1. Invoering
Aisi 420 Roestvrij staal (X20CR13 / 1.4021) is een medium-koolstof martensitic roestvrij staal Dat behoort tot de 400-serie roestvrij staal.
Deze serie staat bekend om zijn martensitische microstructuur, die deze staalsoorten hun karakteristieke hardheid en kracht geeft.
Vergeleken met andere roestvrijstalen types, roestvrijstalen aisi 420 biedt een unieke balans tussen corrosieweerstand en hardheid.
Hoewel het misschien niet overeenkomt met de corrosieweerstand van austenitisch roestvrijstalen staal 304 of 316, het kan in veel hogere mate worden gehard, het ideaal maken voor toepassingen waar slijtvastheid cruciaal is.
Het doel van dit artikel is om een uitgebreide en diepgaande blik op AISI te geven 420 roestvrij staal.
We zullen de chemische samenstelling verkennen, fysieke en mechanische eigenschappen, Corrosie en hittebestendige prestaties,
Warmtebehandelingsprocessen, Fabricage en bewerkbaarheid, toepassingen, voordelen, beperkingen, en Vergelijkende analyses uitvoeren met andere relevante staalcijfers.
2. Chemische samenstelling van AISI 420 Roestvrij staal
Aisi 420 roestvrij staal is van de martensitisch tak van de 400 -serie, gedefinieerd door zijn vermogen om een harde te vormen, naaldachtige martensietfase bij blussen.
Zijn nominale compositie (In WT%) concentreert zich op:
| Element | Typische inhoud (wt%) | Primaire rol |
| Chroom (Cr) | 12.0 - 14.0 | Vormt passieve cr₂o₃ -laag voor corrosieweerstand |
| Koolstof (C) | ≤ 0.15 | Maakt martensietvorming en hoge hardheid mogelijk |
| Mangaan (Mn) | ≤ 1.00 | Handelt als deoxidizer; verbetert de hot -bewerkbaarheid |
| Silicium (En) | ≤ 1.00 | Versterkt Ferrite; AIDS -oxidatie en deoxidatie |
| Fosfor (P) | ≤ 0.04 | Onzuiverheid - gecontroleerd om taaiheid te behouden |
| Zwavel (S) | ≤ 0.03 | Onzuiverheid - versterkende machinaliteit, beperkt voor ductiliteit |
| Ijzer (Fe) | Evenwicht | Basismetaalmatrixelement |
3. Fysiek & Mechanische eigenschappen van AISI 420 Roestvrij staal
Aisi 420 Roestvrij staal combineert hoge sterkte en matige ductiliteit met uitstekende slijtvastheid.
De belangrijkste eigenschappen worden hieronder samengevat, het gebruik van zowel Si als Imperial Units voor technische veelzijdigheid.
| Eigendom | Gesloten | Getemperd (250 ° C / 1 H) |
| Treksterkte | 650–850 MPA(94,300–123.300 psi) | 550–700 MPa(79,800–101.500 psi) |
| Levert kracht op (0.2% verbijstering) | 450–600 MPA(65,300–87.000 psi) | 350–500 MPa(50,800–72.500 psi) |
| Rek bij pauze | 8–12 % | 10–15 % |
| Rockwell Hardheid (HRC) | 58–62 | 48–55 |
| Brinell Hardheid (HB) | 550–650 HB | 300–400 HB |
| Vermoeidheidsterkte | ~ 260 MPA(~ 37,700 psi) bij 10⁷ cycli | Nvt |
| Impact taaiheid | 12–20 J (Charpy V -Notch) | 20–30 J (verbeterd na het humeur) |
| Dikte | 7.75 g/cm³(0.280 lb/in³) | - |
| Thermische geleidbaarheid | 25 W/m · k | - |
| Elektrische weerstand | 0.85 µω · m | - |
4. Corrosie & Hittebestendige prestaties
Algemene corrosieweerstand
Aisi 420 Roestvrij staal biedt een goede algemene corrosieweerstand in milde omgevingen. In binnensferen, het kan zijn integriteit voor lange periodes behouden zonder significante corrosie.
