1. 介绍
AISI 420 不锈钢 (X20CR13 / 1.4021) 是中碳的马氏体 不锈钢 属于不锈钢的400系.
该系列以其马氏体微观结构而闻名, 这使这些钢的特性硬度和力量.
与其他不锈钢类型相比, 不锈钢AISI 420 在耐腐蚀和硬度之间提供独特的平衡.
虽然它可能与奥氏体不锈钢的耐腐蚀性不符 304 或者 316, 它可以在更高的程度上硬化, 非常适合耐磨性至关重要的应用.
本文的目的是对AISI进行全面而深入的研究 420 不锈钢.
我们将探索其化学成分, 物理和机械性能, 腐蚀和耐热性能,
热处理过程, 制造和可加工性, 申请, 优势, 限制, 并与其他相关钢等级进行比较分析.
2. AISI的化学成分 420 不锈钢
AISI 420 不锈钢属于 马氏体 400个分支机构, 取决于其形成艰苦的能力, 淬火时类似针的马氏体阶段.
它的名义组成 (以wt％) 中心:
| 元素 | 典型内容 (wt％) | 主要角色 |
| 铬 (Cr) | 12.0 - 14.0 | 形成被动cr₂o₃耐腐蚀性的层 |
| 碳 (c) | ≤ 0.15 | 启用马氏体形成和高硬度 |
| 锰 (Mn) | ≤ 1.00 | 充当脱氧剂; 提高热功能 |
| 硅 (和) | ≤ 1.00 | 增强铁氧体; 有助于氧化和脱氧 |
| 磷 (p) | ≤ 0.04 | 杂质 - 控制韧性 |
| 硫 (s) | ≤ 0.03 | 杂质 - 增强性, 有限的延展性 |
| 铁 (铁) | 平衡 | 基金基质元件 |
3. 身体的 & AISI的机械性能 420 不锈钢
AISI 420 不锈钢结合了高强度和适中的延展性和出色的耐磨性.
关键属性总结下面, 使用SI和帝国单位进行工程多功能性.
| 性能特性 | Quenched | 纠正 (250 °C / 1 h) |
| 抗拉强度 | 650–850 MPA(94,300–123,300 psi) | 550–700 MPA(79,800–101,500 psi) |
| 屈服强度 (0.2% 抵消) | 450–600 MPA(65,300–87,000 psi) | 350–500 MPA(50,800–72,500 psi) |
| 断裂伸长率 | 8–12 % | 10–15 % |
| 罗克韦尔硬度 (HRC) | 58–62 | 48–55 |
| Brinell硬度 (HB) | 550–650 hb | 300–400 hb |
| 疲劳强度 | 〜 260 MPA(〜 37,700 psi) 在10⁷周期 | N/A。 |
| 影响韧性 | 12–20 j (Charpy V -Notch) | 20–30 j (脾气后改善) |
| 密度 | 7.75 g/cm³(0.280 lb/in³) | - |
| 导热率 | 25 w/m·k | - |
| 电阻率 | 0.85 µΩ·m | - |
4. 腐蚀 & 耐热性能
一般腐蚀性
AISI 420 不锈钢在轻度环境中提供良好的一般腐蚀性. 在室内气氛中, 它可以长期保持其完整性，而无需腐蚀明显.
它还可以抵抗许多非侵略性化学物质和溶液的腐蚀作用,
使其适用于食品加工和轻型制造等行业中的各种应用.
由铬形成的被动氧化物层可有效防止氧化和一般腐蚀.
然而, 在更具侵略性的环境中，这种保护可能会受到损害.
凹痕和裂缝阻力
不锈钢AISI的局限性之一 420 是相对较低的点蚀和裂缝阻力, 特别是在含氯化物的环境中.
氯离子可以穿透被动氧化物层, 导致局部崩溃和钢表面的凹坑形成.
缝隙, 例如在垫片中发现的, 螺栓, 或金属表面重叠, 可以进一步加速此过程.
在这些地区, 氯离子可以浓缩, 导致更严重的腐蚀.
AISI 420 不建议在没有适当保护措施的情况下连续接触海水或其他高度氯化解决方案, 例如表面处理或使用腐蚀抑制剂.
高温缩放和氧化
AISI 420 不锈钢可以承受大约400°C的高温，而无需大量缩放或氧化.
在这些温度下, 被动氧化物层保持稳定，并继续为基础金属提供保护.
