Stal nierdzewna 420 to martenzytyczna stal nierdzewna, rodzaj stopu żelaza z chromem. Należy do klasy stali nierdzewnej serii 400. W przeciwieństwie do niektórych innych gatunków stali nierdzewnej, stal nierdzewna AISI 420 jest magnetyczna.
1. Zastosowania
- Sztućce i narzędzia o ostrych krawędziach
- Instrumenty medyczne i chirurgiczne
- Formy plastikowe i narzędzia do formowania
- Części zaworów i pomp
- Koła zębate, wały i rolki
- Zastosowania przemysłowe i odporne na zużycie
- Kubki i inne części formowane
- Namiar
- Inne zastosowania: sprężyny, narzędzia ręczne, magnesy, elementy złączne, części maszyn, płyty prasujące, elementy układów wydechowych samochodów, matryce do precyzyjnego wycinania mikrowzorów w arkuszach metalowych, urządzenia gospodarstwa domowego i przybory kuchenne.
2. Skład stali nierdzewnej 4201
| Element | Węgiel (C) | Mangan (Mn) | Krzem (Si) | Fosfor (P) | Siarka (S) | Chrom (Cr) |
| Kompozytowy | 0.15- 0.40% | ≤ 1,00% | ≤ 0,50% | ≤ 0,040% | ≤ 0,030% | 12.00 – 14.00% |
3. 420 Właściwości stali nierdzewnej
- Twardość i odporność na zużycie: Po odpowiedniej obróbce cieplnej stal nierdzewna 420 osiąga twardość 46–52 HRC. Taka twardość zapewnia dobrą odporność na zużycie i korozję.
- Odporność na korozję: Chrom zawarty w stali nierdzewnej AISI 420 tworzy warstwę pasywacyjną, która chroni jej powierzchnię i zapewnia doskonałą odporność na korozję w łagodnych warunkach atmosferycznych, domowych i przemysłowych.
- 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.
- Wytrzymałość i spawalność: Zawartość węgla jest wyższa niż w stali niskowęglowej, co czyni ją twardszą niż stal niskowęglowa, ale o niższej wytrzymałości. Ze względu na wysoką zawartość węgla charakteryzuje się również słabą spawalnością. W przypadku konieczności spawania, konieczne jest znaczne podgrzanie wstępne i obróbka cieplna po spawaniu (np. wyżarzanie) są często wymagane, aby zapobiec pękaniu. Można rozważyć użycie specjalistycznych metali wypełniających (np. ERNiCr-3), chociaż może to wpłynąć na końcową wytrzymałość i twardość obszaru spoiny.
- Obróbka skrawaniem: W stanie wyżarzonym stal 420 oferuje dobrą obrabialność. Do zastosowań wymagających bardziej złożonej obróbki, dostępna jest odmiana obrabiana na mokro, 420 stopni Fahrenheita (z dodatkiem siarki) jest dostępny. Należy pamiętać, że dodatek siarki może nieznacznie zmniejszyć wytrzymałość karbu.
Interesuje Cię stal nierdzewna AISI 420? Wypełnij poniższy formularz, aby skontaktować się z nami już teraz!
4. Obróbka cieplna
Stale nierdzewne martenzytyczne, w tym stal nierdzewna 420, są hartowane przez podgrzewanie powyżej temperatury transformacji, aby uzyskać w pełni austenityczną strukturę, a następnie szybkie chłodzenie w oleju lub powietrzu. Mają niską przewodność cieplną, co może prowadzić do nierównomiernego nagrzewania podczas szybkiego nagrzewania lub hartowania, co powoduje odkształcenia, wypaczenia lub pęknięcia. Dlatego zdecydowanie zalecamy wstępne podgrzewanie.
Ten Obróbka cieplna stali nierdzewnej 420 obejmuje austenityzację, hartowanie, a następnie odpuszczanie w celu optymalizacji właściwości mechanicznych, szczególnie ciągliwości i wytrzymałości.
