1. Introduktion
Aisi 420 Rostfritt stål (X20CR13 / 1.4021) är en medelkolmartensitisk rostfritt stål som tillhör 400-serien av rostfria stål.
Denna serie är känd för sin martensitiska mikrostruktur, vilket ger dessa stål deras karakteristiska hårdhet och styrka.
Jämfört med andra rostfria typer, rostfritt stål aisi 420 erbjuder en unik balans mellan korrosionsmotstånd och hårdhet.
Även om det kanske inte matchar korrosionsmotståndet hos austenitiska rostfritt stål som 304 eller 316, det kan härdas i mycket högre grad, Att göra det idealiskt för applikationer där slitmotstånd är avgörande.
Syftet med denna artikel är att ge en omfattande och djupgående titt på AISI 420 rostfritt stål.
Vi kommer att utforska dess kemiska sammansättning, Fysiska och mekaniska egenskaper, Korrosion och värmebeständig prestanda,
värmebehandlingsprocesser, tillverkning och bearbetbarhet, ansökningar, fördelar, begränsningar, och genomföra jämförande analyser med andra relevanta stålkvaliteter.
2. Kemisk sammansättning av AISI 420 Rostfritt stål
Aisi 420 rostfritt stål tillhör martensitisk gren av 400 -serien, definieras av dess förmåga att bilda ett hårt, nålliknande martensitfas vid släckning.
Dess nominella sammansättning (i WT%) centrera:
| Element | Typiskt innehåll (wt%) | Primärroll |
| Krom (Cr) | 12.0 - 14.0 | Bildar passivt cr₂o₃ -lager för korrosionsbeständighet |
| Kol (C) | ≤. 0.15 | Möjliggör martensitbildning och hög hårdhet |
| Mangan (Mn) | ≤. 1.00 | Fungerar som deoxidizer; Förbättrar varma arbetsförmågor |
| Kisel (Och) | ≤. 1.00 | Stärker ferriten; AIDS -oxidation och deoxidation |
| Fosfor (P) | ≤. 0.04 | Orenhet - kontrollerad för att upprätthålla seghet |
| Svavel (S) | ≤. 0.03 | Föroreningar - ENHANCES Machinbarhet, begränsad för duktilitet |
| Järn (Fe) | Balans | Basmetallmatriselement |
3. Fysisk & AISI: s mekaniska egenskaper 420 Rostfritt stål
Aisi 420 Rostfritt stål kombinerar hög hållfasthet och måttlig duktilitet med utmärkt slitmotstånd.
Viktiga egenskaper sammanfattas nedan, Använda både SI och imperialistiska enheter för teknisk mångsidighet.
| Egendom | Som är orubblig | Tempererad (250 ° C / 1 h) |
| Dragstyrka | 650–850 MPa(94,300–123 300 psi) | 550–700 MPa(79,800–101 500 psi) |
| Avkastningsstyrka (0.2% offset) | 450–600 MPa(65,300–87 000 psi) | 350–500 MPa(50,800–72 500 psi) |
| Förlängning vid pausen | 8–12 % | 10–15 % |
| Rockwell hårdhet (Hrc) | 58–62 | 48–55 |
| Brinell -hårdhet (Hb) | 550–650 HB | 300–400 HB |
| Trötthetsstyrka | ~ 260 MPA(~ 37,700 psi) vid 10⁷ cykler | N/a |
| Påverka seghet | 12–20 j (Charpy v -notch) | 20–30 j (Förbättrad efter humör) |
| Densitet | 7.75 g/cm³(0.280 lb/in³) | - |
| Termisk konduktivitet | 25 W/m · k | - |
| Elektrisk resistivitet | 0.85 µΩ · m | - |
4. Korrosion & Värmesistent
Allmän korrosionsmotstånd
Aisi 420 Rostfritt stål erbjuder bra allmän korrosionsmotstånd i milda miljöer. Inomhus atmosfärer, Det kan behålla sin integritet under långa perioder utan betydande korrosion.
Det kan också motstå de frätande effekterna av många icke-aggressiva kemikalier och lösningar,
vilket gör det lämpligt för en mängd olika applikationer inom branscher som livsmedelsbearbetning och lätt tillverkning.
Det passiva oxidskiktet som bildas av krom ger ett effektivt skydd mot oxidation och allmän korrosion.
Dock, Detta skydd kan äventyras i mer aggressiva miljöer.
Grop och sprickmotstånd
En av begränsningarna i rostfritt stål AISI 420 är dess relativt låga pitting och sprickmotstånd, särskilt i kloridinnehållande miljöer.