然而, 随着温度的增加超过400°C, 氧化速率加速了, 钢可能会开始形成厚的氧化物尺度.
这个量表可以剥落, 将新鲜金属暴露于进一步的氧化, 并且还可以影响钢的机械性能.
在涉及较高温度的应用中, 可能需要替代材料或耐热涂料.
表面处理以增强腐蚀性能
提高AISI的耐腐蚀性 420 不锈钢, 可以应用几种表面处理:
- 钝化: 此过程涉及化学清洁以去除钢表面的污染物，并促进形成更均匀和保护性的被动氧化物层.
钝化可以显着增强AISI的耐腐蚀性 420, 特别是在轻度至中度腐蚀性环境中. - 电镀: 电镀AISI 420 带有耐腐蚀金属（例如镍或铬）的不锈钢可以提供额外的保护层.
镀层的层充当屏障, 防止下面的钢与腐蚀性物质接触. - 涂料: 应用有机或无机涂料, 例如油漆或陶瓷涂料, 还可以改善AISI的耐腐蚀性 420.
这些涂层可以提供物理屏障，还可能包含腐蚀 - 抑制色素.
5. AISI的热处理 420 不锈钢
退火和压力缓解周期
退火是AISI的重要热处理过程 420 不锈钢. 退火的目的是软化钢, 提高其可加工性, 并减轻内部压力.
- 过程: 将钢加热到温度 800 - 900°C, 在此温度下 1-2 小时以允许完整的重结晶, 然后在炉子中慢慢冷却.
这种缓慢的冷却速率有助于防止内部压力的形成. - 好处: 退火不锈钢AISI 420 更容易机加工和形成, 使其适合随后的制造运营.
它还具有更均匀的微观结构, 可以改善其整体机械性能.
通常在加工等过程后进行压力缓解周期, 焊接, 或寒冷的工作.
将钢加热到较低的温度 (通常在周围 600 - 700°C), 持续一段时间, 然后缓慢冷却.
此过程有助于缓解这些操作期间产生的内部压力, 降低开裂的风险和改善组件的尺寸稳定性.
淬灭媒体和冷却速率效应
淬火是AISI热处理的关键步骤 420 不锈钢以达到高硬度.
淬灭介质的选择可能会对钢的性质产生重大影响:
- 石油淬火: 油是AISI的常用淬火介质 420.
它提供了中等的冷却速率, 这有助于避免过度的内部压力和破裂.
淬火适合大多数AISI 420 不锈钢组件，可以产生高硬度和良好的机械性能. - 空气淬火: 空气淬火可用于AISI的较薄部分 420.
然而, 与淬火相比，它的冷却速率较低, 这可能导致硬度较低和不同的微观结构.
空气Quench AISI 420 不锈钢可能更适合使用稍低的硬度和更好的韧性的应用.
淬火期间的冷却速率会影响马氏体的形成.
更快的冷却速率导致更高比例的马氏体和更高的硬度, 但这也增加了由于内部压力的发展而导致破裂的风险.
在各种温度下回火
淬火后进行回火，以平衡AISI的硬度和韧性 420 不锈钢:
- 低温回火 (150 - 200°C): 这主要用于缓解内部压力，并稍微降低钢铁钢的脆弱性，同时保持高度硬度.
低温恢复AISI 420 通常用于需要最大硬度和磨损阻力的应用, 例如切割工具. - 高温回火 (300 - 400°C): 在较高温度下的回火进一步降低了钢的硬度，但显着提高了其韧性和延展性.
高温恢复的AISI 420 适用于强度组合的应用, 韧性, 并且需要良好的影响力,
例如在结构组件或受动态载荷约束的零件.
6. 制造 & AISI的可加工性 420 不锈钢
焊接考虑
焊接不锈钢AISI 420 由于其高硬度和低延展性，可能是具有挑战性的. 这是一些重要的考虑因素:
- 预热: 将材料预热至温度 200 - 焊接前300°C是必不可少的.
这有助于降低焊接过程中焊接区域和碱金属之间的温度梯度来降低破裂的风险. - 间值温度: 保持间隙温度周围 200 - 焊接过程中的300°C也很重要.
这样可以确保焊接区域保持适当的温度并降低破裂的可能性. - 填充金属的选择: 具有与AISI类似化学成分的填充金属 420 不锈钢, 例如ER410或ER420, 通常使用.
这些填充金属有助于确保焊接质量良好和与碱金属的兼容性.
