1. Introdução
Aisi 420 Aço inoxidável (X20CR13 / 1.4021) é um martensítico médio carbono aço inoxidável que pertence às 400 séries de aços inoxidáveis.
Esta série é conhecida por sua microestrutura martensítica, o que dá a esses aços sua dureza e força características.
Comparado a outros tipos de aço inoxidável, Aisi de aço inoxidável 420 oferece um equilíbrio único entre resistência à corrosão e dureza.
Embora possa não corresponder à resistência à corrosão de aços inoxidáveis austeníticos como 304 ou 316, pode ser endurecido em um grau muito mais alto, tornando -o ideal para aplicações onde a resistência ao desgaste é crucial.
O objetivo deste artigo é fornecer uma análise abrangente e aprofundada da AISI 420 aço inoxidável.
Vamos explorar sua composição química, propriedades físicas e mecânicas, corrosão e desempenho resistente ao calor,
processos de tratamento térmico, fabricação e máquinabilidade, Aplicações, vantagens, limitações, e conduzir análises comparativas com outros graus de aço relevantes.
2. Composição química de AISI 420 Aço inoxidável
Aisi 420 aço inoxidável pertence ao martensítico ramo das 400 séries, definido por sua capacidade de formar um difícil, fase de martensita em forma de agulha na extinção.
Sua composição nominal (em% em peso) centros em:
| Elemento | Conteúdo típico (WT%) | Papel primário |
| Cromo (Cr) | 12.0 - 14.0 | Forma camada passiva cr₂o₃ para resistência à corrosão |
| Carbono (C) | ≤ 0.15 | Ativa a formação de martensita e alta dureza |
| Manganês (Mn) | ≤ 1.00 | Atua como desoxidador; Melhora a habilidade quente |
| Silício (E) | ≤ 1.00 | Fortalece a ferrita; AIDS oxidação e desoxidação |
| Fósforo (P) | ≤ 0.04 | Impureza - controlada para manter a resistência |
| Enxofre (S) | ≤ 0.03 | Impureza - aprimorabilidade da máquinas, Limitado para ductilidade |
| Ferro (Fe) | Equilíbrio | Elemento da matriz de metal base |
3. Físico & Propriedades mecânicas da AISI 420 Aço inoxidável
Aisi 420 Aço inoxidável combina alta resistência e ductilidade moderada com excelente resistência ao desgaste.
As principais propriedades estão resumidas abaixo, Usando o SI e as unidades imperiais para a versatilidade da engenharia.
| Propriedade | AS -QUENCHED | Temperado (250 ° c / 1 h) |
| Resistência à tracção | 650–850 MPA(94,300–123.300 psi) | 550–700 MPa(79,800–101.500 psi) |
| Força de escoamento (0.2% desvio) | 450–600 MPa(65,300–87.000 psi) | 350–500 MPa(50,800–72.500 psi) |
| Alongamento no intervalo | 8–12 % | 10–15 % |
| Dureza Rockwell (HRC) | 58–62 | 48–55 |
| Dureza de Brinell (Hb) | 550–650 HB | 300–400 HB |
| Força de fadiga | ~ 260 MPA(~ 37,700 psi) em 10⁷ ciclos | N / D |
| Tenacidade de impacto | 12–20 j (Charpy V -Notch) | 20–30 J. (melhorado após o temperamento) |
| Densidade | 7.75 g/cm³(0.280 lb/in³) | - |
| Condutividade térmica | 25 W/m · k | - |
| Resistividade elétrica | 0.85 µω · m | - |
4. Corrosão & Desempenho resistente ao calor
Resistência geral à corrosão
Aisi 420 Aço inoxidável oferece boa resistência geral à corrosão em ambientes leves. Em atmosferas internas, Pode manter sua integridade por longos períodos sem corrosão significativa.
Também pode resistir aos efeitos corrosivos de muitos produtos químicos e soluções não agressivos,
tornando -o adequado para uma variedade de aplicações em indústrias, como processamento de alimentos e fabricação de luzes.
A camada de óxido passivo formado pelo cromo fornece proteção eficaz contra a oxidação e a corrosão geral.
No entanto, Essa proteção pode ser comprometida em ambientes mais agressivos.
Resistência ao pitting e fenda
Uma das limitações de aisi aço inoxidável 420 é sua resistência relativamente baixa e fenda, especialmente em ambientes contendo cloreto.
Os íons cloreto podem penetrar na camada de óxido passivo, causando quebra local e a formação de poços na superfície do aço.
