1. Introduzione
Aisi 420 Acciaio inossidabile (X20CR13 / 1.4021) è un martensitico di medio carbonio acciaio inossidabile che appartiene alla serie 400 di acciai inossidabile.
Questa serie è nota per la sua microstruttura martensitica, che dà a questi acciai la loro caratteristica durezza e forza.
Rispetto ad altri tipi di acciaio inossidabile, acciaio inossidabile AISI 420 offre un equilibrio unico tra resistenza alla corrosione e durezza.
Anche se potrebbe non corrispondere alla resistenza alla corrosione degli acciai inossidabili austenitici come 304 O 316, Può essere indurito in misura molto più alta, rendendolo ideale per le applicazioni in cui la resistenza all'usura è cruciale.
Lo scopo di questo articolo è quello di fornire uno sguardo completo e approfondito ad AISI 420 acciaio inossidabile.
Esploreremo la sua composizione chimica, Proprietà fisiche e meccaniche, corrosione e prestazioni resistenti al calore,
processi di trattamento termico, fabbricazione e macchinabilità, applicazioni, Vantaggi, Limitazioni, e condurre analisi comparative con altri voti in acciaio rilevanti.
2. Composizione chimica di AISI 420 Acciaio inossidabile
Aisi 420 L'acciaio inossidabile appartiene al martensitico Branch of the 400 -Series, definito dalla sua capacità di formare un duro, Fase di martensite simile all'ago sulla spegnimento.
La sua composizione nominale (in WT%) centri su:
| Elemento | Contenuto tipico (WT%) | Ruolo primario |
| Cromo (Cr) | 12.0 - 14.0 | Forma uno strato passivo cr₂o₃ per resistenza alla corrosione |
| Carbonio (C) | ≤ 0.15 | Abilita la formazione di martensite e l'elevata durezza |
| Manganese (Mn) | ≤ 1.00 | Agisce come deossidizzatore; Migliora la lavorazione calda |
| Silicio (E) | ≤ 1.00 | Rafforza la ferrite; Aiuta l'ossidazione e la disossidazione |
| Fosforo (P) | ≤ 0.04 | Impurità: controllata per mantenere la tenacità |
| Zolfo (S) | ≤ 0.03 | Impurità: migliora la lavorabilità, limitato per la duttilità |
| Ferro (Fe) | Bilancia | Elemento matrice metallica di base |
3. Fisico & Proprietà meccaniche di AISI 420 Acciaio inossidabile
Aisi 420 L'acciaio inossidabile combina l'alta resistenza e una moderata duttilità con un'eccellente resistenza all'usura.
Le proprietà chiave sono riassunte di seguito, Utilizzo di unità SI e imperiali per la versatilità ingegneristica.
| Proprietà | As -mascherato | Temperato (250 ° C. / 1 H) |
| Resistenza alla trazione | 650–850 MPA(94,300–123.300 psi) | 550–700 MPA(79,800–101.500 psi) |
| Forza di snervamento (0.2% offset) | 450–600 MPA(65,300–87.000 psi) | 350–500 MPA(50,800–72.500 psi) |
| Allungamento a pausa | 8–12 % | 10–15 % |
| Durezza Rockwell (HRC) | 58–62 | 48–55 |
| Durezza di Brinell (Hb) | 550–650 hb | 300–400 hb |
| Forza a fatica | ~ 260 MPA(~ 37,700 psi) a 10⁷ cicli | N / A |
| La tenacità dell'impatto | 12–20 J. (Charpy V -Notch) | 20–30 J. (migliorato dopo il carattere) |
| Densità | 7.75 g/cm³(0.280 lb/in³) | - |
| Conducibilità termica | 25 W/m · k | - |
| Resistività elettrica | 0.85 µω · m | - |
4. Corrosione & Performance resistenti al calore
Resistenza alla corrosione generale
Aisi 420 L'acciaio inossidabile offre una buona resistenza alla corrosione generale in ambienti lievi. Nelle atmosfere interne, Può mantenere la sua integrità per lunghi periodi senza una corrosione significativa.