可加工性
- 可加解性等级: AISI 420 不锈钢的可加工性额定值约为 60% B1112, 这意味着它很难加工, 特别是在热处理状态下.
其高硬度可能会导致快速的工具磨损，并使切割操作更具挑战性. - 工具建议: 建议使用高速钢或碳化物的工具来加工AISI 420.
碳化物工具更适合高速加工，可以承受切割过程中产生的高温. - 切割参数: 加工AISI时 420 不锈钢, 需要选择适当的切割速度和饲料.
例如, 使用碳化物工具时, 切割速度 60 - 90 m/min和饲料率 0.1 - 0.2 MM/REV经常使用.
更精确的加工操作可能需要降低切割速度和饲料.
形成和弯曲
- 限制: AISI 420 与奥斯丁质不锈钢相比，不锈钢具有较低的延展性, 特别是在坚硬的状态.
这使得形成和弯曲更加困难. 薄层可以进行冷形成，并进行适当的润滑, 但是对于较厚的部分, 可能需要热形成. - 热形成: 热形成AISI 420 涉及将钢加热到高于其重结晶温度的温度 (通常在周围 800 - 900°C) 然后塑造它.
此过程允许更大的能力，但需要仔细控制温度和冷却速率，以避免影响钢的机械性能.
表面处理
- 研磨: 研磨用于清除库存并实现AISI的所需形状和尺寸精度 420 不锈钢组件.
可以根据材料和所需的表面表面处理不同类型的磨轮. - 抛光: 进行抛光以获得光滑的表面表面, 这对于餐具等应用很重要, 医疗仪器, 或装饰组件.
各种抛光技术, 例如抛光和电抛光, 可以使用. - 钝化: 如前所述, 钝化也是一种表面饰面的形式，有助于增强AISI的耐腐蚀性 420.
它涉及化学处理以清洁表面并促进保护性氧化物层的形成.
7. AISI的申请 420 不锈钢
餐具行业
- 应用零件: 厨刀, 叉子, 汤匙, 和牛排刀.
这些器皿受益于AISI 420在常规使用过程中保持锋利边缘和抵抗食物腐蚀的能力.
医疗领域
- 应用零件: 手术刀, 钳子, 止血, 手术剪刀.
AISI的高硬度 420 允许精确切割边缘, 虽然其耐腐蚀性可确保仪器可以承受重复的灭菌过程.
食品和饮料设备
- 应用零件: 阀, 泵, 混合刀片, 传送带组件.
AISI 420 抗酸性果汁等食品的腐蚀, 奶制品, 和咸盐水, 它的耐磨特性使其适用于与食物颗粒接触的零件.
化学处理
- 应用零件: 泵, 阀, 用于处理非高腐蚀化学物质的配件.
它可以在加工环境中忍受温和酸和碱的化学攻击.
工业机械
- 应用零件: 轴承, 齿轮, 凸轮, 幻灯片, 穿垫子.
AISI的高硬度 420 不锈钢使这些零件能够承受高负荷, 摩擦, 并穿着重型机械，例如建筑和制造设备.
汽车组件
- 应用零件: 小型发动机零件, 离合器组件, 还有一些紧固件.
它的力量结合, 硬度, 中等耐腐蚀性使其适合各种汽车应用.
纺织机械
- 应用零件: 指南杆, 切割刀片, 主轴.
AISI 420的耐磨性有助于这些零件在纺织生产过程中长期使用的功能.
8. 优点 & AISI的局限性 420 不锈钢
AISI 420 不锈钢提供了独特的组合 硬度, 戴阻力, 和 适度的腐蚀保护, 使其成为需要应用程序的流行级别等级 耐用性和边缘保留率.
然而, 它的用途还伴随着工程师和制造商在为关键组件选择时必须考虑的某些权衡.
AISI的优势 420 不锈钢
高硬度
热处理后, AISI 420 不锈钢可以达到HRC 50–55的Rockwell C硬度水平, 使其非常适合切割工具, 穿零件, 和模具.
出色的耐磨性
多亏了其高碳含量和马氏体结构, AISI 420 提供强烈抵抗磨损和表面降解, 使其适合高衣环境.
良好的可加工性
周围的可加解性等级 60% (与AISI B1112相比), AISI 420 比许多高合金不锈钢更容易机加工, 使其对生产效率有吸引力.
打磨性
这个等级可以抛光到镜子状的饰面, 在诸如外科工具之类的应用中尤其重要, 刀具, 和装饰零件.