Kloridjoner kan penetrera det passiva oxidskiktet, orsakar lokal nedbrytning och bildning av gropar på stålytan.
Sprickor, som de som finns i packningar, bultar, eller överlappande metallytor, kan ytterligare påskynda denna process.
I dessa områden, Kloridjoner kan bli koncentrerade, vilket leder till mer allvarlig korrosion.
Aisi 420 rekommenderas inte för kontinuerlig exponering för havsvatten eller andra mycket klorerade lösningar utan lämpliga skyddsåtgärder, såsom ytbehandlingar eller användning av korrosionshämmare.
Hög temperaturskalning och oxidation
Aisi 420 Rostfritt stål tål höga temperaturer upp till cirka 400 ° C utan betydande skalning eller oxidation.
Vid dessa temperaturer, Det passiva oxidskiktet förblir stabilt och fortsätter att ge skydd för den underliggande metallen.
Dock, När temperaturen ökar längre än 400 ° C, Oxidationshastigheten accelererar, och stålet kan börja bilda en tjock oxidskala.
Denna skala kan flaga av, utsätta färsk metall för ytterligare oxidation, och kan också påverka stålets mekaniska egenskaper.
I applikationer där högre temperaturer är involverade, Alternativa material eller värmebeständiga beläggningar kan krävas.
Ytbehandlingar för att förbättra korrosionsprestanda
För att förbättra korrosionsmotståndet hos AISI 420 rostfritt stål, Flera ytbehandlingar kan tillämpas:
- Passivering: Denna process involverar kemisk rengöring för att ta bort föroreningar från stålytan och främja bildandet av ett mer enhetligt och skyddande passivt oxidlager.
Passivering kan förbättra AISI: s korrosionsmotstånd avsevärt 420, särskilt i milda till måttligt frätande miljöer. - Galvanisering: Elektroplätering av AISI 420 Rostfritt stål med korrosionsresistenta metaller såsom nickel eller krom kan ge ett ytterligare skyddsskikt.
Det pläterade skiktet fungerar som en barriär, förhindrar att det underliggande stålet kommer i kontakt med frätande ämnen. - Beläggningar: Tillämpa organiska eller oorganiska beläggningar, som färger eller keramiska beläggningar, kan också förbättra korrosionsmotståndet hos AISI 420.
Dessa beläggningar kan ge en fysisk barriär och kan också innehålla korrosion - hämma pigment.
5. Värmebehandling av AISI 420 Rostfritt stål
Glödgning och stressavlastningscykler
Annealing är en viktig värmebehandlingsprocess för AISI 420 rostfritt stål. Syftet med glödgning är att mjukgöra stålet, förbättra dess bearbetbarhet, och lindra interna spänningar.
- Behandla: Stålet värms upp till en temperatur i området 800 - 900 ° C, hålls vid denna temperatur för 1-2 timmar för att möjliggöra fullständig omkristallisering, och kyls sedan långsamt i ugnen.
Denna långsamma kylningshastighet hjälper till att förhindra bildning av interna spänningar. - Gynn: Glödgat rostfritt stål aisi 420 är lättare att mäta och bilda, vilket gör det lämpligt för efterföljande tillverkningsverksamhet.
Den har också en mer enhetlig mikrostruktur, vilket kan förbättra sina övergripande mekaniska egenskaper.
Stressavlastningscykler utförs ofta efter processer som bearbetning, svetsning, eller kallt arbete.
Stålet värms upp till en lägre temperatur (vanligtvis 600 - 700 ° C), hålls under en tid, och kyldes sedan långsamt.
Denna process hjälper till att lindra de interna spänningarna som genererats under dessa operationer, minska risken för att spricka och förbättra komponentens dimensionella stabilitet.
Släckande media och kylhastighetseffekter
Släckning är ett kritiskt steg i värmebehandlingen av AISI 420 rostfritt stål för att uppnå sin höga hårdhet.
Valet av släckningsmedier kan ha en betydande inverkan på stålets egenskaper:
- Oljekläckande: Olja är ett vanligt använt släckningsmedium för AISI 420.
Det ger en måttlig kylningshastighet, vilket hjälper till att undvika överdrivna spänningar och sprickor.
Oljeutsläckning är lämplig för de flesta AISI 420 rostfritt stålkomponenter och kan resultera i hög hårdhet och goda mekaniska egenskaper. - Luftkylning: Luftkylning kan användas för tunnare delar av AISI 420.
Dock, Det resulterar i en lägre kylningshastighet jämfört med oljeutsläckning, vilket kan leda till en lägre hårdhet och olika mikrostrukturer.