4.1 Hartowanie (austenityzowanie)
Temperatura hartowania stali 420 wynosi 975 °C do 1075 °C (1787 °F do 1967 °F), choć niektóre źródła podają 954 °C do 1010 °C (1750 °F do 1850 °F). Jednak, w oparciu o nasze doświadczenie, pierwszy zakres jest bardziej odpowiedni.
Czas namaczania wynosi zazwyczaj około 30 minut na cal (1,2 minuty na milimetr) grubości w temperaturze hartowania.
Aby zapobiec odwęgleniu, stal nierdzewną 420 należy hartować w kontrolowanej atmosferze neutralnej, w próżni lub w środowisku pieca z obojętnymi solami.
4.2 Gaszenie
W przypadku skomplikowanych lub nieregularnych kształtów elementów zalecamy hartowanie w powietrzu, aby zminimalizować odkształcenia i zmniejszyć ryzyko pękania. Jeśli wymagana jest większa twardość, wybieramy hartowanie w oleju. Proces hartowania obejmuje chłodzenie materiału do 66 °C (150 °F) po schłodzeniu na powietrzu lub 66-93 °C (150-200 °F) po schłodzeniu olejem. Należy pamiętać, że obróbkę odpuszczania należy wykonać bezpośrednio po hartowaniu.
4.3 Odpuszczanie
Odpuszczanie można poprawić wytrzymałość i wytrzymałość stali 420 oraz dostosować jej twardość. Materiał ze stali 420 musi zostać poddany co najmniej dwa cykle hartowanialub nawet trzy. W przypadku większości zastosowań minimalna temperatura odpuszczania wynosi 204°C (400°F)Czas namaczania wynosi 2 godziny na cal (4,7 minuty na milimetr) grubości w określonej temperaturze. Pomiędzy każdym cyklem odpuszczania należy pozwolić częściom ostygnąć naturalnie do temperatury pokojowej.
Wpływ temperatury odpuszczania na właściwości:
- Twardość po różnych temperaturach odpuszczaniaTwardość stali nierdzewnej 420 wynosi: minimum 52 HRC w temperaturze 149 °C (300 °F), minimum 50 HRC w temperaturze 204 °C (400 °F) i minimum 48 HRC w temperaturze 316 °C (600 °F).
- Odpuszczanie kruchości i odporność na korozjęe: Stal 420 charakteryzuje się kruchością odpuszczania. NIE hartować w temperaturach POWYŻEJ 427°C (800°F), ponieważ ten zakres temperatur może skutkować znacznym spadkiem udarności i odporności na korozję. Spadek ten przypisuje się wytrącaniu się grubszych węglików chromu (Cr23C6), które mogą tworzyć obszary zubożone w chrom wokół węglików. Ten negatywny efekt zanika, gdy temperatura odpuszczania wynosi 593°C (1100°F) lub więcej. Uważa się, że w temperaturach powyżej 600°C dyfuzja chromu „naprawia” te zubożone strefy, przywracając odporność na korozję. W tym zakresie temperatur wytrzymałość stali 420 wzrasta, ale jej twardość maleje.
4.4 Odprężający (materiał nieutwardzony)2
W przypadku nieutwardzonych części ze stali nierdzewnej 420 odprężanie można przeprowadzić poprzez powolne podgrzewanie do 677 °C (1250 °F) i moczenie przez 2 godziny na każdy cal grubości, a następnie powoli schłodzić w piecu do temperatury pokojowej.
5. Oceny równoważne
- JIS (Japonia):SUS420J1, SUS420J2
- DIN (Niemcy):4021, 1.4028, 1.2083 (X42Cr13 – często stosowany do form)
- GB(Chiny): 2Kr13 I 4Cr13.