Het kan ook de corrosieve effecten van veel niet-agressieve chemicaliën en oplossingen weerstaan,
het geschikt maken voor verschillende toepassingen in industrieën zoals voedselverwerking en lichte productie.
De passieve oxidelaag gevormd door chroom biedt effectieve bescherming tegen oxidatie en algemene corrosie.
Echter, Deze bescherming kan worden aangetast in agressievere omgevingen.
Put- en spleetweerstand
Een van de beperkingen van roestvrijstalen AISI 420 is de relatief lage put- en spleetweerstand, vooral in chloride-bevattende omgevingen.
Chloride -ionen kunnen de passieve oxidelaag binnendringen, veroorzaakt lokale afbraak en de vorming van kuilen op het oppervlak van het staal.
Spleten, zoals die in pakkingen, bouten, of overlappende metalen oppervlakken, kan dit proces verder versnellen.
In deze gebieden, Chloride -ionen kunnen geconcentreerd worden, wat leidt tot ernstiger corrosie.
Aisi 420 wordt niet aanbevolen voor continue blootstelling aan zeewater of andere sterk gechloreerde oplossingen zonder geschikte beschermingsmaatregelen, zoals oppervlaktebehandelingen of het gebruik van corrosieremmers.
Hoge temperatuurschaling en oxidatie
Aisi 420 Roestvrij staal kan hoge temperaturen tot ongeveer 400 ° C weerstaan zonder significante schaal of oxidatie.
Bij deze temperaturen, De passieve oxidelaag blijft stabiel en blijft bescherming bieden aan het onderliggende metaal.
Echter, Naarmate de temperatuur stijgt dan 400 ° C, De oxidatiesnelheid versnelt, en het staal kan beginnen met een dikke oxide -schaal.
Deze schaal kan afvallen, Vers metaal blootstellen aan verdere oxidatie, en kan ook de mechanische eigenschappen van het staal beïnvloeden.
In toepassingen waar hogere temperaturen bij betrokken zijn, Alternatieve materialen of warmtebestendige coatings kunnen nodig zijn.
Oppervlaktebehandelingen om de corrosieprestaties te verbeteren
Om de corrosieweerstand van AISI te verbeteren 420 roestvrij staal, Verschillende oppervlaktebehandelingen kunnen worden toegepast:
- Passivering: Dit proces omvat chemische reiniging om verontreinigingen uit het oppervlak van het staal te verwijderen en de vorming van een meer uniforme en beschermende passieve oxidelaag te bevorderen.
Passivering kan de corrosieweerstand van AISI aanzienlijk verbeteren 420, vooral in milde tot matig corrosieve omgevingen. - Elektroplateren: Electroplating aisi 420 Roestvrij staal met corrosiebestendige metalen zoals nikkel of chroom kan een extra beschermingslaag bieden.
De vergulde laag fungeert als een barrière, Het voorkomen van het onderliggende staal dat in contact komt met corrosieve stoffen. - Coatings: Organische of anorganische coatings aanbrengen, zoals verf of keramische coatings, kan ook de corrosieweerstand van AISI verbeteren 420.
Deze coatings kunnen een fysieke barrière bieden en kunnen ook corrosie bevatten - remmende pigmenten.
5. Warmtebehandeling van AISI 420 Roestvrij staal
Gloeien en stressverlichting cycli
Gloei is een belangrijk warmtebehandelingsproces voor AISI 420 roestvrij staal. Het doel van gloeien is om het staal te verzachten, zijn bewerkbaarheid verbeteren, en verlicht interne spanningen.
- Proces: Het staal wordt tot een temperatuur verwarmd in het bereik van 800 - 900 ° C, op deze temperatuur gehouden voor 1-2 uren om volledige herkristallisatie mogelijk te maken, En toen langzaam afgekoeld in de oven.
Deze langzame koelsnelheid helpt om de vorming van interne spanningen te voorkomen. - Voordelen: Gegloeide roestvrijstalen aisi 420 is gemakkelijker te bewerken en te vormen, het geschikt maken voor latere productieactiviteiten.
Het heeft ook een meer uniforme microstructuur, die zijn algemene mechanische eigenschappen kan verbeteren.
