1. Introduction
AISI 420 Acier inoxydable (X20CR13 / 1.4021) est une martensitique à carbone moyen acier inoxydable qui appartient à la série 400 des aciers inoxydables.
Cette série est connue pour sa microstructure martensitique, ce qui donne à ces aciers leur dureté et leur force caractéristiques.
Par rapport à d'autres types d'acier inoxydable, AISI en acier inoxydable 420 offre un équilibre unique entre la résistance à la corrosion et la dureté.
Bien qu'il ne corresponde pas à la résistance à la corrosion des aciers inoxydables austénitiques comme 304 ou 316, il peut être durci à un degré beaucoup plus élevé, Le rendre idéal pour les applications où la résistance à l'usure est cruciale.
Le but de cet article est de fournir un aperçu complet et approfondi de l'AISI 420 acier inoxydable.
Nous explorerons sa composition chimique, Propriétés physiques et mécaniques, Performance de corrosion et de résistance à la chaleur,
processus de traitement thermique, fabrication et machinabilité, applications, avantages, limites, et effectuer des analyses comparatives avec d'autres notes d'acier pertinentes.
2. Composition chimique de l'AISI 420 Acier inoxydable
AISI 420 L'acier inoxydable appartient au martensitique branche des 400 séries, défini par sa capacité à former un dur, Phase de martensite de type aiguille sur l'extinction.
Sa composition nominale (dans WT%) se concentre sur:
| Élément | Contenu typique (WT%) | Rôle principal |
| Chrome (Croisement) | 12.0 - 14.0 | Forme la couche de cr₂o₃ passive pour la résistance à la corrosion |
| Carbone (C) | ≤ 0.15 | Permet la formation de martensite et la dureté élevée |
| Manganèse (MN) | ≤ 1.00 | Agit comme désoxydant; Amélioration de l'emploi à chaud |
| Silicium (Et) | ≤ 1.00 | Renforce la ferrite; AIDS Oxydation et désoxydation |
| Phosphore (P) | ≤ 0.04 | Impureté - contrôlée pour maintenir la ténacité |
| Soufre (S) | ≤ 0.03 | Impureté - Machinabilité des engagements, limité pour la ductilité |
| Fer (Fe) | Équilibre | Élément de matrice de métal de base |
3. Physique & Propriétés mécaniques de l'AISI 420 Acier inoxydable
AISI 420 L'acier inoxydable combine une résistance élevée et une ductilité modérée avec une excellente résistance à l'usure.
Les propriétés clés sont résumées ci-dessous, Utilisation d'unités SI et impériales pour la polyvalence en ingénierie.
| Propriété | Chargé | Tempéré (250 ° C / 1 H) |
| Résistance à la traction | 650–850 MPA(94,300–123 300 psi) | 550–700 MPA(79,800–101 500 psi) |
| Limite d'élasticité (0.2% compenser) | 450–600 MPA(65,300–87 000 psi) | 350–500 MPA(50,800–72 500 psi) |
| Allongement à la pause | 8–12 % | 10–15 % |
| Dureté rockwell (HRC) | 58–62 | 48–55 |
| Dureté de Brinell (HB) | 550–650 Hb | 300–400 hb |
| Force de fatigue | ~ 260 MPA(~ 37,700 psi) à 10⁷ cycles | N / A |
| Résistance à l'impact | 12–20 J (V - NOTCH CHARPY) | 20–30 J (amélioré après le tempérament) |
| Densité | 7.75 g / cm³(0.280 lb / in³) | - |
| Conductivité thermique | 25 W / m · k | - |
| Résistivité électrique | 0.85 µω · m | - |
4. Corrosion & Performance résistante à la chaleur
Résistance générale à la corrosion
AISI 420 L'acier inoxydable offre une bonne résistance à la corrosion générale dans des environnements doux. Dans les atmosphères intérieures, Il peut maintenir son intégrité pendant de longues périodes sans corrosion significative.
Il peut également résister aux effets corrosifs de nombreux produits chimiques et solutions non agressifs,
Le faire adapté à une variété d'applications dans des industries telles que la transformation des aliments et la fabrication de lumière.
La couche d'oxyde passive formée par le chrome offre une protection efficace contre l'oxydation et la corrosion générale.
Cependant, Cette protection peut être compromise dans des environnements plus agressifs.
Piqûres et résistance aux crevasses
L'une des limites de l'AISI en acier inoxydable 420 est sa résistance aux piqûres et aux crevasses relativement bas, surtout dans les environnements contenant du chlorure.
Les ions chlorure peuvent pénétrer la couche d'oxyde passive, provoquant une ventilation locale et la formation de fosses à la surface de l'acier.