Luftkylt aisi 420 Rostfritt stål kan vara mer lämpligt för applikationer där en något lägre hårdhet och bättre seghet önskas.
Kylningshastigheten under kylning påverkar bildningen av martensit.
En snabbare kylningshastighet leder till en högre andel martensit och en högre hårdhet, Men det ökar också risken för sprickor på grund av utvecklingen av interna spänningar.
Härdar vid olika temperaturer
Temperering utförs efter släckning för att balansera hårdheten och segheten hos AISI 420 rostfritt stål:
- Härdning av låg temperatur (150 - 200 ° C): Detta tjänar främst till att lindra inre spänningar och minska spridningen hos det askylda stålet samtidigt som det bibehålls en hög hårdhetsnivå.
Lågtemperatur härdad AISI 420 används ofta för applikationer där maximal hårdhet och slitmotstånd krävs, som i skärverktyg. - Högtemperaturtempering (300 - 400 ° C): Temperering vid högre temperaturer minskar stålens hårdhet men förbättrar avsevärt dess seghet och duktilitet.
Högtemperatur härdad AISI 420 är lämplig för applikationer där en kombination av styrka, seghet, och god slagmotstånd behövs,
till exempel i strukturella komponenter eller delar som utsätts för dynamiska belastningar.
6. Tillverkning & AISI: s bearbetbarhet 420 Rostfritt stål
Svetsöverväganden
Svetsning av rostfritt stål AISI 420 kan vara utmanande på grund av dess höga hårdhet och låga duktilitet i det kylda tillståndet. Här är några viktiga överväganden:
- Förvärmning: Förvärmning av materialet till en temperatur i området för 200 - 300 ° C före svetsning är viktigt.
Detta hjälper till att minska risken för sprickbildning genom att minimera temperaturgradienten mellan svetsområdet och basmetallen under svetsprocessen. - Interpassera temperaturen: Upprätthålla en interpass -temperatur runt omkring 200 - 300 ° C under svetsning är också viktigt.
Detta säkerställer att svetsområdet förblir vid en lämplig temperatur och minskar sannolikheten för sprickor. - Val av metall: Fillermetaller med liknande kemiska kompositioner till AISI 420 rostfritt stål, som ER410 eller ER420, används vanligtvis.
Dessa fyllmedelmetaller hjälper till att säkerställa god svetskvalitet och kompatibilitet med basmetallen.
Bearbetbarhet
- Bearbetningsgrad: Aisi 420 Rostfritt stål har en bearbetningsgrad på ungefär 60% av B1112, Vilket innebär att det är måttligt svårt att bearbeta, särskilt i det värmebehandlade tillståndet.
Dess höga hårdhet kan orsaka snabbt verktygsslitage och göra skäroperationer mer utmanande. - Verktygsrekommendationer: Höghastighetsstål eller karbid-tippade verktyg rekommenderas för bearbetning av AISI 420.
Karbidverktyg är mer lämpliga för höghastighetsbearbetning och tål de höga temperaturerna som genereras under skärningsprocessen. - Skärparametrar: Vid bearbetning av aisi 420 rostfritt stål, Korrekt skärhastigheter och foder måste väljas.
Till exempel, När du svänger med karbidverktyg, en skärhastighet av 60 - 90 m/min och en matningshastighet av 0.1 - 0.2 mm/rev används ofta.
Lägre skärhastigheter och foder kan krävas för mer exakta bearbetningsoperationer.
Bildande och böjning
- Begränsningar: Aisi 420 Rostfritt stål har lägre duktilitet jämfört med austenitiska rostfria stål, särskilt i det härdade tillståndet.
Detta gör det svårare att bilda och böja. Kallformning är möjlig för tunna sektioner och med korrekt smörjning, Men för tjockare sektioner, Varmformning kan vara nödvändig. - Varmformning: Het bildande aisi 420 innebär att värma stålet till en temperatur över dess omkristallisationstemperatur (vanligtvis 800 - 900 ° C) och sedan forma den.
Denna process möjliggör större formbarhet men kräver noggrann kontroll av temperaturen och kylningshastigheten för att undvika att påverka stålets mekaniska egenskaper.
Ytbehandling
- Slipning: Slipning används för att ta bort lager och uppnå önskad form och dimensionell noggrannhet hos AISI 420 rostfritt stålkomponenter.
Olika typer av sliphjul kan användas beroende på materialet och den erforderliga ytfinishen. - Putsning: Polering utförs för att få en slät ytfinish, vilket är viktigt för applikationer som bestick, medicinska instrument, eller dekorativa komponenter.