Stressontlastingscycli worden vaak uitgevoerd na processen zoals bewerken, las, of koud werken.
Het staal wordt op een lagere temperatuur verwarmd (meestal rond 600 - 700 ° C), voor een bepaalde periode gehouden, en vervolgens langzaam afgekoeld.
Dit proces helpt om de interne spanningen te verlichten die tijdens deze bewerkingen zijn gegenereerd, het verminderen van het risico op kraken en het verbeteren van de dimensionale stabiliteit van de component.
Effecten van media en koelsnelheid blussen
Blussen is een cruciale stap in de warmtebehandeling van AISI 420 roestvrij staal om zijn hoge hardheid te bereiken.
De keuze voor het uitdrijven van media kan een aanzienlijke impact hebben op de eigenschappen van het staal:
- Olie blussen: Olie is een veelgebruikt blusmedium voor AISI 420.
Het biedt een matige koelsnelheid, die helpt om overmatige interne spanningen en kraken te voorkomen.
Olie blussen is geschikt voor de meeste AISI 420 Roestvrijstalen componenten en kunnen leiden tot een hoge hardheid en goede mechanische eigenschappen. - Lucht blussen: Lucht blussen kan worden gebruikt voor dunnere secties van AISI 420.
Echter, Het resulteert in een lagere koelsnelheid in vergelijking met het blussen van olie, die kan leiden tot een lagere hardheid en andere microstructuur.
Air-gejuich AISI 420 Roestvrij staal kan geschikter zijn voor toepassingen waar een iets lagere hardheid en een betere taaiheid gewenst zijn.
De koelsnelheid tijdens het uitdrijven beïnvloedt de vorming van martensiet.
Een snellere koelsnelheid leidt tot een groter deel van de martensiet en een hogere hardheid, Maar het verhoogt ook het risico op kraken als gevolg van de ontwikkeling van interne spanningen.
Temperen bij verschillende temperaturen
Tempert wordt uitgevoerd na het blussen om de hardheid en taaiheid van AISI in evenwicht te brengen 420 roestvrij staal:
- Lage temperatuur temperen (150 - 200 ° C): Dit dient voornamelijk om interne spanningen te verlichten en de brosheid van het gejaagde staal enigszins te verminderen met behoud van een hoog niveau van hardheid.
Lage temperatuur getemperde AISI 420 wordt vaak gebruikt voor toepassingen waar maximale hardheid en slijtvastheid nodig zijn, zoals in snijgereedschap. - Hoge temperatuur temperen (300 - 400 ° C): Het temperen bij hogere temperaturen vermindert verder de hardheid van het staal, maar verbetert de taaiheid en ductiliteit aanzienlijk.
Hoge temperatuur getemperde AISI 420 is geschikt voor toepassingen waar een combinatie van sterkte, taaiheid, en er is een goede impactweerstand nodig,
zoals in structurele componenten of onderdelen die worden onderworpen aan dynamische belastingen.
6. Fabricage & Machinabiliteit van AISI 420 Roestvrij staal
Lasoverwegingen
Lasroestvrij staal AISI 420 kan een uitdaging zijn vanwege de hoge hardheid en lage ductiliteit in de geplande toestand. Hier zijn enkele belangrijke overwegingen:
- Voorverwarming: Het materiaal voorverwarmen tot een temperatuur in het bereik van 200 - 300 ° C voordat het lassen essentieel is.
Dit helpt het risico op kraken te verminderen door de temperatuurgradiënt tussen het lasgebied en het basismetaal tijdens het lasproces te minimaliseren. - Interpass -temperatuur: Het handhaven van een interpass -temperatuur van rond 200 - 300 ° C tijdens het lassen is ook belangrijk.
Dit zorgt ervoor dat het lasgebied op een geschikte temperatuur blijft en de kans op kraken vermindert. - Selectie van vulmetaal: Vulmetalen met vergelijkbare chemische samenstellingen als AISI 420 roestvrij staal, zoals ER410 of ER420, worden meestal gebruikt.
Deze vulmetalen helpen om een goede laskwaliteit en compatibiliteit met het basismetaal te garanderen.