Crevasses, comme ceux trouvés dans les joints, boulons, ou surfaces métalliques qui se chevauchent, peut accélérer davantage ce processus.
Dans ces domaines, Les ions chlorure peuvent se concentrer, conduisant à une corrosion plus grave.
AISI 420 n'est pas recommandé pour une exposition continue à l'eau de mer ou à d'autres solutions hautement chlorées sans mesures de protection appropriées, comme les traitements de surface ou l'utilisation d'inhibiteurs de corrosion.
Échelle et oxydation à haute température
AISI 420 L'acier inoxydable peut résister à des températures élevées jusqu'à environ 400 ° C sans échelle ou oxydation significative.
À ces températures, La couche d'oxyde passive reste stable et continue de protéger le métal sous-jacent.
Cependant, À mesure que la température augmente au-delà de 400 ° C, Le taux d'oxydation accélère, et l'acier peut commencer à former une échelle d'oxyde épaisse.
Cette échelle peut s'écaillir, exposer le métal frais à une nouvelle oxydation, et peut également affecter les propriétés mécaniques de l'acier.
Dans les applications où des températures plus élevées sont impliquées, Des matériaux alternatifs ou des revêtements résistants à la chaleur peuvent être nécessaires.
Traitements de surface pour améliorer les performances de corrosion
Pour améliorer la résistance à la corrosion de l'AISI 420 acier inoxydable, Plusieurs traitements de surface peuvent être appliqués:
- Passivation: Ce processus implique un nettoyage chimique pour éliminer les contaminants de la surface de l'acier et favoriser la formation d'une couche d'oxyde passive plus uniforme et protectrice.
La passivation peut améliorer considérablement la résistance à la corrosion de l'AISI 420, surtout dans des environnements légers à modérément corrosifs. - Galvanoplastie: AISI électroplastique 420 L'acier inoxydable avec des métaux résistants à la corrosion tels que le nickel ou le chrome peut fournir une couche de protection supplémentaire.
La couche plaquée agit comme une barrière, Empêcher l'acier sous-jacent d'entrer en contact avec des substances corrosives. - Revêtements: Appliquer des revêtements biologiques ou inorganiques, comme les peintures ou les revêtements en céramique, peut également améliorer la résistance à la corrosion de l'AISI 420.
Ces revêtements peuvent fournir une barrière physique et peuvent également contenir de la corrosion - inhibant les pigments.
5. Traitement thermique de l'AISI 420 Acier inoxydable
Cycles de recuit et de soulagement du stress
Le recuit est un processus de traitement thermique important pour AISI 420 acier inoxydable. Le but du recuit est d'adoucir l'acier, Améliorer sa machinabilité, et soulager les contraintes internes.
- Processus: L'acier est chauffé à une température dans la plage de 800 - 900 ° C, maintenu à cette température pour 1-2 heures pour permettre une recristallisation complète, puis se refroidir lentement dans la fournaise.
Ce taux de refroidissement lent aide à prévenir la formation de contraintes internes. - Avantages: AISI en acier inoxydable recuit 420 est plus facile à machine et à former, Le rendre adapté aux opérations de fabrication ultérieures.
Il a également une microstructure plus uniforme, qui peut améliorer ses propriétés mécaniques globales.
Les cycles de soulagement du stress sont souvent effectués après des processus tels que l'usinage, soudage, ou travail à froid.
L'acier est chauffé à une température plus basse (généralement autour 600 - 700 ° C), tenu pendant une période de temps, puis refroidi lentement.
Ce processus aide à soulager les contraintes internes générées au cours de ces opérations, Réduire le risque de fissuration et d'amélioration de la stabilité dimensionnelle du composant.
Emploi des supports et des effets de taux de refroidissement
La trempe est une étape critique dans le traitement thermique de l'AISI 420 acier inoxydable pour obtenir sa dureté élevée.
Le choix des supports de trempe peut avoir un impact significatif sur les propriétés de l'acier:
- Extinction d'huile: L'huile est un milieu de trempe couramment utilisé pour AISI 420.
Il fournit un taux de refroidissement modéré, ce qui aide à éviter des contraintes internes excessives et des fissures.
La trempe à l'huile convient à la plupart des AISI 420 composants en acier inoxydable et peut entraîner une dureté élevée et de bonnes propriétés mécaniques. - Extinction de l'air: La trempe d'air peut être utilisée pour des sections plus minces de l'AISI 420.
Cependant, Il en résulte un taux de refroidissement inférieur par rapport à la trempe à l'huile, ce qui peut entraîner une dureté inférieure et une microstructure différente.