Fendas, como os encontrados nas juntas, parafusos, ou superfícies de metal sobrepostas, pode acelerar ainda mais este processo.
Nessas áreas, íons cloreto podem se concentrar, levando a uma corrosão mais grave.
Aisi 420 não é recomendado para exposição contínua à água do mar ou outras soluções altamente cloradas sem medidas de proteção apropriadas, como tratamentos de superfície ou o uso de inibidores de corrosão.
Escala de alta temperatura e oxidação
Aisi 420 O aço inoxidável pode suportar altas temperaturas até aproximadamente 400 ° C sem escala ou oxidação significativos.
Nessas temperaturas, A camada de óxido passivo permanece estável e continua a fornecer proteção ao metal subjacente.
No entanto, À medida que a temperatura aumenta além de 400 ° C, A taxa de oxidação acelera, e o aço pode começar a formar uma escala de óxido espessa.
Esta escala pode desbastar, expondo metal fresco a mais oxidação, e também pode afetar as propriedades mecânicas do aço.
Em aplicações onde temperaturas mais altas estão envolvidas, Materiais alternativos ou revestimentos resistentes ao calor podem ser necessários.
Tratamentos de superfície para melhorar o desempenho da corrosão
Para melhorar a resistência à corrosão da AISI 420 aço inoxidável, Vários tratamentos de superfície podem ser aplicados:
- Passivação: Este processo envolve limpeza química para remover contaminantes da superfície do aço e promover a formação de uma camada de óxido passivo mais uniforme e protetor.
A passivação pode aumentar significativamente a resistência à corrosão da AISI 420, especialmente em ambientes leves a moderadamente corrosivos. - Eletroplatação: Eletroplicar AISI 420 Aço inoxidável com metais resistentes à corrosão, como níquel ou cromo, pode fornecer uma camada adicional de proteção.
A camada banhada atua como uma barreira, impedir que o aço subjacente entre em contato com substâncias corrosivas. - Revestimentos: Aplicando revestimentos orgânicos ou inorgânicos, como tintas ou revestimentos de cerâmica, também pode melhorar a resistência à corrosão da AISI 420.
Esses revestimentos podem fornecer uma barreira física e também podem conter corrosão - inibindo pigmentos.
5. Tratamento térmico de AISI 420 Aço inoxidável
Ciclos de recozimento e alívio do estresse
O recozimento é um importante processo de tratamento térmico para a AISI 420 aço inoxidável. O objetivo do recozimento é suavizar o aço, melhorar sua usinabilidade, e aliviar as tensões internas.
- Processo: O aço é aquecido a uma temperatura na faixa de 800 - 900 ° C., mantido nesta temperatura para 1-2 horas para permitir recristalização completa, e então esfriou lentamente na fornalha.
Essa taxa de resfriamento lenta ajuda a evitar a formação de tensões internas. - Benefícios: Recozido AISI de aço inoxidável 420 é mais fácil de máquina e formar, tornando -o adequado para operações de fabricação subsequentes.
Ele também tem uma microestrutura mais uniforme, o que pode melhorar suas propriedades mecânicas gerais.
Os ciclos de alívio do estresse são frequentemente realizados após processos como usinagem, soldagem, ou trabalho frio.
O aço é aquecido a uma temperatura mais baixa (geralmente ao redor 600 - 700 ° C.), realizado por um período de tempo, E então esfriou lentamente.
Este processo ajuda a aliviar as tensões internas geradas durante essas operações, reduzindo o risco de quebrar e melhorar a estabilidade dimensional do componente.
Temonimização de efeitos de mídia e taxa de refrigeração
A extinção é uma etapa crítica no tratamento térmico da AISI 420 aço inoxidável para alcançar sua alta dureza.
A escolha de meios de extinção pode ter um impacto significativo nas propriedades do aço:
- Tireização de óleo: O petróleo é um meio de têmpera comumente usado para AISI 420.
Fornece uma taxa de resfriamento moderada, o que ajuda a evitar tensões internas excessivas e rachaduras.
A extinção de petróleo é adequada para a maioria dos AISI 420 componentes de aço inoxidável e podem resultar em alta dureza e boas propriedades mecânicas. - Taming aéreo: A extinção aérea pode ser usada para seções mais finas da AISI 420.
No entanto, Isso resulta em uma menor taxa de resfriamento em comparação com a extinção do petróleo, o que pode levar a uma dureza menor e microestrutura diferente.
Aisi com base no ar 420 O aço inoxidável pode ser mais adequado para aplicações onde uma dureza ligeiramente menor e melhor tenacidade são desejadas.