Olika poleringstekniker, som buffing och elektropolishing, kan användas. - Passivering: Som nämnts tidigare, Passivering är också en form av ytbehandling som hjälper till att förbättra korrosionsmotståndet för AISI 420.
Det handlar om kemisk behandling för att rengöra ytan och främja bildningen av ett skyddande oxidskikt.
7. AISI: s applikationer 420 Rostfritt stål
Bestick
- Ansökningsdelar: Köksknivar, gaffel, skedar, och biffknivar.
Dessa redskap drar nytta av AISI 420: s förmåga att hålla en skarp kant och motstå korrosion från livsmedelssyror under regelbunden användning.
Medicinsk område
- Ansökningsdelar: Hårbotten, tång, hemostater, kirurgisk sax.
AISI: s höga hårdhet 420 möjliggör exakta skärmar, Medan dess korrosionsmotstånd säkerställer att instrumenten tål upprepade steriliseringsprocesser.
Mat- och dryckesutrustning
- Ansökningsdelar: Ventiler, pumps, blandningsblad, transportkomponenter.
Aisi 420 motstår korrosion från livsmedelsprodukter som sura juice, mejeri, och salt saltlake, och dess slitsträckta egenskaper gör det lämpligt för delar som kommer i kontakt med matpartiklar.
Kemisk bearbetning
- Ansökningsdelar: Pumps, ventiler, beslag för hantering av icke-höga frätande kemikalier.
Det kan uthärda de kemiska attackerna av milda syror och alkalier i bearbetningsmiljön.
Industrimaskiner
- Ansökningsdelar: Skål, växlar, kammar, objektglas, slitkuddar.
AISI: s höga hårdhet 420 Rostfritt stål gör det möjligt för dessa delar att motstå höga belastningar, friktion, och slit i tunga maskiner som bygg- och tillverkningsutrustning.
Bilkomponenter
- Ansökningsdelar: Små motordelar, kopplingskomponenter, och några fästelement.
Dess kombination av styrka, hårdhet, och måttlig korrosionsmotstånd gör det lämpligt för olika fordonsapplikationer.
Textilmaskiner
- Ansökningsdelar: Ledare, skärblad, spindeln.
AISI 420: s slitmotstånd hjälper dessa delar att upprätthålla funktionalitet under långa användarperioder i textilproduktionsprocessen.
8. Fördelar & AISI: s begränsningar 420 Rostfritt stål
Aisi 420 rostfritt stål erbjuder en unik kombination av hårdhet, slitbidrag, och måttlig korrosionsskydd, gör det till ett populärt martensitiskt betyg för applikationer som kräver hållbarhet och kanthållning.
Dock, Dess användning kommer också med vissa avvägningar som ingenjörer och tillverkare måste överväga när de väljer den för kritiska komponenter.
Fördelar med AISI 420 Rostfritt stål
Hög hårdhet
Efter värmebehandling, Aisi 420 Rostfritt stål kan uppnå Rockwell C -hårdhetsnivåer på HRC 50–55, gör det idealiskt för att klippa verktyg, bära delar, och formar.
Utmärkt slitmotstånd
Tack vare dess höga kolinnehåll och martensitiska struktur, Aisi 420 erbjuder starkt motstånd mot nötning och ytnedbrytning, vilket gör det lämpligt för miljöer med högkläder.
Bra bearbetbarhet
Med en bearbetningsgradering 60% (Jämfört med AISI B1112), Aisi 420 är lättare att bearbeta än många höglegering rostfria stål, vilket gör det attraktivt för produktionseffektivitet.
Polskhet
Detta betyg kan poleras till en spegelliknande finish, vilket är särskilt viktigt i applikationer som kirurgiska verktyg, Bestick, och dekorativa delar.
Måttlig korrosionsmotstånd
Även om det inte är så korrosionsbeständigt som austenitiska betyg, Aisi 420 Rostfritt stål fungerar bra i milda atmosfärer, sötvatten, och lätt frätande industriella inställningar - särskilt när de är polerade eller passiverade.
Kostnadseffektivitet
Aisi 420 är i allmänhet mer överkomligt än rostfritt stål med högre legering 316 eller 440C, vilket gör det till ett praktiskt val när budget och prestanda måste vara balanserad.
AISI: s begränsningar 420 Rostfritt stål
Lägre korrosionsbeständighet
Jämfört med austenitiska rostfria stål som 304 eller 316, Aisi 420 är mindre resistent mot klorider, syror, och marina miljöer, där pitting och sprickkorrosion kan uppstå.