AISI couché à l'air 420 L'acier inoxydable peut être plus adapté aux applications où une dureté légèrement inférieure et une meilleure ténacité sont souhaitées.
La vitesse de refroidissement pendant la trempe affecte la formation de martensite.
Un taux de refroidissement plus rapide entraîne une proportion plus élevée de martensite et une dureté plus élevée, mais cela augmente également le risque de fissuration en raison du développement de contraintes internes.
Tempérer à différentes températures
La température est effectuée après la trempe pour équilibrer la dureté et la ténacité de l'AISI 420 acier inoxydable:
- Température à basse température (150 - 200 ° C): Cela sert principalement à soulager les contraintes internes et à réduire légèrement la fragilité de l'acier échéancée tout en conservant un haut niveau de dureté.
AISI trempé à basse température 420 est souvent utilisé pour les applications où la dureté maximale et la résistance à l'usure sont nécessaires, comme dans les outils de coupe. - Température à haute température (300 - 400 ° C): La température à des températures plus élevées réduit encore la dureté de l'acier, mais améliore considérablement sa ténacité et sa ductilité.
AISI trempé à haute température 420 convient aux applications où une combinaison de force, dureté, et une bonne résistance à l'impact est nécessaire,
comme dans les composants structurels ou les pièces soumises à des charges dynamiques.
6. Fabrication & Machinabilité de l'AISI 420 Acier inoxydable
Considérations de soudage
Soudage AISI en acier inoxydable 420 peut être difficile en raison de sa dureté élevée et de sa faible ductilité dans l'état chargé. Voici quelques considérations importantes:
- Préchauffage: Préchauffer le matériau à une température dans la plage de 200 - 300 ° C avant que le soudage soit essentiel.
Cela aide à réduire le risque de fissuration en minimisant le gradient de température entre la zone de soudure et le métal de base pendant le processus de soudage. - Température interprétée: Maintenir une température interpasse d'environ 200 - 300 ° C pendant le soudage est également important.
Cela garantit que la zone de soudure reste à une température appropriée et réduit la probabilité de craquer. - Sélection de métaux de remplissage: Métaux de remplissage avec des compositions chimiques similaires à AISI 420 acier inoxydable, comme ER410 ou ER420, sont généralement utilisés.
Ces métaux de remplissage aident à assurer une bonne qualité de soudure et une compatibilité avec le métal de base.
Machinabilité
- Cote de machinabilité: AISI 420 L'acier inoxydable a une note de machinabilité approximativement 60% de B1112, ce qui signifie qu'il est modérément difficile à machine, surtout dans l'état traité à la chaleur.
Sa dureté élevée peut provoquer une usure rapide des outils et rendre les opérations de coupe plus difficiles. - Recommandations d'outillage: Des outils en acier à haut débit ou en carbure sont recommandés pour l'usinage AISI 420.
Les outils en carbure conviennent plus à l'usinage à grande vitesse et peuvent résister aux températures élevées générées pendant le processus de coupe. - Paramètres de coupe: Lors de l'usinage de l'AISI 420 acier inoxydable, Des vitesses de coupe et des aliments appropriés doivent être sélectionnés.
Par exemple, Lorsque vous tournez avec des outils en carbure, une vitesse de coupe de 60 - 90 m / min et un taux d'alimentation de 0.1 - 0.2 MM / REV sont souvent utilisés.
Des vitesses de coupe et des flux plus bas peuvent être nécessaires pour des opérations d'usinage plus précises.
Former et plier
- Limites: AISI 420 L'acier inoxydable a une ductilité inférieure par rapport aux aciers inoxydables austénitiques, surtout dans l'état durci.
Cela rend plus difficile la formation et le pliage. La formation à froid est possible pour des sections minces et avec une lubrification appropriée, Mais pour des sections plus épaisses, La formation chaude peut être nécessaire. - Formage chaud: AISI Formant chaud 420 implique le chauffage de l'acier à une température au-dessus de sa température de recristallisation (généralement autour 800 - 900 ° C) puis le façonner.
Ce processus permet une plus grande formabilité mais nécessite un contrôle minutieux de la température et de la vitesse de refroidissement pour éviter d'affecter les propriétés mécaniques de l'acier.
Finition des surfaces
- Affûtage: Le broyage est utilisé pour éliminer le stock et atteindre la forme et la précision dimensionnelle souhaitées de l'AISI 420 composants en acier inoxydable.
Différents types de roues de broyage peuvent être utilisés en fonction du matériau et de la finition de surface requise. - Polissage: Le polissage est effectué pour obtenir une finition de surface lisse, ce qui est important pour les applications telles que les couverts, instruments médicaux, ou composants décoratifs.