A taxa de resfriamento durante a extinção afeta a formação de martensita.
Uma taxa de resfriamento mais rápida leva a uma proporção maior de martensita e uma dureza mais alta, mas também aumenta o risco de rachadura devido ao desenvolvimento de tensões internas.
Temperador a várias temperaturas
A temperamento é realizada após a queima para equilibrar a dureza e a resistência do AISI 420 aço inoxidável:
- Temperatura de baixa temperatura (150 - 200 ° C.): Isso serve principalmente para aliviar as tensões internas e reduzir ligeiramente a fragilidade do aço com extinção, mantendo um alto nível de dureza.
Aisi temperado com baixa temperatura 420 é frequentemente usado para aplicações onde a máxima dureza e resistência ao desgaste são necessárias, como em ferramentas de corte. - Temperatura de alta temperatura (300 - 400 ° C.): A temperatura a temperaturas mais altas reduz ainda mais a dureza do aço, mas melhora significativamente sua resistência e ductilidade.
Aisi temperado com alta temperatura 420 é adequado para aplicações onde uma combinação de força, resistência, e boa resistência ao impacto é necessária,
como em componentes estruturais ou peças submetidas a cargas dinâmicas.
6. Fabricação & MACHINABILIDADE DE AISI 420 Aço inoxidável
Considerações de soldagem
Soldagem AISI de aço inoxidável 420 pode ser desafiador devido à sua alta dureza e baixa ductilidade no estado de extinção. Aqui estão algumas considerações importantes:
- Pré -aquecimento: Pré -aquecer o material a uma temperatura na faixa de 200 - 300 ° C antes que a soldagem seja essencial.
Isso ajuda a reduzir o risco de quebrar, minimizando o gradiente de temperatura entre a área de solda e o metal base durante o processo de soldagem. - Temperatura de interagem: Mantendo uma temperatura de interrupção em torno 200 - 300 ° C durante a soldagem também é importante.
Isso garante que a área de solda permaneça a uma temperatura adequada e reduz a probabilidade de rachadura. - Seleção de metal de enchimento: Metais de enchimento com composições químicas semelhantes ao AISI 420 aço inoxidável, como ER410 ou ER420, são normalmente usados.
Esses metais de enchimento ajudam a garantir uma boa qualidade e compatibilidade da solda com o metal base.
MACHINABILIDADE
- Classificação de maquinabilidade: Aisi 420 O aço inoxidável tem uma classificação de máquina de aproximadamente 60% de B1112, o que significa que é moderadamente difícil de máquina, especialmente no estado tratado térmico.
Sua alta dureza pode causar desgaste rápido da ferramenta e tornar as operações de corte mais desafiadoras. - Recomendações de ferramentas: Recomenda-se ferramentas de alta velocidade de aço ou com ponta de carboneto para usinar AISI 420.
As ferramentas de carboneto são mais adequadas para usinagem de alta velocidade e podem suportar as altas temperaturas geradas durante o processo de corte. - Parâmetros de corte: Ao usinar AISI 420 aço inoxidável, Velas e feeds de corte adequados precisam ser selecionados.
Por exemplo, Ao girar com ferramentas de carboneto, uma velocidade de corte de 60 - 90 m/min e uma taxa de alimentação de 0.1 - 0.2 MM/REV são frequentemente usados.
Velas de corte e alimentos mais baixos podem ser necessários para operações de usinagem mais precisas.
Formação e flexão
- Limitações: Aisi 420 Aço inoxidável tem menor ductilidade em comparação com aços inoxidáveis austeníticos, especialmente no estado endurecido.
Isso torna mais difícil de formar e dobrar. A formação a frio é possível para seções finas e com lubrificação adequada, Mas para seções mais grossas, A formação quente pode ser necessária. - Formação a quente: Aisi de formação quente 420 envolve aquecer o aço a uma temperatura acima da temperatura de recristalização (geralmente ao redor 800 - 900 ° C.) E então moldando.
Esse processo permite maior formabilidade, mas requer controle cuidadoso da temperatura e taxa de resfriamento para evitar afetar as propriedades mecânicas do aço.
Acabamento superficial
- Moagem: A moagem é usada para remover o material e alcançar a forma desejada e a precisão dimensional de AISI 420 Componentes de aço inoxidável.
Diferentes tipos de rodas de moagem podem ser usadas, dependendo do material e do acabamento da superfície necessário. - Polimento: O polimento é realizado para obter um acabamento superficial liso, o que é importante para aplicações como talheres, instrumentos médicos, ou componentes decorativos.