Machinaliteit
- Machiniteitsbeoordeling: Aisi 420 roestvrij staal heeft een machinabiliteitsclassificatie van ongeveer 60% van B1112, wat betekent dat het matig moeilijk is om te bewerken, vooral in de warmtebehandelde toestand.
De hoge hardheid kan snelle gereedschapslijtage veroorzaken en snijoperaties uitdagender maken. - Gereedschapsaanbevelingen: Hoge snelheid stalen of carbide-tipgereedschappen worden aanbevolen voor het bewerken van AISI 420.
Carbide-gereedschappen zijn meer geschikt voor snelle bewerking en kunnen de hoge temperaturen weerstaan die tijdens het snijproces worden gegenereerd. - Snijdende parameters: Bij het bewerken van aisi 420 roestvrij staal, Juiste snijsnelheden en feeds moeten worden geselecteerd.
Bijvoorbeeld, Bij het draaien met carbide -gereedschap, een snijsnelheid van 60 - 90 m/min en een voedingssnelheid van 0.1 - 0.2 mm/rev worden vaak gebruikt.
Lagere snijsnelheden en -voeders kunnen nodig zijn voor meer precieze bewerkingsbewerkingen.
Vormen en buigen
- Beperkingen: Aisi 420 Roestvrij staal heeft een lagere ductiliteit in vergelijking met austenitisch roestvrij staal, vooral in de verharde staat.
Dit maakt het moeilijker om te vormen en te buigen. Koud vorming is mogelijk voor dunne secties en met de juiste smering, Maar voor dikkere secties, Hete vorming kan nodig zijn. - Heet vormen: Heet vormen aisi 420 houdt in dat het staal tot een temperatuur boven zijn herkristallisatietemperatuur wordt verwarmd (meestal rond 800 - 900 ° C) En dan het vormgeven.
Dit proces zorgt voor een grotere vormbaarheid, maar vereist zorgvuldige controle van de temperatuur en koelsnelheid om te voorkomen dat de mechanische eigenschappen van het staal worden beïnvloed.
Oppervlakteafwerking
- Slijpen: Slijpen wordt gebruikt om de voorraad te verwijderen en de gewenste vorm en dimensionale nauwkeurigheid van AISI te bereiken 420 Roestvrijstalen componenten.
Verschillende soorten slijpwielen kunnen worden gebruikt, afhankelijk van het materiaal en de vereiste oppervlakte -afwerking. - Polijsten: Polijsten wordt uitgevoerd om een gladde oppervlakte -afwerking te verkrijgen, wat belangrijk is voor toepassingen zoals bestek, medische instrumenten, of decoratieve componenten.
Verschillende polijsttechnieken, zoals bufferen en electropolishing, kan worden gebruikt. - Passivering: Zoals eerder vermeld, Passivering is ook een vorm van oppervlakteafwerking die helpt om de corrosieweerstand van AISI te verbeteren 420.
Het gaat om chemische behandeling om het oppervlak te reinigen en de vorming van een beschermende oxidelaag te bevorderen.
7. Toepassingen van AISI 420 Roestvrij staal
Bestekindustrie
- Toepassingsdelen: Keukenmessen, forks, lepels, en steakmessen.
Deze gebruiksvoorwerpen profiteren van het vermogen van AISI 420 om een scherpe rand vast te houden en corrosie van voedselzuren te weerstaan tijdens regelmatig gebruik.
Medisch veld
- Toepassingsdelen: Scalpels, tang, hemostaten, chirurgische schaar.
De hoge hardheid van Aisi 420 zorgt voor nauwkeurige snijranden, Hoewel de corrosieweerstand ervoor zorgt dat de instrumenten herhaalde sterilisatieprocessen kunnen weerstaan.
Voedsel- en drankapparatuur
- Toepassingsdelen: Kleppen, pompen, mengbladen, transport componenten.
Aisi 420 Weer bestand tegen corrosie van voedselproducten zoals zure sappen, zuivel, en zoute pekel, en de slijtvaste eigenschappen maken het geschikt voor onderdelen die in contact komen met voedseldeeltjes.
Chemische verwerking
- Toepassingsdelen: Pompen, kleppen, Fittingen voor het omgaan met niet-hoogwaardige corrosieve chemicaliën.