Diverses techniques de polissage, comme le polissage et l'électropolie, peut être utilisé. - Passivation: Comme mentionné précédemment, La passivation est également une forme de finition de surface qui aide à améliorer la résistance à la corrosion de l'AISI 420.
Il s'agit d'un traitement chimique pour nettoyer la surface et favoriser la formation d'une couche d'oxyde protectrice.
7. Applications de l'AISI 420 Acier inoxydable
Industrie des couverts
- Pièces de candidature: Couteaux de cuisine, fourchettes, cuillères, et couteaux de steak.
Ces ustensiles bénéficient de la capacité de l'AISI 420 à maintenir un bord pointu et à résister à la corrosion des acides alimentaires lors d'une utilisation régulière.
Domaine médical
- Pièces de candidature: Scalpels, forceps, hémostats, ciseaux chirurgicaux.
La forte dureté de l'AISI 420 Permet des bords de coupe précis, tandis que sa résistance à la corrosion garantit que les instruments peuvent résister aux processus de stérilisation répétés.
Équipement de nourriture et de boissons
- Pièces de candidature: Vannes, pompes, Mélanger les lames, composants de convoyeur.
AISI 420 résiste à la corrosion des produits alimentaires comme les jus acides, laitier, et saumures salées, Et ses propriétés résistantes à l'usure le rendent adapté aux pièces qui entrent en contact avec les particules alimentaires.
Traitement chimique
- Pièces de candidature: Pompes, vannes, raccords pour manipuler les produits chimiques non corrosifs.
Il peut supporter les attaques chimiques d'acides légers et d'alcalis dans l'environnement de traitement.
Machines industrielles
- Pièces de candidature: Roulements, engrenages, cams, diapositives, porter des coussinets.
La forte dureté de l'AISI 420 L'acier inoxydable permet à ces pièces de supporter des charges élevées, friction, et usure dans des machines lourdes telles que l'équipement de construction et de fabrication.
Composants automobiles
- Pièces de candidature: Petites pièces de moteur, composants d'embrayage, Et quelques attaches.
Sa combinaison de force, dureté, et une résistance à la corrosion modérée le rend adapté à diverses applications automobiles.
Machinerie textile
- Pièces de candidature: Bars de guidage, lames de coupe, fuseau.
La résistance à l'usure de l'AISI 420 aide ces pièces à maintenir les fonctionnalités sur de longues périodes d'utilisation dans le processus de production textile.
8. Avantages & Limites de l'AISI 420 Acier inoxydable
AISI 420 L'acier inoxydable offre une combinaison unique de dureté, se résistance à l'usure, et protection contre la corrosion modérée, en faisant une note martensitique populaire pour les applications nécessitant durabilité et rétention de bord.
Cependant, Son utilisation est également livrée avec certains compromis que les ingénieurs et les fabricants doivent considérer lors de la sélection pour des composants critiques.
Avantages de l'AISI 420 Acier inoxydable
Dureté élevée
Après un traitement thermique, AISI 420 L'acier inoxydable peut atteindre des niveaux de dureté Rockwell C de HRC 50–55, Le rendre idéal pour les outils de coupe, porter des pièces, et moules.
Excellente résistance à l'usure
Merci à sa teneur élevée en carbone et sa structure martensitique, AISI 420 offre une forte résistance à l'abrasion et à la dégradation de la surface, Le rendre adapté aux environnements à haute usine.
Bonne machinabilité
Avec une note de machinabilité autour 60% (par rapport à AISI B1112), AISI 420 est plus facile à machine que de nombreux aciers inoxydables à haut alliage, Le rendre attrayant pour l'efficacité de la production.
Polonais
Cette note peut être polie à une finition en forme de miroir, ce qui est particulièrement important dans les applications telles que les outils chirurgicaux, Couverts, et pièces décoratives.
Résistance à la corrosion modérée
Bien qu'il ne soit pas aussi résistant à la corrosion que les notes austénitiques, AISI 420 L'acier inoxydable fonctionne bien dans des atmosphères douces, eau douce, et des environnements industriels légèrement corrosifs, en particulier lorsqu'ils sont polis ou passivés.
Rentabilité
AISI 420 est généralement plus abordable que les aciers inoxydables à l'alliage plus élevé comme 316 ou 440c, En faire un choix pratique lorsque le budget et la performance doivent être équilibrés.