Várias técnicas de polimento, como polimento e eletropolismo, pode ser usado. - Passivação: Como mencionado anteriormente, A passivação também é uma forma de acabamento superficial que ajuda a melhorar a resistência à corrosão da AISI 420.
Envolve tratamento químico para limpar a superfície e promover a formação de uma camada de óxido protetor.
7. Aplicações da AISI 420 Aço inoxidável
Indústria de talheres
- Peças de aplicação: Facas de cozinha, garfos, colheres, e facas de bife.
Esses utensílios se beneficiam da capacidade da AISI 420 de manter uma borda nítida e resistir à corrosão dos ácidos alimentares durante o uso regular.
Campo médico
- Peças de aplicação: Bisturs, fórceps, Hemostats, tesoura cirúrgica.
A alta dureza de AISI 420 permite bordas de corte precisas, Enquanto sua resistência à corrosão garante que os instrumentos possam suportar processos repetidos de esterilização.
Equipamento de comida e bebida
- Peças de aplicação: Válvulas, bombas, mistura de lâminas, Componentes transportadores.
Aisi 420 resiste à corrosão de produtos alimentícios como sucos ácidos, laticínio, e salmoura salgada, E suas propriedades resistentes ao desgaste o tornam adequado para peças que entram em contato com partículas de alimentos.
Processamento químico
- Peças de aplicação: Bombas, válvulas, Acessórios para lidar com produtos químicos não altos corrosivos.
Pode suportar os ataques químicos de ácidos leves e álcalis no ambiente de processamento.
Máquinas industriais
- Peças de aplicação: Rolamentos, engrenagens, cames, deslizamentos, use almofadas.
A alta dureza de AISI 420 Aço inoxidável permite que essas peças suportem cargas altas, atrito, e desgaste em máquinas pesadas, como equipamentos de construção e fabricação.
Componentes automotivos
- Peças de aplicação: Peças pequenas do motor, Componentes da embreagem, e alguns prendedores.
Sua combinação de força, dureza, e a resistência moderada à corrosão o torna adequado para várias aplicações automotivas.
Máquinas têxteis
- Peças de aplicação: Barras de guia, cortando lâminas, eixos.
A resistência ao desgaste do AISI 420 ajuda essas peças a manter a funcionalidade por longos períodos de uso no processo de produção têxtil.
8. Vantagens & Limitações da AISI 420 Aço inoxidável
Aisi 420 aço inoxidável oferece uma combinação única de dureza, resistência ao desgaste, e Proteção moderada de corrosão, tornando -o uma nota martensítica popular para aplicações que exigem durabilidade e retenção de arestas.
No entanto, Seu uso também vem com certas trade-offs que os engenheiros e fabricantes devem considerar ao selecioná-lo para componentes críticos.
Vantagens da AISI 420 Aço inoxidável
Alta dureza
Após o tratamento térmico, Aisi 420 O aço inoxidável pode atingir os níveis de dureza Rockwell C de HRC 50–55, tornando -o ideal para ferramentas de corte, use peças, e moldes.
Excelente resistência ao desgaste
Graças ao seu alto teor de carbono e estrutura martensítica, Aisi 420 oferece forte resistência à abrasão e degradação da superfície, tornando-o adequado para ambientes de alto desgaste.
Boa máquinabilidade
Com uma classificação de máquinabilidade em torno 60% (Comparado ao AISI B1112), Aisi 420 é mais fácil de máquina do que muitos aços inoxidáveis de alta liga, tornando -o atraente para eficiência de produção.
Polononabilidade
Esta nota pode ser polida para um acabamento semelhante ao espelho, o que é especialmente importante em aplicações como ferramentas cirúrgicas, Talheres, e peças decorativas.
Resistência moderada à corrosão
Embora não seja tão resistente à corrosão quanto as notas austeníticas, Aisi 420 O aço inoxidável tem um bom desempenho em atmosferas leves, água doce, e ambiente industrial levemente corrosivo - especialmente quando polido ou passivado.
Custo-efetividade
Aisi 420 geralmente é mais acessível do que aços inoxidáveis de alta em liga 316 ou 440C, tornando -a uma escolha prática quando o orçamento e o desempenho precisam ser equilibrados.
Limitações da AISI 420 Aço inoxidável
Menor resistência à corrosão
Comparado aos aços inoxidáveis austeníticos, como 304 ou 316, Aisi 420 é menos resistente a cloretos, ácidos, e ambientes marinhos, onde a corrosão de pitting e fenda pode ocorrer.