Può anche resistere agli effetti corrosivi di molte sostanze chimiche e soluzioni non aggressive,
renderlo adatto a una varietà di applicazioni in settori come la trasformazione alimentare e la produzione di luce.
Lo strato di ossido passivo formato dal cromo fornisce una protezione efficace contro l'ossidazione e la corrosione generale.
Tuttavia, Questa protezione può essere compromessa in ambienti più aggressivi.
Accorciamento e resistenza alla fessura
Uno dei limiti di AISI in acciaio inossidabile 420 è la sua resistenza alla cornice e alla fessura relativamente bassa, specialmente in ambienti contenenti cloruro.
Gli ioni cloruro possono penetrare nello strato di ossido passivo, causando la rottura locale e la formazione di fosse sulla superficie dell'acciaio.
Fessure, come quelli trovati nelle guarnizioni, bulloni, o superfici metalliche sovrapposte, può accelerare ulteriormente questo processo.
In queste aree, Gli ioni cloruro possono concentrarsi, portando a una corrosione più grave.
Aisi 420 non è raccomandato per l'esposizione continua all'acqua di mare o ad altre soluzioni altamente clorate senza adeguate misure di protezione, come i trattamenti superficiali o l'uso di inibitori della corrosione.
Ridimensionamento e ossidazione ad alta temperatura
Aisi 420 L'acciaio inossidabile può resistere a temperature elevate fino a circa 400 ° C senza ridimensionamento o ossidazione significativi.
A queste temperature, Lo strato di ossido passivo rimane stabile e continua a fornire protezione al metallo sottostante.
Tuttavia, Man mano che la temperatura aumenta oltre i 400 ° C, Il tasso di ossidazione accelera, e l'acciaio può iniziare a formare una scala di ossido spessa.
Questa scala può sfaldare, Esporre metallo fresco a un'ulteriore ossidazione, e può anche influenzare le proprietà meccaniche dell'acciaio.
Nelle applicazioni in cui sono coinvolte temperature più elevate, Potrebbero essere necessari materiali alternativi o rivestimenti resistenti al calore.
Trattamenti superficiali per migliorare le prestazioni della corrosione
Per migliorare la resistenza alla corrosione di AISI 420 acciaio inossidabile, È possibile applicare diversi trattamenti superficiali:
- Passivazione: Questo processo prevede la pulizia chimica per rimuovere i contaminanti dalla superficie dell'acciaio e promuovere la formazione di uno strato di ossido passivo più uniforme e protettivo.
La passivazione può migliorare significativamente la resistenza alla corrosione di AISI 420, soprattutto in ambienti da lievi a moderatamente corrosivi. - Galvanotecnica: Elettroplando AISI 420 L'acciaio inossidabile con metalli resistenti alla corrosione come nichel o cromo può fornire un ulteriore strato di protezione.
Lo strato placcato funge da barriera, impedire all'acciaio sottostante di entrare in contatto con sostanze corrosive. - Rivestimenti: Applicazione di rivestimenti organici o inorganici, come vernici o rivestimenti in ceramica, può anche migliorare la resistenza alla corrosione di AISI 420.
Questi rivestimenti possono fornire una barriera fisica e possono anche contenere corrosione - inibizione dei pigmenti.
5. Trattamento termico di AISI 420 Acciaio inossidabile
Cicli di ricottura e sollievo dallo stress
La ricottura è un importante processo di trattamento termico per AISI 420 acciaio inossidabile. Lo scopo della ricottura è ammorbidire l'acciaio, Migliora la sua lavorabilità, e alleviare le sollecitazioni interne.
- Processo: L'acciaio viene riscaldato a una temperatura nell'intervallo di 800 - 900 ° C., tenuto a questa temperatura per 1-2 ore per consentire la ricristallizzazione completa, e poi si raffredda lentamente nella fornace.
Questa velocità di raffreddamento lenta aiuta a prevenire la formazione di sollecitazioni interne. - Benefici: Acciaio inossidabile ricotto AISI 420 è più facile da macchiare e formare, renderlo adatto per le successive operazioni di produzione.
