecánicas del acero.
En aplicaciones donde están involucradas temperaturas más altas, Se pueden requerir materiales alternativos o recubrimientos resistentes al calor.
Tratamientos superficiales para mejorar el rendimiento de la corrosión
Para mejorar la resistencia a la corrosión de AISI 420 acero inoxidable, Se pueden aplicar varios tratamientos superficiales:
- Pasivación: Este proceso implica la limpieza química para eliminar los contaminantes de la superficie del acero y promover la formación de una capa de óxido pasivo más uniforme y protectora.
La pasivación puede mejorar significativamente la resistencia a la corrosión de AISI 420, especialmente en entornos suaves a moderadamente corrosivos. - Electro Excripción: AISI de electroplatación 420 El acero inoxidable con metales resistentes a la corrosión como el níquel o el cromo puede proporcionar una capa adicional de protección.
La capa chapada actúa como una barrera, Evitar que el acero subyacente entre en contacto con sustancias corrosivas. - Revestimiento: Aplicación de recubrimientos orgánicos o inorgánicos, como pinturas o recubrimientos de cerámica, También puede mejorar la resistencia a la corrosión de AISI 420.
Estos recubrimientos pueden proporcionar una barrera física y también pueden contener corrosión, inhibiendo pigmentos.
5. Tratamiento térmico de AISI 420 Acero inoxidable
Ciclos de recocido y alivio del estrés
El recocido es un importante proceso de tratamiento térmico para AISI 420 acero inoxidable. El propósito del recocido es suavizar el acero, mejorar su maquinabilidad, y aliviar el estrés interno.
- Proceso: El acero se calienta a una temperatura en el rango de 800 - 900 ° C, mantenido a esta temperatura para 1-2 horas para permitir la recristalización completa, y luego se enfrió lentamente en el horno.
Esta velocidad de enfriamiento lenta ayuda a prevenir la formación de tensiones internas. - Beneficios: AISI de acero inoxidable recocido 420 es más fácil de mecanizar y formar, haciéndolo adecuado para operaciones de fabricación posteriores.
También tiene una microestructura más uniforme, que puede mejorar sus propiedades mecánicas generales.
Los ciclos de alivio del estrés a menudo se realizan después de procesos como el mecanizado, soldadura, o trabajo en frío.
El acero se calienta a una temperatura más baja (generalmente alrededor 600 - 700 ° C), mantenido por un período de tiempo, y luego se enfrió lentamente.
Este proceso ayuda a aliviar las tensiones internas generadas durante estas operaciones., Reducir el riesgo de agrietarse y mejorar la estabilidad dimensional del componente.
Medios de enfriamiento y efectos de la tasa de enfriamiento
El enfriamiento es un paso crítico en el tratamiento térmico de AISI 420 Acero inoxidable para lograr su alta dureza.
La elección de los medios de enfriamiento puede tener un impacto significativo en las propiedades del acero:
- Apagado de petróleo: El aceite es un medio de enfriamiento de uso común para AISI 420.
Proporciona una velocidad de enfriamiento moderada, que ayuda a evitar tensiones internas excesivas y agrietaciones.
El enfriamiento de aceite es adecuado para la mayoría de AISI 420 componentes de acero inoxidable y pueden dar como resultado una alta dureza y buenas propiedades mecánicas. - Apagado de aire: El enfriamiento de aire se puede usar para secciones más delgadas de AISI 420.
Sin embargo, Resulta en una velocidad de enfriamiento más baja en comparación con el enfriamiento de aceite, lo que puede conducir a una dureza más baja y una microestructura diferente.
AISI con el aire 420 El acero inoxidable puede ser más adecuado para aplicaciones donde se desee una dureza ligeramente más baja y una mejor tenacidad.
La velocidad de enfriamiento durante el enfriamiento afecta la formación de martensita.
Una tasa de enfriamiento más rápida conduce a una mayor proporción de martensita y una dureza más alta, pero también aumenta el riesgo de agrietarse debido al desarrollo de tensiones internas.
Templado a varias temperaturas
El temple se lleva a cabo después de enfriar la dureza y la tenacidad de AISI 420 acero inoxidable:
- Templado de baja temperatura (150 - 200 ° C): Esto sirve principalmente para aliviar las tensiones internas y reducir ligeramente la fragilidad del acero con tal. Al tiempo que retiene un alto nivel de dureza.