6. Porównaj stal nierdzewną 420 z innymi stalami
6.1 420 stal nierdzewna vs 304
Stal 420 to twardy, wytrzymały, odporny na zużycie i magnetyczny stop martenzytyczny, najlepiej nadający się do zastosowań wymagających wysokiej wydajności po obróbce cieplnej. Wymaga jednak ostrożnego obchodzenia się z nią podczas spawania i odpuszczania, aby zapewnić optymalną odporność na korozję. Stal 304 to z kolei ciągliwy, podatny na formowanie, zasadniczo niemagnetyczny stop austenityczny, ceniony za wszechstronną odporność na korozję, doskonałą spawalność i przydatność do szerokiego zakresu zastosowań ogólnych i wysokotemperaturowych. Więcej informacji na ten temat można znaleźć w: porównanie stali nierdzewnej 420 i 304.
| Funkcja | 420 | 304 |
| Klasyfikacja | Martenzytyczny | Austenityczny |
| Magnetyczny? | Tak (ferromagnetyczny) | Zwykle Nie (niemagnetyczny w stanie wyżarzonym) |
| Utwardzalny? | Tak, poprzez obróbkę cieplną (hartowanie i odpuszczanie) | Nie, utwardza się poprzez obróbkę na zimno |
| Zawartość węgla | Wyższe (min. 0,15%, często 0,2–0,4%) | Dolna (maks. 0,08%) |
| Zawartość niklu | Bardzo niski lub nieobecny | Znaczący (8-12%) |
| Maksymalna twardość | Znacznie wyższe (np. C-54 do C-60 po obróbce cieplnej) | Dolny (maks. B-92 wyżarzany) |
| Korozja | Umiarkowany, zależny od obróbki cieplnej; poniżej 304 | Dobry, „najlepszy wszechstronny”; powyżej 420 |
| Spawalność | Trudne do spawania | Doskonała spawalność (szczególnie 304L) |
| Wytrzymałość | Niższa wytrzymałość na uderzenia, podatność na kruchość odpuszczania | Wysoka ciągliwość i wytrzymałość |
| Typowe zastosowania | Sztućce, narzędzia chirurgiczne, formy, trzonki, zawory | Przetwórstwo żywności, urządzenia, układy wydechowe samochodowe, ogólne zastosowanie |
6.2 420 stal nierdzewna vs 316
Stal 420 to hartowana martenzytyczna stal nierdzewna o wysokiej wytrzymałości, twardości i odporności na zużycie, ale umiarkowanej odporności na korozję i podatności na obróbkę cieplną. Z kolei stal 316 to niehartowana austenityczna stal nierdzewna o doskonałej odporności na korozję, szczególnie w środowiskach chlorkowych, gdzie wykazuje wyjątkową odporność na korozję wżerową i wżerową. Więcej informacji na ten temat można znaleźć w: Stal nierdzewna 420 kontra 316
| Funkcja | 420 | 316 |
| Klasyfikacja | Martenzytyczny | Austenityczny |
| Hartowność | Można hartować poprzez obróbkę cieplną do twardości ponad 50 HRC. | Nie można go utwardzić przez obróbkę cieplną, można go utwardzić przez obróbkę na zimno. |
| Twardość | Wyżarzone: B-92 Rockwell. Obrobione cieplnie: C-54 Rockwell. | Wyżarzone: B-80 Rockwell (do B-90). |
| Wytrzymałość na rozciąganie | Wyżarzone: 95 ksi. Obrobione cieplnie: do 250 ksi. | Wyżarzone: 75 ksi (316), 70 ksi (316L). |
| Wytrzymałość na rozciąganie | Wyżarzone: 50 ksi. Obrobione cieplnie: do 200 ksi. | Wyżarzone: 30 ksi (316), 25 ksi (316L). |
| Plastyczność | Dobra wytrzymałość, lecz ciągliwość maleje wraz ze wzrostem twardości. | Doskonała ciągliwość i duże wydłużenie, nawet w niskich temperaturach. |
| Odporność na korozję | Dobre, ale generalnie niższe niż gatunki austenityczne. Hartowanie może zmniejszyć odporność. | Doskonała ochrona, zwłaszcza przed korozją wżerową i szczelinową, spowodowaną obecnością molibdenu. |
