Stal nierdzewna 420: właściwości i zastosowania

Stal nierdzewna 420 to wszechstronny materiał znany ze swojej hartowności i odporności na korozję. Zrozumienie jej cech jest kluczowe dla określenia, czy jest to właściwy wybór dla Twojego zastosowania. W Aobo Steel, dzięki naszemu bogatemu doświadczeniu w stalach narzędziowych, możemy pomóc Ci ocenić jej przydatność.

1. Skład stali 420

Stal 420 należy do stal nierdzewna martenzytyczna rodzina. Oznacza to, że jej mikrostruktura może zostać przekształcona poprzez obróbkę cieplną w celu uzyskania wysokiej twardości i wytrzymałości. Podobnie jak inne gatunki martenzytyczne, stal 420 jest magnetyczna.

2. Kluczowe właściwości stali nierdzewnej 420

• Twardość i odporność na zużycie. Jedną z głównych zalet stali 420 jest jej zdolność do uzyskania wysokiej twardości po odpowiedniej obróbce cieplnej, która zazwyczaj osiąga 46–52 KRS. Taka twardość zapewnia dobrą odporność na ścieranie i zużycie.
• Odporność na korozję. Stal nierdzewna 420 oferuje bardzo dobrą odporność na korozję w łagodnych warunkach atmosferycznych, domowych i przemysłowych. Zawartość chromu tworzy pasywną warstwę chroniącą powierzchnię.
• Możliwość polerowania. Gatunek ten charakteryzuje się doskonałą polerowalnością, co czyni go preferowanym wyborem do zastosowań wymagających wysokiej jakości wykończenia powierzchni, takich jak formy wtryskowe z tworzyw sztucznych i elementy optyczne.
• Rozważania na temat wytrzymałości i spawalności. Podczas gdy zawartość węgla zwiększa twardość, w rezultacie zmniejsza wytrzymałość w porównaniu do gatunków o niższej zawartości węgla. Sprawia również, że spawanie stali 420 wyzwanie. Jeśli spawanie jest konieczne, często wymagane jest znaczne podgrzewanie wstępne i obróbka cieplna po spawaniu (np. wyżarzanie), aby zapobiec pękaniu. Można rozważyć użycie specjalistycznych metali wypełniających (np. ERNiCr-3), chociaż może to wpłynąć na końcową wytrzymałość i twardość obszaru spoiny.
• Skrawalność. W stanie wyżarzonym stal 420 oferuje dobrą obrabialność. Do zastosowań wymagających bardziej złożonej obróbki, dostępna jest odmiana obrabiana na mokro, Typ 420F (z dodatkiem siarki) jest dostępny. Należy pamiętać, że dodatek siarki może nieznacznie zmniejszyć wytrzymałość karbu.

3. Obróbka cieplna

Zrozumienie obróbki cieplnej stali nierdzewnej 420 jest kluczowe dla uzyskania określonych właściwości mechanicznych wymaganych do Twoich zastosowań. W Aobo Steel, specjalizującej się od ponad dwóch dekad w stalach narzędziowych i stopowych, wiemy, że precyzyjna kontrola podczas obróbki cieplnej uwalnia pełny potencjał tego materiału. Ten przewodnik przedstawia kluczowe procesy.

3.1 Wyżarzanie stali 420

Jeśli w procesie produkcyjnym wymagane jest zmiękczenie stali 420 w celu poprawy jej obrabialności lub formowalności, pierwszym koniecznym krokiem jest wyżarzanie.

Procedura wyżarzania

1. Ogrzewanie: Powoli podgrzej stal do temperatury 1450°F (788°C).
2. Moczenie: Należy upewnić się, że stal zostanie dokładnie wymoczona w tej temperaturze, aby uzyskać jednolitą strukturę wewnętrzną.
3. Chłodzenie: Powolne chłodzenie jest kluczowe dla miękkości. Zalecana szybkość to 25°F (14°C) na godzinę do 900°F (482°C). Następnie stal można schłodzić powietrzem do temperatury pokojowej.
4. Wynik: Proces ten pozwala zazwyczaj uzyskać maksymalną twardość wynoszącą 221 HB.

Ważna uwaga: Aby zapobiec odwęgleniu (utracie węgla z powierzchni), wyżarzanie należy przeprowadzać w kontrolowanej atmosferze obojętnej, w próżni lub w piecu z obojętnymi solami.

3.2 Hartowanie stali 420

Obróbka cieplna hartująca jest niezbędna do uzyskania maksymalnej wytrzymałości i odporności na zużycie, charakterystycznej dla stali 420. Obejmuje ona austenityzację, a następnie hartowanie.

Austenityzowanie

1. Ogrzewanie: Podgrzej stal do temperatury wynoszącej 1750–1850°F (954–1010°C).
2. Moczenie: Dokładnie namoczyć w temperaturze zapewniającej całkowitą przemianę w austenit. Ogólna wytyczna grubości wynosi 30 minut na cal (1,2 minuty na mm). Aby uzyskać maksymalną twardość i odporność na korozję, należy stosować wyższą temperaturę.
3. Atmosfera: Aby zminimalizować ryzyko odwęglania w tak wysokich temperaturach, należy stosować kontrolowaną atmosferę neutralną, próżnię lub piec solny neutralny.