AISI templado a baja temperatura 420 se usa a menudo para aplicaciones donde se requiere la máxima dureza y resistencia al desgaste, como en las herramientas de corte. - Templado de alta temperatura (300 - 400 ° C): El templado a temperaturas más altas reduce aún más la dureza del acero pero mejora significativamente su tenacidad y ductilidad.
AISI templada de alta temperatura 420 es adecuado para aplicaciones donde una combinación de fuerza, tenacidad, y se necesita buena resistencia al impacto,
tales como en componentes estructurales o piezas sometidas a cargas dinámicas.
6. Fabricación & Machinabilidad de AISI 420 Acero inoxidable
Consideraciones de soldadura
Soldadura de acero inoxidable aisi 420 puede ser un desafío debido a su alta dureza y baja ductilidad en el estado talado. Aquí hay algunas consideraciones importantes:
- Precalentamiento: Precaliente el material a una temperatura en el rango de 200 - 300 ° C antes de la soldadura es esencial.
Esto ayuda a reducir el riesgo de grietas minimizando el gradiente de temperatura entre el área de soldadura y el metal base durante el proceso de soldadura. - Temperatura de interpasa: Mantener una temperatura entre paso 200 - 300 ° C durante la soldadura también es importante.
Esto asegura que el área de soldadura permanezca a una temperatura adecuada y reduzca la probabilidad de agrietarse. - Selección de metal de relleno: Metales de relleno con composiciones químicas similares a AISI 420 acero inoxidable, como ER410 o ER420, se usan típicamente.
Estos metales de relleno ayudan a garantizar una buena calidad de soldadura y compatibilidad con el metal base.
Maquinabilidad
- Calificación de maquinabilidad: Aisi 420 El acero inoxidable tiene una calificación de maquinabilidad de aproximadamente 60% de B1112, lo que significa que es moderadamente difícil de mecanizar, especialmente en el estado tratado con calor.
Su alta dureza puede causar un rápido desgaste de herramientas y hacer que las operaciones de corte sean más desafiantes. - Recomendaciones de herramientas: Se recomiendan herramientas de acero de alta velocidad o con punta de carburo para mecanizar AISI 420.
Las herramientas de carburo son más adecuadas para el mecanizado de alta velocidad y pueden soportar las altas temperaturas generadas durante el proceso de corte. - Parámetros de corte: Al mecanizar aisi 420 acero inoxidable, Se deben seleccionar velocidades y alimentos de corte adecuados.
Por ejemplo, Al girar con herramientas de carburo, una velocidad de corte de 60 - 90 m/min y una velocidad de alimentación de 0.1 - 0.2 mm/rev se usan a menudo.
Se pueden requerir velocidades y alimentos más bajos para operaciones de mecanizado más precisas.
Formando y doblando
- Limitaciones: Aisi 420 El acero inoxidable tiene una ductilidad más baja en comparación con los aceros inoxidables austeníticos, especialmente en el estado endurecido.
Esto hace que sea más difícil de formar y doblar. La formación de frío es posible para secciones delgadas y con una lubricación adecuada, Pero para secciones más gruesas, La formación caliente puede ser necesaria. - Formación caliente: Aisi de formación caliente 420 implica calentar el acero a una temperatura por encima de su temperatura de recristalización (generalmente alrededor 800 - 900 ° C) y luego formarlo.
Este proceso permite una mayor formabilidad, pero requiere un control cuidadoso de la temperatura y la velocidad de enfriamiento para evitar afectar las propiedades mecánicas del acero.
Acabado superficial
- Molienda: El molido se usa para eliminar el stock y lograr la forma deseada y la precisión dimensional de AISI 420 Componentes de acero inoxidable.
Se pueden usar diferentes tipos de ruedas de molienda según el material y el acabado superficial requerido. - Pulido: El pulido se lleva a cabo para obtener un acabado superficial liso, lo cual es importante para aplicaciones como cubiertos, instrumentos médicos, o componentes decorativos.
Varias técnicas de pulido, como pulido y electropolishing, se puede usar. - Pasivación: Como se mencionó anteriormente, La pasivación también es una forma de acabado superficial que ayuda a mejorar la resistencia a la corrosión de AISI 420.
Implica el tratamiento químico para limpiar la superficie y promover la formación de una capa de óxido protectora.
7. Aplicaciones de AISI 420 Acero inoxidable
Industria de cubiertos
- Piezas de aplicación: Cuchillos de cocina, horquilla, cucharón, y cuchillos de carne.