Limites de l'AISI 420 Acier inoxydable
Résistance à la corrosion plus faible
Par rapport aux aciers inoxydables austénitiques tels que 304 ou 316, AISI 420 est moins résistant aux chlorures, acides, et les environnements marins, où la corrosion des piqûres et des crevasses peut se produire.
Réduction de la ténacité à une forte dureté
À mesure que la dureté augmente, L'acier devient plus cassant. Cela le rend moins adapté aux applications impliquant un impact intense ou des charges soudaines.
Sensibilité à la chaleur
Exposition prolongée aux températures supérieures 400 ° C peut entraîner la croissance des grains et la mise à l'échelle de la surface, Réduire les performances mécaniques et corrosion.
Soudabilité limitée
En raison de sa structure martensitique, AISI 420 L'acier inoxydable nécessite un traitement thermique de préchauffage et post-affaire pour éviter la fissuration et la dégradation des propriétés pendant les opérations de soudage.
Pas idéal pour les environnements hautement corrosifs
Sans revêtements spéciaux ou traitements, AISI 420 ne doit pas être utilisé dans des environnements chimiques agressifs ou où un contact prolongé avec des chlorures est attendu.
9. Marques internationales de l'AISI 420 Acier inoxydable
| Standard / Région | Grade / Désignation | Description |
| ASTM / NOUS (USA) | AISI 420 / UNS S42000 | Désignation américaine largement utilisée conforme à ASTM A276; polyvalent dans les applications industrielles et d'outillage. |
| DANS / DEPUIS (Europe) | X20CR13 / 1.4021 | Désignation européenne (Matériel no.), commun dans les composants mécaniques, couteaux, et l'équipement de transformation des aliments. |
| Il est (Japon) | Son 420J1 / Son 420J2 | Normes japonaises; La note J2 contient plus de carbone, Fournir une dureté plus élevée - utilisée dans les lames et les outils chirurgicaux. |
| GB (Chine) | Y1cr13 / 20CR13 | Normes nationales chinoises de GB / T 1220 et gb / t 3280; Utilisé pour les pièces résistantes à la corrosion et à haute résistance. |
| Bs (ROYAUME-UNI) | 420S29 / 420S45 | BS britannique 970 normes; appliqué dans des composants structurels et d'outils avec une bonne machinabilité et une résistance à l'usure. |
10. Analyse comparative de l'AISI 420 Acier inoxydable
| Aspect | AISI 420 | AISI 440C | Austénitique 304/316 | Métallurgie de la poudre (PM) 420 | Aciers inoxydables duplex |
| Microstructure | Martensitique | Martensitique | Austénitique | Martensitique (amélioré via le processus PM) | Mixte austénitique-ferritique |
| Teneur en carbone | ≤ 0.15% | ~ 1,0% | Faible (~ 0,08%) | Similaire à AISI 420, avec microstructure raffinée | Modéré |
| Dureté (HRC) | 48–55 | 58–62 | Non stimulable | Comparable ou légèrement supérieur à 420 | Modéré (inférieur à 420) |
| Résistance à la corrosion | Modéré; Bon dans des environnements doux | Légèrement inférieur à 420 En raison de carbures | Excellent, en particulier 316 avec mo | Amélioré en raison du traitement PM | Excellent, Résistance à la corrosion des piqûres et des contraintes supérieures |
| Se résistance à l'usure | Bien | Excellent | Faible | Supérieur à conventionnel 420 | Modéré |
| Dureté | Modéré | Inférieur à 420 | Haut | Amélioration de la ténacité à la convention 420 | Haut |
| Thermique | Oui | Oui | Non | Oui | Non |
| Machinabilité | Modéré (~ 60% de B1112) | Plus bas en raison de la dureté élevée | Haut | Machinabilité améliorée en fonction de la note PM | Modéré |
| Applications typiques | Couverts, vannes, outils chirurgicaux | Couteaux haut de gamme, roulements | Équipement chimique, transformation des aliments | Outils de précision, porter des pièces | Composants structurels dans des environnements corrosifs |
| Coût | Modéré | Plus haut | Modéré à élevé | Plus élevé en raison du traitement avancé | Plus haut |
11. Conclusion
AISI 420 L'acier inoxydable offre un polyvalent, durable, et rentable Solution partout où une résistance à la corrosion modérée et des performances d'usure élevées se croisent.
En comprenant son maquillage chimique, exigences de traitement, et niches d'application, Les ingénieurs peuvent déployer 420 Pour optimiser à la fois les performances et le budget dans les outils de coupe, vannes, et porter des composants.
À mesure que la fabrication additive et les revêtements avancés évoluent, AISI 420 Le rôle de l'acier inoxydable est susceptible de se développer dans des environnements de service encore plus exigeants.
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