Het kan de chemische aanvallen van milde zuren en alkaliërs in de verwerkingsomgeving doorstaan.
Industriële machines
- Toepassingsdelen: Lagers, versnelling, nokken, glijbanen, Draag pads.
De hoge hardheid van Aisi 420 Met roestvrij staal kan deze onderdelen hoge belastingen weerstaan, wrijving, en draag in zware machines zoals constructie- en productieapparatuur.
Automotive componenten
- Toepassingsdelen: Kleine motoronderdelen, koppelingscomponenten, en enkele bevestigingsmiddelen.
Zijn combinatie van kracht, hardheid, en matige corrosieweerstand maakt het geschikt voor verschillende automotive -toepassingen.
Textielmachines
- Toepassingsdelen: Gids bars, snijbladen, spillen.
AISI 420's Wear Resistance helpt deze onderdelen om functionaliteit te behouden gedurende lange perioden van gebruik in het textielproductieproces.
8. Voordelen & Beperkingen van AISI 420 Roestvrij staal
Aisi 420 roestvrij staal biedt een unieke combinatie van hardheid, Draag weerstand, En Matige corrosiebescherming, waardoor het een populair martensitisch cijfer is voor toepassingen Duurzaamheid en randbehoud.
Echter, Het gebruik ervan komt ook met bepaalde afwegingen die ingenieurs en fabrikanten moeten overwegen bij het selecteren voor kritieke componenten.
Voordelen van AISI 420 Roestvrij staal
Hoge hardheid
Na warmtebehandeling, Aisi 420 Roestvrij staal kan Rockwell C hardheidsniveaus van HRC 50-55 bereiken, waardoor het ideaal is voor het snijden van gereedschappen, Draag onderdelen, en vormen.
Uitstekende slijtageweerstand
Dankzij het hoge koolstofgehalte en de martensitische structuur, Aisi 420 Biedt een sterke weerstand tegen slijtage en afbraak op het oppervlak, het geschikt maken voor omgevingen met een hoge draag.
Goede bewerkbaarheid
Met een bewerkbaarheidsclassificatie van rond 60% (Vergeleken met AISI B1112), Aisi 420 is gemakkelijker te bewerken dan veel roestvrijstalen staal met hoge legering, het aantrekkelijk maken voor productie -efficiëntie.
Polijstbaarheid
Dit cijfer kan worden gepolijst naar een spiegelachtige afwerking, wat vooral belangrijk is in toepassingen zoals chirurgische tools, Bestek, en decoratieve onderdelen.
Matige corrosieweerstand
Hoewel niet zo corrosiebestendig als Austenitische cijfers, Aisi 420 Roestvrij staal presteert goed in milde atmosferen, zoetwater, en licht corrosieve industriële omgevingen - vooral wanneer gepolijst of gepassiveerd.
Kosteneffectiviteit
Aisi 420 is over het algemeen betaalbaarder dan roestvrijstalen staals met een hoger leger 316 of 440c, waardoor het een praktische keuze is wanneer budget en prestaties in evenwicht moeten zijn.
Beperkingen van AISI 420 Roestvrij staal
Lagere corrosieweerstand
Vergeleken met austenitisch roestvrij staal 304 of 316, Aisi 420 is minder bestand tegen chloriden, zuren, en mariene omgevingen, waar put- en spleetcorrosie kan optreden.
Verminderde taaiheid bij hoge hardheid
Naarmate de hardheid toeneemt, Het staal wordt broscher. Dit maakt het minder geschikt voor toepassingen met zware impact of plotselinge belastingen.
Warmtegevoeligheid
Langdurige blootstelling aan temperaturen hierboven 400 ° C kan leiden tot korrelgroei en oppervlakteschaling, het verminderen van zowel mechanische als corrosieprestaties.
Beperkte lasbaarheid
Vanwege de martensitische structuur, Aisi 420 Roestvrij staal vereist voorverwarmings- en post-las warmtebehandeling om kraken en degradatie van onroerend goed te voorkomen tijdens het lasbewerkingen.