Estos utensilios se benefician de la capacidad de AISI 420 para mantener un borde afilado y resistir la corrosión de los ácidos alimenticios durante el uso regular.
Campo médico
- Piezas de aplicación: Escala, fórceps, hemostatos, tijeras quirúrgicas.
La alta dureza de Aisi 420 Permite bordes de corte precisos, Si bien su resistencia a la corrosión asegura que los instrumentos puedan soportar procesos de esterilización repetidos.
Equipo de alimentos y bebidas
- Piezas de aplicación: Válvula, zapatillas, Mezcla de cuchillas, componentes transportadores.
Aisi 420 Resiste la corrosión de productos alimenticios como jugos ácidos, lácteos, y salto salado, y sus propiedades resistentes al desgaste lo hacen adecuado para piezas que entran en contacto con partículas de alimentos.
Procesamiento químico
- Piezas de aplicación: Zapatillas, válvulas, accesorios para manejar productos químicos no altamente corrosivos.
Puede soportar los ataques químicos de ácidos suaves y álcalis en el entorno de procesamiento.
Maquinaria industrial
- Piezas de aplicación: Aspectos, engranaje, cámaras, toboganes, usar almohadillas.
La alta dureza de Aisi 420 El acero inoxidable permite que estas piezas soporten cargas altas, fricción, y desgaste en maquinaria de servicio pesado, como equipos de construcción y fabricación.
Componentes automotrices
- Piezas de aplicación: Piezas de motor pequeños, componentes de embrague, y algunos sujetadores.
Su combinación de fuerza, dureza, y la resistencia a la corrosión moderada lo hace adecuado para varias aplicaciones automotrices.
Maquinaria textil
- Piezas de aplicación: Guía, cuchillas de corte, husates.
La resistencia al desgaste de AISI 420 ayuda a estas piezas a mantener la funcionalidad durante largos períodos de uso en el proceso de producción textil.
8. Ventajas & Limitaciones de AISI 420 Acero inoxidable
Aisi 420 El acero inoxidable ofrece una combinación única de dureza, resistencia al desgaste, y Protección de corrosión moderada, convirtiéndolo en una calificación martensítica popular para aplicaciones que requieren durabilidad y retención de borde.
Sin embargo, Su uso también viene con ciertas compensaciones que los ingenieros y los fabricantes deben considerar al seleccionarlo para componentes críticos.
Ventajas de AISI 420 Acero inoxidable
Alta dureza
Después del tratamiento térmico, Aisi 420 El acero inoxidable puede alcanzar los niveles de dureza de Rockwell C de HRC 50–55, haciéndolo ideal para cortar herramientas, usar piezas, y moldes.
Excelente resistencia al desgaste
Gracias a su alto contenido de carbono y estructura martensítica, Aisi 420 ofrece una fuerte resistencia a la abrasión y la degradación de la superficie, haciéndolo adecuado para entornos de alta ropa.
Buena maquinabilidad
Con una calificación de maquinabilidad de alrededor 60% (en comparación con AISI B1112), Aisi 420 es más fácil de mecanizar que muchos aceros de acero inoxidable de alta aleación, haciéndolo atractivo para la eficiencia de producción.
Pulsabilidad
Esta calificación se puede pulir a un acabado tipo espejo, que es especialmente importante en aplicaciones como herramientas quirúrgicas, Cuchillería, y piezas decorativas.
Resistencia a la corrosión moderada
Si bien no es tan resistente a la corrosión como los grados austeníticos, Aisi 420 El acero inoxidable funciona bien en atmósferas suaves, agua dulce, y configuraciones industriales ligeramente corrosivas, especialmente cuando se pule o pasan.
Rentabilidad
Aisi 420 es generalmente más asequible que los aceros de acero inoxidable de mayor aleación como 316 o 440c, Hacer que sea una elección práctica cuando el presupuesto y el rendimiento necesitan ser equilibrados.
Limitaciones de AISI 420 Acero inoxidable
Resistencia a la corrosión más baja
En comparación con los aceros inoxidables austeníticos como 304 o 316, Aisi 420 es menos resistente a los cloruros, ácidos, y entornos marinos, donde puede ocurrir la corrosión de las picaduras y las grietas.
Hardidad reducida a alta dureza
A medida que aumenta la dureza, El acero se vuelve más frágil. Esto lo hace menos adecuado para aplicaciones que involucran un gran impacto o cargas repentinas..