Ha anche una microstruttura più uniforme, che può migliorare le sue proprietà meccaniche generali.
I cicli di sollievo da stress vengono spesso eseguiti dopo processi come la lavorazione, saldatura, o lavoro freddo.
L'acciaio viene riscaldato a una temperatura inferiore (di solito intorno 600 - 700 ° C.), tenuto per un periodo di tempo, e poi si è raffreddato lentamente.
Questo processo aiuta ad alleviare le sollecitazioni interne generate durante queste operazioni, Ridurre il rischio di crack e migliorare la stabilità dimensionale del componente.
Effetti di spegnimento dei media e della velocità di raffreddamento
L'estinzione è un passo critico nel trattamento termico di AISI 420 acciaio inossidabile per ottenere la sua alta durezza.
La scelta dei media di tempra può avere un impatto significativo sulle proprietà dell'acciaio:
- Tempra del petrolio: L'olio è un mezzo di tempra comunemente usato per AISI 420.
Fornisce una velocità di raffreddamento moderata, che aiuta a evitare stress interni eccessivi e cracking.
L'estinzione del petrolio è adatto per la maggior parte degli AISI 420 componenti in acciaio inossidabile e può provocare un'alta durezza e buone proprietà meccaniche. - Tempra dell'aria: L'estinzione dell'aria può essere utilizzata per sezioni più sottili di AISI 420.
Tuttavia, Si traduce in una velocità di raffreddamento inferiore rispetto all'estinzione dell'olio, che può portare a una durezza inferiore e una microstruttura diversa.
AISI con cura d'aria 420 L'acciaio inossidabile può essere più adatto per applicazioni in cui si desidera una durezza leggermente più bassa e una migliore durezza.
La velocità di raffreddamento durante l'estinzione influisce sulla formazione di martensite.
Una velocità di raffreddamento più rapida porta a una percentuale più elevata di martensite e una maggiore durezza, ma aumenta anche il rischio di crack a causa dello sviluppo di sollecitazioni interne.
Temperatura a varie temperature
Il temperamento viene effettuato dopo essersi spegnimento per bilanciare la durezza e la durezza di AISI 420 acciaio inossidabile:
- Temperatura a bassa temperatura (150 - 200 ° C.): Ciò serve principalmente ad alleviare le sollecitazioni interne e ridurre leggermente la fragilità dell'acciaio astuccio asciugabile mantenendo un alto livello di durezza.
AISI temperato a bassa temperatura 420 è spesso utilizzato per applicazioni in cui sono richieste la massima durezza e resistenza all'usura, come negli utensili da taglio. - Temperatura ad alta temperatura (300 - 400 ° C.): Il temperamento a temperature più elevate riduce ulteriormente la durezza dell'acciaio ma migliora significativamente la sua tenacità e duttilità.
AISI temperato ad alta temperatura 420 è adatto per applicazioni in cui una combinazione di forza, tenacità, ed è necessaria una buona resistenza all'impatto,
come nei componenti strutturali o nelle parti sottoposte a carichi dinamici.
6. Fabbricazione & Machinabilità di AISI 420 Acciaio inossidabile
Considerazioni di saldatura
Saldatura in acciaio inossidabile AISI 420 può essere impegnativo a causa della sua alta durezza e bassa duttilità nello stato astuzia. Ecco alcune considerazioni importanti:
- Preriscaldare: Preriscaldare il materiale a una temperatura nell'intervallo di 200 - 300 ° C prima della saldatura è essenziale.
Ciò aiuta a ridurre il rischio di cracking minimizzando il gradiente di temperatura tra l'area della saldatura e il metallo di base durante il processo di saldatura. - Interpassare la temperatura: Mantenendo una temperatura interpassa di intorno 200 - 300 ° C durante la saldatura è anche importante.
Ciò garantisce che l'area della saldatura rimanga a una temperatura adeguata e riduca la probabilità di cracking. - Selezione di metallo di riempimento: Metalli di riempimento con composizioni chimiche simili a AISI 420 acciaio inossidabile, come ER410 o ER420, sono in genere utilizzati.