Gaszenie

1. Zamiar: Szybkie chłodzenie przekształca austenit w twardy martenzyt.
2. Metody:

1. Hartowanie powietrzem: Preferowany do złożonych kształtów, aby zminimalizować ryzyko zniekształceń i pęknięć. Schłodzić na powietrzu do około 150°F (66°C).
2. Hartowanie olejowe: Można stosować do większej twardości, jeśli pozwala na to geometria części. Hartować w oleju do temperatury 150–200°F (66–93°C).
   
   3. Kluczowy następny krok: Zahartować stal natychmiast po hartowaniu w celu uwolnienia naprężeń wewnętrznych w martenzycie.

3.3 Hartowanie stali 420

Odpuszczanie jest obowiązkowym krokiem po hartowaniu. Zmniejsza kruchość, łagodzi naprężenia spowodowane hartowaniem i pozwala na dokładne dostrojenie równowagi między twardością a wytrzymałością.

Procedura hartowania

1. Cykle: Zazwyczaj wymagane jest podwójne temperowanie, w bardziej wymagających zastosowaniach może być konieczne potrójne temperowanie.
2. Proces: W każdym cyklu należy podgrzać do pożądanej temperatury hartowania, namoczyć, a następnie schłodzić na powietrzu do temperatury pokojowej.
3. Czas namaczania: Standardowy czas namaczania grubości dla każdego temperowania wynosi 2 godziny na cal (4,7 minuty na mm). Zapewnij chłodzenie powietrzem do temperatury pokojowej pomiędzy cyklami.

Wybór temperatury hartowania

• Ogólne zastosowanie: Zalecana minimalna temperatura wynosi 204°C (400°F).
• Krytyczna strefa unikania: Nie należy temperować w temperaturze od 800°F (427°C) do 1100°F (593°C). Hartowanie w tym zakresie powoduje hartować kruchość, co znacznie zmniejsza wytrzymałość na uderzenia i odporność na korozję.
• Większa wytrzymałość: Odpuszczanie w temperaturze 1100°F (593°C) lub wyższej przywraca wytrzymałość na uderzenia i odporność na korozję, ale zmniejsza twardość.
• Wyższa twardość (powyżej 50 HRC): Można stosować niższe temperatury (około 250°C / 482°F) lub wyższe temperatury (około 500°C / 932°F).
• Rozważanie odporności na korozję: Odpuszczanie w wyższych temperaturach (~932°F / 500°C) może powodować wytrącanie się węglików chromu, co potencjalnie zmniejsza odporność na korozję. Niższe temperatury odpuszczania są często preferowane w przypadku stali 420 w celu uzyskania najlepszej kombinacji wysokiej twardości I odporność na korozję.

3.4 Odprężająca stal 420

Cykl odprężania może zminimalizować odkształcenia podczas późniejszego procesu hartowania, jeśli części ze stali 420 zostaną poddane znacznemu formowaniu, prostowaniu lub obróbce mechanicznej zanim hartowanie.

Procedura łagodzenia naprężeń (materiał nieutwardzony)

1. Ogrzewanie: podgrzać do temperatury około 1250°F (677°C).
2. Moczenie: Moczyć przez około 2 godziny na każdy cal (4,7 minuty na każdy mm) grubości.
3. Chłodzenie: Powoli schłodzić (jeśli to możliwe, w chłodnym piecu) do temperatury pokojowej.

Notatka: Jeśli łagodzenie stresu zahartowany materiał, temperatura odprężania musi nie przekroczyć ostateczną temperaturę hartowania.

4. Typowe zastosowania stali 420

Dzięki zrównoważonym właściwościom stal 420 wykorzystywana jest w wielu gałęziach przemysłu:

• Sztućce: Noże, scyzoryki, ostrza chirurgiczne.
• Narzędzia: Narzędzia ręczne, instrumenty stomatologiczne i chirurgiczne.
• Formy: Formy wtryskowe z tworzyw sztucznych, szczególnie do żywic żrących, takich jak PVC, lub tam, gdzie wymagany jest wysoki połysk. Może być również stosowany do naprawy niektórych stali narzędziowych.
• Zawory i komponenty: Części zaworów, dysze, wałki i koła zębate wymagające umiarkowanej odporności na korozję i dużej wytrzymałości.

5. Równoważne stopnie i dostępność

Stal 420 lub podobne gatunki można spotkać w różnych normach międzynarodowych:

• JIS (Japonia):SUS420J1, SUS420J2
• DIN (Niemcy):4021, 1.4028, 1.2083 (X42Cr13 – często stosowany do form)

Aobo Steel może dostarczyć stal 420 w różnych formach, w tym: pręty, płyty i arkusze, aby spełnić Twoje szczególne wymagania.