Sensibilidad al calor
Exposición prolongada a temperaturas anteriores 400 ° C puede conducir al crecimiento del grano y al escala de la superficie, Reducir el rendimiento mecánico y de corrosión.
Soldabilidad limitada
Debido a su estructura martensítica, Aisi 420 El acero inoxidable requiere precalentamiento y tratamiento térmico posterior a la soldado para evitar grietas y degradación de la propiedad durante las operaciones de soldadura.
No es ideal para entornos altamente corrosivos
Sin recubrimientos o tratamientos especiales, Aisi 420 no debe usarse en entornos químicos agresivos o donde se espera un contacto prolongado con cloruros.
9. Marcas internacionales de AISI 420 Acero inoxidable
| Estándar / Región | Calificación / Designación | Descripción |
| Astm / A NOSOTROS (EE.UU) | Aisi 420 / UNS S42000 | Designación estadounidense ampliamente utilizada conforme a ASTM A276; versátil en aplicaciones industriales y de herramientas. |
| EN / DE (Europa) | X20CR13 / 1.4021 | Designación europea (Material no.), Común en componentes mecánicos, cuchillos, y equipo de procesamiento de alimentos. |
| Él es (Japón) | SUS 420J1 / SUS 420J2 | Estándares japoneses; El grado J2 contiene más carbono, Proporcionar mayor dureza, utilizada en cuchillas y herramientas quirúrgicas. |
| GB (Porcelana) | Y1CR13 / 20CR13 | Normas nacionales chinas de GB/T 1220 y GB/T 3280; utilizado para piezas resistentes a la corrosión y de alta resistencia. |
| Bs (Reino Unido) | 420S29 / 420S45 | BR BRITÁNICO 970 estándares; aplicado en componentes estructurales y de herramientas con buena maquinabilidad y resistencia al desgaste. |
10. Análisis comparativo de AISI 420 Acero inoxidable
| Aspecto | Aisi 420 | AISI 440C | Austenítico 304/316 | Metalurgia en polvo (P.M) 420 | Aceros inoxidables dúplex |
| Microestructura | Martensítico | Martensítico | Austenítico | Martensítico (Mejorado a través del proceso PM) | Mixto austenítico-ferrítico |
| Contenido de carbono | ≤ 0.15% | ~ 1.0% | Bajo (~ 0.08%) | Similar a AISI 420, con microestructura refinada | Moderado |
| Dureza (HRC) | 48–55 | 58–62 | No dardenible | Comparable o ligeramente más alto que 420 | Moderado (más bajo que 420) |
| Resistencia a la corrosión | Moderado; bueno en entornos suaves | Ligeramente más bajo que 420 Debido a los carburos | Excelente, especialmente 316 con mo | Mejorado debido al procesamiento de PM | Excelente, Docias superiores y resistencia a la corrosión del estrés |
| Resistencia al desgaste | Bien | Excelente | Bajo | Superior a convencional 420 | Moderado |
| Tenacidad | Moderado | Más bajo que 420 | Alto | Dustitud mejorada sobre convencional 420 | Alto |
| Tratable térmico | Sí | Sí | No | Sí | No |
| Maquinabilidad | Moderado (~ 60% de B1112) | Más bajo debido a la alta dureza | Alto | Machinabilidad mejorada dependiendo de la calificación de PM | Moderado |
| Aplicaciones típicas | Cuchillería, válvulas, herramientas quirúrgicas | Cuchillos de gama alta, aspectos | Equipo químico, procesamiento de alimentos | Herramientas de precisión, usar piezas | Componentes estructurales en entornos corrosivos |
| Costo | Moderado | Más alto | Moderado a alto | Más alto debido al procesamiento avanzado | Más alto |
11. Conclusión
Aisi 420 El acero inoxidable ofrece un versátil, endurecible, y rentable Solución donde sea la resistencia a la corrosión moderada y el alto rendimiento de desgaste se cruzan.
Entendiendo su maquillaje químico, requisitos de procesamiento, y Nichos de aplicación, Los ingenieros pueden implementar 420 Para optimizar tanto el rendimiento como el presupuesto en las herramientas de corte, válvulas, y usar componentes.
A medida que evolucionan la fabricación aditiva y los recubrimientos avanzados, Aisi 420 Es probable que el papel de Stainless Steel se expanda a entornos de servicio aún más exigentes.
LangHe es la opción perfecta para sus necesidades de fabricación si necesita alta calidad Componentes de acero inoxidable.