| Spawalność | Trudne do spawania; niezalecane do zastosowań spawalniczych. | Dobra spawalność, szczególnie gatunek „L” (316L). |
| Właściwości magnetyczne | Ferromagnetyczny. | Generalnie niemagnetyczne (mogą być lekko magnetyczne po obróbce na zimno). |
| Typowe zastosowania | Sztućce, narzędzia chirurgiczne, formy, wały, części zaworów. | Przetwórstwo chemiczne, zastosowania morskie, okładziny architektoniczne, implanty medyczne. |
- Bringas, JE (red.). (2004). Podręcznik porównawczych światowych norm stali (wydanie 3, str. 434). ASTM International. ↩︎
- Leed, RM (2007). Narzędzie do rozwiązywania problemów z produkcją narzędzi i matryc. Stowarzyszenie Inżynierów Produkcji. ↩︎
Najczęściej zadawane pytania
Stal nierdzewna 420 to stal nierdzewna martenzytyczna, a zarazem najpowszechniej stosowana stal nierdzewna martenzytyczna. Charakteryzuje się podobną odpornością na korozję jak stal nierdzewna 410, ale wyższą wytrzymałością i twardością. Jest również powszechnie znana jako „stal nierdzewna na sztućce”.
Posiada twardość 52-55 HRC (lub Rockwell C55 po utwardzeniu i odprężeniu), gęstość 0,280 funta/cal³ (7,74 g/cm³) i wytrzymałość na rozciąganie 275 000 psi (230 ksi lub 1586 MPa po utwardzeniu i odprężeniu). Jest magnetyczny zarówno w stanie wyżarzonym, jak i utwardzonym. Ponadto charakteryzuje się dobrymi właściwościami obróbki skrawaniem, jest utwardzalny, polerowalny i warunkowo odporny na działanie kwasów.
Jego skład chemiczny zazwyczaj obejmuje węgiel (C) w zakresie 0,15–0,36% (lub minimum 0,15%, w niektórych wariantach do 0,5%), chrom (Cr) w zakresie 12–14% oraz maksymalnie 1,0% dla krzemu (Si) i manganu (Mn). Fosfor (P) ma zazwyczaj 0,04%, a siarka (S) 0,03%.
Stal nierdzewna 420 charakteryzuje się doskonałą odpornością na korozję. Jest odporna na działanie atmosfery, wody słodkiej, pary wodnej, benzyny, alkoholu, krwi, potu, tłuszczu i żywności.
Tak, stal nierdzewna 420 jest przyciągana przez magnes i jest magnetyczna zarówno w stanie wyżarzonym, jak i zahartowanym.
Twardość stali nierdzewnej 420 waha się od 52 do 55 HRC.
Stal nierdzewna 420 spełnia kilka równoważnych norm międzynarodowych, w tym AISI 420, BS970 420S37, 420S45, DIN 1.4021, 1.4025, 1.4034, AFNOR Z30C13, Z40C14 oraz JIS SUS 4200JI, 420J2. Jest również objęta normami ASTM A 176 i AMS 5506, a jej numer UNS to S42000.
Typowe zastosowania obejmują produkcję łożysk, części zaworów, złączy i armatury węży. Jest również szeroko stosowany do produkcji sztućców, narzędzi chirurgicznych i stomatologicznych, nożyczek, taśm i prostych krawędzi. Uważa się, że idealnie nadaje się do zastosowań wymagających zarówno dobrej odporności na korozję, jak i wysokiej twardości.
Tak, stal nierdzewna 420, a szczególnie odmiana 420HC (wysokowęglowa) po odpowiedniej obróbce cieplnej, jest uważana za odpowiednią i może być doskonałą stalą do produkcji noży. Podczas gdy niektóre standardowe gatunki stali 420 mogą być uważane za przestarzałe w przypadku noży ogólnego użytku ze względu na swoją miękkość i gorszą retencję ostrości, stal 420HC jest znana z wytrzymałości, nierdzewności, łatwości ostrzenia i dobrej retencji ostrości. Firmy takie jak Buck Knives osiągnęły solidne wyniki dzięki specjalistycznej obróbce cieplnej stali 420HC. Więcej informacji na temat tego artykułu można znaleźć w artykule: Czy stal nierdzewna 420 nadaje się na noże??