Tenacidade reduzida em alta dureza
À medida que a dureza aumenta, o aço se torna mais quebradiço. Isso o torna menos adequado para aplicações envolvendo um impacto pesado ou cargas repentinas.
Sensibilidade ao calor
Exposição prolongada a temperaturas acima 400 ° C pode levar ao crescimento de grãos e escala de superfície, reduzindo o desempenho mecânico e de corrosão.
Soldabilidade limitada
Devido à sua estrutura martensítica, Aisi 420 O aço inoxidável requer pré-aquecimento e tratamento térmico pós-solda para evitar rachaduras e degradação de propriedades durante operações de soldagem.
Não é ideal para ambientes altamente corrosivos
Sem revestimentos ou tratamentos especiais, Aisi 420 não deve ser usado em ambientes químicos agressivos ou onde o contato prolongado com cloretos é esperado.
9. Marcas internacionais de AISI 420 Aço inoxidável
| Padrão / Região | Nota / Designação | Descrição |
| ASTM / NÓS (EUA) | Aisi 420 / UNS S42000 | Designação americana amplamente usada em conformidade com ASTM A276; Versátil em aplicações industriais e de ferramentas. |
| EM / DE (Europa) | X20CR13 / 1.4021 | Designação européia (Material não.), comum em componentes mecânicos, facas, e equipamento de processamento de alimentos. |
| Ele é (Japão) | Seu 420J1 / Seu 420J2 | Padrões japoneses; Grade J2 contém mais carbono, fornecendo dureza mais alta - usada em lâminas e ferramentas cirúrgicas. |
| GB (China) | Y1CR13 / 20CR13 | Padrões nacionais chineses de GB/T 1220 e GB/T. 3280; usado para peças resistentes à corrosão e de alta resistência. |
| Bs (Reino Unido) | 420S29 / 420S45 | Bs britânico 970 padrões; Aplicado em componentes estruturais e de ferramentas com boa usinabilidade e resistência ao desgaste. |
10. Análise comparativa de AISI 420 Aço inoxidável
| Aspecto | Aisi 420 | AISI 440C | Austenítico 304/316 | Metalurgia em pó (PM) 420 | Aços inoxidáveis duplex |
| Microestrutura | Martensítico | Martensítico | Austenítico | Martensítico (aprimorado via processo de PM) | Austenítico-ferrítico misto |
| Teor de carbono | ≤ 0.15% | ~ 1,0% | Baixo (~ 0,08%) | Semelhante ao AISI 420, com microestrutura refinada | Moderado |
| Dureza (HRC) | 48–55 | 58–62 | Não hardenable | Comparável ou um pouco maior que 420 | Moderado (menor que 420) |
| Resistência à corrosão | Moderado; bom em ambientes leves | Ligeiramente menor que 420 devido a carbonetos | Excelente, especialmente 316 com MO | Aprimorado devido ao processamento de PM | Excelente, Superior pitting e resistência à corrosão do estresse |
| Resistência ao desgaste | Bom | Excelente | Baixo | Superior ao convencional 420 | Moderado |
| Resistência | Moderado | Menor que 420 | Alto | Tenacidade aprimorada em relação ao convencional 420 | Alto |
| Tratável térmico | Sim | Sim | Não | Sim | Não |
| MACHINABILIDADE | Moderado (~ 60% de B1112) | Menor devido à alta dureza | Alto | MACHINABILIDADE MELHORIA Dependendo da nota da PM | Moderado |
| Aplicações típicas | Talheres, válvulas, Ferramentas cirúrgicas | Facas de ponta, rolamentos | Equipamento químico, processamento de alimentos | Ferramentas de precisão, use peças | Componentes estruturais em ambientes corrosivos |
| Custo | Moderado | Mais alto | Moderado a alto | Maior devido ao processamento avançado | Mais alto |
11. Conclusão
Aisi 420 aço inoxidável oferece um versátil, Hardenable, e econômico Solução sempre que a resistência a corrosão moderada e o desempenho de alto desgaste se cruzam.
Ao entender seu composição química, Requisitos de processamento, e Nichos de aplicação, Os engenheiros podem implantar 420 Para otimizar o desempenho e o orçamento em ferramentas de corte, válvulas, e use componentes.
À medida que a fabricação aditiva e os revestimentos avançados evoluem, Aisi 420 O papel da aço inoxidável provavelmente se expandirá para ambientes de serviço ainda mais exigentes.
LangHe é a escolha perfeita para suas necessidades de fabricação se você precisar de alta qualidade Componentes de aço inoxidável.