Niet ideaal voor sterk corrosieve omgevingen
Zonder speciale coatings of behandelingen, Aisi 420 mag niet worden gebruikt in agressieve chemische omgevingen of waar langdurig contact met chloriden wordt verwacht.
9. Internationale merken van AISI 420 Roestvrij staal
| Standaard / Regio | Cijfer / Aanduiding | Beschrijving |
| ASTM / ONS (VS) | Aisi 420 / UNS S42000 | Veel gebruikte Amerikaanse aanduiding die overeenkomt met ASTM A276; veelzijdig in industriële en gereedschapstoepassingen. |
| IN / VAN (Europa) | X20CR13 / 1.4021 | Europese aanduiding (Materiaal nr.), gebruikelijk in mechanische componenten, messen, en voedselverwerkingsapparatuur. |
| Hij is (Japan) | Zijn 420J1 / Zijn 420J2 | Japanse normen; J2 -kwaliteit bevat meer koolstof, Biedt een hogere hardheid - gebruikt in messen en chirurgische hulpmiddelen. |
| GB (China) | Y1CR13 / 20CR13 | Chinese nationale normen van GB/T 1220 en GB/T 3280; gebruikt voor corrosiebestendige en hoogwaardig onderdelen. |
| BS (Uk) | 420S29 / 420S45 | Britse BS 970 normen; toegepast in structurele en gereedschapscomponenten met goede bewerkbaarheid en slijtvastheid. |
10. Vergelijkende analyse van AISI 420 Roestvrij staal
| Aspect | Aisi 420 | AISI 440C | Austenitisch 304/316 | Poeder metallurgie (P.M) 420 | Duplex roestvrij staal |
| Microstructuur | Martensitisch | Martensitisch | Austenitisch | Martensitisch (Verbeterd via PM -proces) | Gemengd austenitisch-ferritisch |
| Koolstofgehalte | ≤ 0.15% | ~ 1,0% | Laag (~ 0,08%) | Vergelijkbaar met AISI 420, met verfijnde microstructuur | Gematigd |
| Hardheid (HRC) | 48–55 | 58–62 | Niet-harde | Vergelijkbaar of iets hoger dan 420 | Gematigd (lager dan 420) |
| Corrosieweerstand | Gematigd; Goed in milde omgevingen | Iets lager dan 420 Vanwege carbiden | Uitstekend, speciaal 316 met MO | Verbeterd door PM -verwerking | Uitstekend, Superieure put- en stresscorrosieweerstand |
| Draag weerstand | Goed | Uitstekend | Laag | Superieur aan conventioneel 420 | Gematigd |
| Taaiheid | Gematigd | Lager dan 420 | Hoog | Verbeterde taaiheid ten opzichte van conventioneel 420 | Hoog |
| Hitte te behandelen | Ja | Ja | Nee | Ja | Nee |
| Machinaliteit | Gematigd (~ 60% van B1112) | Lager vanwege de hoge hardheid | Hoog | Verbeterde bewerkbaarheid afhankelijk van PM -kwaliteit | Gematigd |
| Typische toepassingen | Bestek, kleppen, chirurgische tools | Hoogwaardige messen, lagers | Chemische apparatuur, voedselverwerking | Precisietooling, Draag onderdelen | Structurele componenten in corrosieve omgevingen |
| Kosten | Gematigd | Hoger | Matig tot hoog | Hoger vanwege geavanceerde verwerking | Hoger |
11. Conclusie
Aisi 420 roestvrij staal biedt een veelzijdig, verharden, En kosteneffectief Oplossing waar matige corrosieweerstand en hoge slijtageprestaties kruisen.
Door zijn te begrijpen chemische make -up, Verwerkingsvereisten, En Application Niches, Ingenieurs kunnen implementeren 420 om zowel prestaties als budget te optimaliseren in snijgereedschappen, kleppen, en draag componenten.
Naarmate additieve productie en geavanceerde coatings evolueren, Aisi 420 De rol van roestvrij staal zal zich waarschijnlijk uitbreiden naar nog meer veeleisende serviceomgevingen.
LangHe is de perfecte keuze voor uw productiebehoeften als u van hoge kwaliteit nodig is Roestvrijstalen componenten.