Questi metalli di riempimento aiutano a garantire una buona qualità della saldatura e compatibilità con il metallo di base.
Machinabilità
- Punteggio di macchinabilità: Aisi 420 L'acciaio inossidabile ha un punteggio di macchinabilità di approssimativamente 60% di B1112, Ciò significa che è moderatamente difficile macchina, specialmente nello stato trattato con calore.
La sua alta durezza può causare rapide usura degli strumenti e rendere le operazioni di taglio più impegnative. - Raccomandazioni sugli utensili: Gli strumenti in acciaio ad alta velocità o con punta in carburo sono consigliati per la lavorazione di AISI 420.
Gli strumenti in carburo sono più adatti per la lavorazione ad alta velocità e possono resistere alle alte temperature generate durante il processo di taglio. - Parametri di taglio: Durante la lavorazione di Aisi 420 acciaio inossidabile, È necessario selezionare adeguate velocità di taglio e alimenti.
Per esempio, Quando si gira con gli strumenti in carburo, una velocità di taglio di 60 - 90 m/min e una velocità di alimentazione di 0.1 - 0.2 mm/rev sono spesso usati.
Possono essere necessarie velocità di taglio e alimenti più bassi per operazioni di lavorazione più precise.
Formazione e flessione
- Limitazioni: Aisi 420 L'acciaio inossidabile ha una duttilità inferiore rispetto agli acciai inossidabili austenitici, Soprattutto nello stato indurito.
Questo rende più difficile formarsi e piegare. La formazione a freddo è possibile per sezioni sottili e con corretta lubrificazione, Ma per sezioni più spesse, Potrebbe essere necessario la formazione calda. - Formazione calda: Formazione calda AISI 420 Comprende il riscaldamento dell'acciaio a una temperatura al di sopra della sua temperatura di ricristallizzazione (di solito intorno 800 - 900 ° C.) e poi modellandolo.
Questo processo consente una maggiore formabilità ma richiede un attento controllo della temperatura e della velocità di raffreddamento per evitare di influenzare le proprietà meccaniche dell'acciaio.
Finitura superficiale
- Macinazione: La macinazione viene utilizzata per rimuovere lo stock e ottenere la forma desiderata e la precisione dimensionale di AISI 420 Componenti in acciaio inossidabile.
Diversi tipi di ruote macinate possono essere utilizzati a seconda del materiale e della finitura superficiale richiesta. - Lucidatura: La lucidatura viene eseguita per ottenere una finitura superficiale liscia, che è importante per applicazioni come le posate, Strumenti medici, o componenti decorativi.
Varie tecniche di lucidatura, come buffing ed elettropolishing, può essere usato. - Passivazione: Come accennato in precedenza, La passione è anche una forma di finitura superficiale che aiuta a migliorare la resistenza alla corrosione di AISI 420.
Implica un trattamento chimico per pulire la superficie e promuovere la formazione di uno strato di ossido protettivo.
7. Applicazioni di AISI 420 Acciaio inossidabile
Industria delle posate
- Parti dell'applicazione: Coltelli da cucina, Forks, cucchiai, e coltelli da bistecca.
Questi utensili beneficiano della capacità di AISI 420 di mantenere un bordo affilato e resistere alla corrosione dagli acidi alimentari durante l'uso regolare.
Campo medico
- Parti dell'applicazione: Bisturi, pinza, Emostati, forbici chirurgiche.
L'elevata durezza di Aisi 420 consente i bordi di taglio precisi, Mentre la sua resistenza alla corrosione assicura che gli strumenti possano resistere a ripetuti processi di sterilizzazione.
Attrezzatura per alimenti e bevande
- Parti dell'applicazione: Valvole, pompe, miscelazione di lame, Componenti del trasportatore.
Aisi 420 Resiste la corrosione da prodotti alimentari come succhi acidi, latticini, e salamori salati, e le sue proprietà resistenti all'usura lo rendono adatto a parti che entrano in contatto con particelle di cibo.
Elaborazione chimica
- Parti dell'applicazione: Pompe, valvole, raccordi per la gestione di sostanze chimiche non corrosivi.