中等腐蚀性
虽然不像奥氏体等级那样耐腐蚀, AISI 420 不锈钢在温和的气氛中表现良好, 淡水, 和轻微腐蚀的工业环境 - 尤其是在抛光或钝化时.
成本效益
AISI 420 通常比更高合金不锈钢更实惠 316 或440c, 当需要平衡预算和绩效时，使其成为实用的选择.
AISI的局限性 420 不锈钢
较低的耐腐蚀性
与奥氏体不锈钢相比 304 或者 316, AISI 420 对氯化物的抵抗力较小, 酸, 和海洋环境, 可以发生斑点和缝隙腐蚀的地方.
高硬度降低韧性
随着硬度的增加, 钢变得更脆. 这使其不太适合涉及重撞或突然负载的应用.
热敏感性
长时间暴露于上面的温度 400 °C可以导致晶粒生长和表面缩放, 降低机械性能和腐蚀性能.
有限的可焊性
由于其马氏体结构, AISI 420 不锈钢需要预热和焊接后热处理，以避免在焊接操作过程中开裂和特性降解.
对于高度腐蚀的环境而言并不理想
没有特殊涂料或治疗, AISI 420 不应在侵略性化学环境中或期望与氯化物接触延长的地方使用.
9. AISI国际品牌 420 不锈钢
| 标准 / 地区 | 年级 / 指定 | 描述 |
| ASTM / 我们 (美国) | AISI 420 / UNS S42000 | 广泛使用的美国名称符合ASTM A276; 工业和工具应用中的多功能. |
| 在 / 从 (欧洲) | X20CR13 / 1.4021 | 欧洲名称 (材料), 在机械组件中常见, 刀, 和食品加工设备. |
| 他是 (日本) | 它的420J1 / 它的420J2 | 日本标准; J2等级包含更多碳, 提供更高的硬度 - 用刀片和手术工具. |
| GB (中国) | Y1CR13 / 20CR13 | GB/T的中国国家标准 1220 和gb/t 3280; 用于耐腐蚀和高强度零件. |
| BS (英国) | 420S29 / 420S45 | 英国BS 970 标准; 应用于具有良好可加工性和耐磨性的结构和工具组件. |
10. AISI的比较分析 420 不锈钢
| 方面 | AISI 420 | AISI 440C | 奥氏体 304/316 | 粉状冶金 (下午) 420 | 双工不锈钢 |
| 微观结构 | 马氏体 | 马氏体 | 奥氏体 | 马氏体 (通过PM进程增强) | 混合的奥氏体属性 |
| 碳含量 | ≤ 0.15% | 〜1.0％ | 低的 (〜0.08％) | 类似于AISI 420, 具有精制的微观结构 | 一般 |
| 硬度 (HRC) | 48–55 | 58–62 | 不可用 | 可比或略高于 420 | 一般 (低于 420) |
| 耐腐蚀性 | 一般; 在温和的环境中良好 | 略低于 420 由于碳化物 | 出色的, 尤其 316 与mo | 由于PM处理而增强 | 出色的, 较高的点蚀和应力腐蚀性 |
| 戴阻力 | 良好 | 出色的 | 低的 | 优于传统 420 | 一般 |
| 韧性 | 一般 | 低于 420 | 高的 | 韧性改善了传统 420 | 高的 |
| 热处理 | 是的 | 是的 | 不 | 是的 | 不 |
| 可加工性 | 一般 (B1112的〜60％) | 由于高硬度而降低 | 高的 | 提高可加工性，具体取决于PM等级 | 一般 |
| 典型的应用 | 刀具, 阀, 手术工具 | 高端刀, 轴承 | 化学设备, 食品加工 | 精确工具, 穿零件 | 腐蚀性环境中的结构成分 |
| 成本 | 一般 | 更高 | 中度至高 | 由于先进的处理而更高 | 更高 |
11. 结论
AISI 420 不锈钢提供 多才多艺的, 可硬化, 和 成本效益 在中等耐腐蚀性和高磨损性能相交的地方解决方案.
通过理解它 化学妆容, 处理要求, 和 应用壁ches, 工程师可以部署 420 在切割工具中优化性能和预算, 阀, 并佩戴组件.
随着增材制造和高级涂料的发展, AISI 420 不锈钢的角色可能会扩展到更苛刻的服务环境.
狼河 如果您需要高质量的话，是制造需求的理想选择 不锈钢组件.