Minskad seghet med hög hårdhet
När hårdheten ökar, Stålet blir mer sprött. Detta gör det mindre lämpligt för applikationer som involverar kraftiga effekt eller plötsliga belastningar.
Värmekänslighet
Långvarig exponering för temperaturer ovan 400 ° C kan leda till korntillväxt och ytskalning, Minska både mekanisk och korrosionsprestanda.
Begränsad svetsbarhet
På grund av dess martensitiska struktur, Aisi 420 Rostfritt stål kräver förvärmning och värmebehandling efter svetsen för att undvika sprickor och nedbrytning av egendom under svetsoperationer.
Inte perfekt för mycket frätande miljöer
Utan speciella beläggningar eller behandlingar, Aisi 420 bör inte användas i aggressiva kemiska miljöer eller där långvarig kontakt med klorider förväntas.
9. Internationella märken av AISI 420 Rostfritt stål
| Standard / Område | Kvalitet / Beteckning | Beskrivning |
| Astm / Oss (Usa) | Aisi 420 / UNS S42000 | Allmänt använt amerikansk beteckning överensstämmer med ASTM A276; mångsidiga i industriella och verktygsapplikationer. |
| I / FRÅN (Europa) | X20CR13 / 1.4021 | Europeisk beteckning (Material nr.), vanligt i mekaniska komponenter, knivar, och matbearbetningsutrustning. |
| Han är (Japan) | Dess 420J1 / Dess 420J2 | Japanska standarder; J2 -klass innehåller mer kol, ger högre hårdhet - används i blad och kirurgiska verktyg. |
| Gb (Porslin) | Y1cr13 / 20Cr13 | Kinesiska nationella standarder från GB/T 1220 och gb/t 3280; Används för korrosionsbeständiga och höghållfasta delar. |
| Bs (Uk) | 420S29 / 420S45 | Brittisk BS 970 standarder; appliceras i strukturella och verktygskomponenter med god bearbetbarhet och slitmotstånd. |
10. Jämförande analys av AISI 420 Rostfritt stål
| Aspekt | Aisi 420 | AISI 440C | Austenitisk 304/316 | Pulvermetallurgi (Pm) 420 | Duplex rostfritt stål |
| Mikrostruktur | Martensitisk | Martensitisk | Austenitisk | Martensitisk (Förbättrad via PM -processen) | Blandad austenitisk |
| Koldioxidinnehåll | ≤. 0.15% | ~ 1,0% | Låg (~ 0,08%) | Liknar AISI 420, med raffinerad mikrostruktur | Måttlig |
| Hårdhet (Hrc) | 48–55 | 58–62 | Icke-harderande | Jämförbar eller något högre än 420 | Måttlig (lägre än 420) |
| Korrosionsmotstånd | Måttlig; Bra i milda miljöer | Något lägre än 420 På grund av karbider | Excellent, särskilt 316 med mo | Förbättrad på grund av PM -behandling | Excellent, Överlägsen pitting och stresskorrosionsmotstånd |
| Slitbidrag | Bra | Excellent | Låg | Överlägsen konventionell 420 | Måttlig |
| Seghet | Måttlig | Lägre än 420 | Hög | Förbättrad seghet över konventionell 420 | Hög |
| Värmebehandling | Ja | Ja | Inga | Ja | Inga |
| Bearbetbarhet | Måttlig (~ 60% av B1112) | Lägre på grund av hög hårdhet | Hög | Förbättrad bearbetbarhet beroende på PM -klass | Måttlig |
| Typiska applikationer | Bestick, ventiler, kirurgiska verktyg | Avancerade knivar, skål | Kemisk utrustning, matbearbetning | Precisionsverktyg, bära delar | Strukturella komponenter i frätande miljöer |
| Kosta | Måttlig | Högre | Måttlig till hög | Högre på grund av avancerad bearbetning | Högre |
11. Slutsats
Aisi 420 Rostfritt stål erbjuder en mångsidig, härdbar, och kostnadseffektiv Lösning varhelst måttlig korrosionsbeständighet och hög slitprestanda korsar.
Genom att förstå det kemisk smink, bearbetningskrav, och applikationsnischer, ingenjörer kan distribuera 420 För att optimera både prestanda och budget i skärverktyg, ventiler, och bära komponenter.
När tillsatsstillverkning och avancerade beläggningar utvecklas, Aisi 420 Rostfritt stål kommer sannolikt att utvidgas till ännu mer krävande servicemiljöer.
Langel är det perfekta valet för dina tillverkningsbehov om du behöver högkvalitativ rostfritt stålkomponenter.