Può sopportare gli attacchi chimici di acidi lievi e alcali nell'ambiente di elaborazione.
Macchinari industriali
- Parti dell'applicazione: Cuscinetti, marcia, Cams, Slide, indossare cuscinetti.
L'elevata durezza di Aisi 420 L'acciaio inossidabile consente a queste parti di resistere a carichi alti, attrito, e usura in macchinari per impieghi pesanti come attrezzature per l'edilizia e la produzione.
Componenti automobilistici
- Parti dell'applicazione: Piccole parti del motore, Componenti della frizione, E alcuni elementi di fissaggio.
La sua combinazione di forza, durezza, e una moderata resistenza alla corrosione lo rende adatto a varie applicazioni automobilistiche.
Macchinari tessili
- Parti dell'applicazione: Barre guida, Tagliare le lame, mandrini.
La resistenza all'usura di AISI 420 aiuta queste parti a mantenere funzionalità per lunghi periodi di utilizzo nel processo di produzione tessile.
8. Vantaggi & Limitazioni di AISI 420 Acciaio inossidabile
Aisi 420 L'acciaio inossidabile offre una combinazione unica di durezza, resistenza all'usura, E protezione da corrosione moderata, renderlo un voto martensitico popolare per le applicazioni che richiedono durata e conservazione dei bordi.
Tuttavia, Il suo utilizzo viene inoltre fornito con alcuni compromessi che ingegneri e produttori devono considerare quando lo selezionano per componenti critici.
Vantaggi di Aisi 420 Acciaio inossidabile
Alta durezza
Dopo il trattamento termico, Aisi 420 L'acciaio inossidabile può raggiungere i livelli di durezza R rockwell di HRC 50–55, rendendolo ideale per gli utensili da taglio, Indossare parti, e stampi.
Eccellente resistenza all'usura
Grazie al suo alto contenuto di carbonio e alla struttura martensitica, Aisi 420 offre una forte resistenza all'abrasione e al degrado della superficie, rendendolo adatto per ambienti ad alta conduttura.
Buona macchinabilità
Con un punteggio di macchinabilità intorno 60% (Rispetto ad AISI B1112), Aisi 420 è più facile da macchiare rispetto a molti acciai inossidabili ad alto livello, rendendolo attraente per l'efficienza della produzione.
Solimicio
Questo grado può essere lucidato a una finitura simile a uno specchio, che è particolarmente importante in applicazioni come gli strumenti chirurgici, Posate, e parti decorative.
Resistenza alla corrosione moderata
Sebbene non sia resistente alla corrosione come i voti austenitici, Aisi 420 L'acciaio inossidabile si comporta bene in atmosfere lievi, acqua dolce, e impostazioni industriali leggermente corrosive, specialmente se lucidate o passivate.
Costo-efficacia
Aisi 420 è generalmente più conveniente degli acciai inossidabili in lega più alti come 316 o 440c, rendendolo una scelta pratica quando il budget e le prestazioni devono essere bilanciati.
Limitazioni di AISI 420 Acciaio inossidabile
Resistenza alla corrosione inferiore
Rispetto agli acciai inossidabili austenitici come 304 O 316, Aisi 420 è meno resistente ai cloruri, acidi, e ambienti marini, dove si possono verificare la corrosione della cornice e della fessura.
Riduzione della tenacità ad alta durezza
All'aumentare della durezza, L'acciaio diventa più fragile. Ciò lo rende meno adatto per applicazioni che coinvolgono un forte impatto o carichi improvvisi.
Sensibilità al calore
Esposizione prolungata a temperature sopra 400 ° C può portare alla crescita del grano e al ridimensionamento della superficie, Ridurre le prestazioni meccaniche e di corrosione.
Saldabilità limitata
A causa della sua struttura martensitica, Aisi 420 L'acciaio inossidabile richiede il preriscaldamento e il trattamento termico post-salvataggio per evitare crack e degrado della proprietà durante le operazioni di saldatura.
Non ideale per ambienti altamente corrosivi
Senza rivestimenti o trattamenti speciali, Aisi 420 non dovrebbe essere utilizzato in ambienti chimici aggressivi o in cui è previsto un contatto prolungato con cloruri.
9. Marchi internazionali di AISI 420 Acciaio inossidabile
| Standard / Regione | Grado / Designazione | Descrizione |
| ASTM / NOI (U.S.A.) | Aisi 420 / UNS S42000 | Designazione americana ampiamente utilizzata che è conforme a ASTM A276; versatile nelle applicazioni industriali e di strumenti. |
| IN / DA (Europa) | X20CR13 / 1.4021 | Designazione europea (Materiale n.), comune nei componenti meccanici, coltelli, e attrezzatura per la trasformazione degli alimenti. |
| Lui è (Giappone) | È 420J1 / È 420J2 | Standard giapponesi; Il grado J2 contiene più carbonio, Fornire una maggiore durezza, utilizzato in lame e strumenti chirurgici. |
| GB (Cina) | Y1cr13 / 20CR13 | Standard nazionali cinesi da GB/T 1220 e gb/t 3280; Utilizzato per parti resistenti alla corrosione e ad alta resistenza. |
| Bs (Regno Unito) | 420S29 / 420S45 | British Bs 970 standard; Applicato in componenti strutturali e degli strumenti con buona machinabilità e resistenza all'usura. |
10. Analisi comparativa di AISI 420 Acciaio inossidabile
| Aspetto | Aisi 420 | AISI 440C | Austenitico 304/316 | Metallurgia in polvere (PM) 420 | Acciadi inossidabile duplex |
| Microstruttura | Martensitico | Martensitico | Austenitico | Martensitico (Migliorato tramite il processo PM) | Austenitico-lettore misto |
| Contenuto di carbonio | ≤ 0.15% | ~ 1,0% | Basso (~ 0,08%) | Simile a Aisi 420, con microstruttura raffinata | Moderare |
| Durezza (HRC) | 48–55 | 58–62 | Non onorevole | Comparabile o leggermente più alto di 420 | Moderare (inferiore a 420) |
| Resistenza alla corrosione | Moderare; Buono in ambienti lievi | Leggermente più basso di 420 a causa di carburi | Eccellente, particolarmente 316 con mo | Migliorato a causa dell'elaborazione del PM | Eccellente, Resistenza alla corrosione di corrosione e stress superiori |
| Resistenza all'usura | Bene | Eccellente | Basso | Superiore a convenzionale 420 | Moderare |
| Tenacità | Moderare | Inferiore a 420 | Alto | Miglioramento della tenacità rispetto al convenzionale 420 | Alto |
| Calore curabile | SÌ | SÌ | NO | SÌ | NO |
| Machinabilità | Moderare (~ 60% di B1112) | Inferiore a causa dell'elevata durezza | Alto | Machinabilità migliorata a seconda del grado PM | Moderare |
| Applicazioni tipiche | Posate, valvole, Strumenti chirurgici | Coltelli di fascia alta, cuscinetti | Attrezzatura chimica, trasformazione alimentare | Strumenti di precisione, Indossare parti | Componenti strutturali in ambienti corrosivi |
| Costo | Moderare | Più alto | Da moderato a alto | Più alto a causa dell'elaborazione avanzata | Più alto |
11. Conclusione
Aisi 420 L'acciaio inossidabile offre un versatile, induribile, E conveniente Soluzione ovunque si intersecano una resistenza di corrosione moderata e prestazioni elevate.
Comprendendo il suo trucco chimico, Requisiti di elaborazione, E nicchie di applicazione, Gli ingegneri possono distribuire 420 Per ottimizzare sia le prestazioni che il budget negli strumenti di taglio, valvole, e indossa componenti.
Man mano che la produzione additiva e i rivestimenti avanzati si evolvono, Aisi 420 È probabile che il ruolo dell'acciaio inossidabile si espanda in ambienti di servizio ancora più impegnativi.
LangHe è la scelta perfetta per le tue esigenze di produzione se hai bisogno di alta qualità Componenti in acciaio inossidabile.