Choć często nazywana „stalią budżetową” ze względu na starszy stop, stal nierdzewna 420 niekoniecznie jest niskiej jakości. Jej właściwości w dużej mierze zależą od obróbki cieplnej; po odpowiedniej obróbce cieplnej (zwłaszcza w przypadku stali 420HC) może być solidnym, użytecznym, a nawet niedocenianym materiałem w praktyce. Oferuje dobrą odporność na korozję, wytrzymałość i łatwość ostrzenia, co czyni ją atrakcyjną opcją dla noży codziennego użytku (EDC).
Nie, stal nierdzewna 420 generalnie nie jest zalecana do produkcji mieczy funkcjonalnych i często jest stosowana w „wieszakach ściennych” (mieczach dekoracyjnych). Zawartość węgla w stali 420 może być dość niska, co sprawia, że ostrze jest bardziej miękkie. Miecze funkcjonalne są zazwyczaj wykonane ze stali węglowej, ponieważ jest tańsza, łatwiejsza w kuciu i obróbce cieplnej w celu uzyskania wymaganych parametrów. Miecze ze stali nierdzewnej są powszechnie uważane za zbyt kruche i podatne na odpryskiwanie lub pękanie, aby nadawały się do praktycznego użytku.
Istnieją sprzeczne poglądy na temat kompatybilności stali nierdzewnej (w tym 420) z aluminium, szczególnie w środowiskach zewnętrznych lub wilgotnych, ze względu na ryzyko korozji galwanicznej. Niektóre źródła wskazują, że stal nierdzewna może być gorsza od stali ocynkowanej w kontakcie z aluminium, co prowadzi do poważnej korozji aluminium w warunkach morskich lub wilgotnych. Z kolei inne źródła sugerują, że w celu uniknięcia reakcji galwanicznych można stosować śruby ze stali nierdzewnej lub że reakcje te są minimalne w łagodnych warunkach dzięki ochronnej warstwie tlenku aluminium. Aby zminimalizować potencjalną korozję galwaniczną, powszechnie zaleca się stosowanie podkładek izolacyjnych z tworzywa sztucznego lub gumy między tymi dwoma metalami, aby zminimalizować bezpośredni kontakt.
Obróbka cieplna ma kluczowe znaczenie dla poprawy właściwości użytkowych stali nierdzewnej 420. Jej maksymalną odporność na korozję uzyskuje się dopiero po całkowitym zahartowaniu lub utwardzeniu i odprężeniu; zazwyczaj nie jest ona stosowana w stanie wyżarzanym w celu uzyskania optymalnej odporności na korozję. Prawidłowa obróbka cieplna może znacząco poprawić właściwości, takie jak twardość i trwałość krawędzi, szczególnie w przypadku odmiany 420HC. W stanie miękkim (wyżarzanym) stal 420 jest elastyczna; po utwardzeniu staje się dość twarda.
Standardowe procesy obróbki cieplnej stali nierdzewnej 420 obejmują:
Wyżarzanie (dla uzyskania maksymalnej miękkości): równomiernie nagrzać do temperatury 1500–1650°F (816–899°C), a następnie powoli schłodzić w piecu.
Wyżarzanie procesowe: nagrzać do temperatury 1350–1450°F (732–788°C), a następnie schłodzić na powietrzu.
Hartowanie: Rozgrzać wstępnie, następnie podgrzać do temperatury 1800–1950°F (982–1066°C), moczyć w tej temperaturze, a następnie schłodzić na powietrzu lub zahartować w ciepłym oleju.
Łagodzenie stresu: Podgrzewać w temperaturze 300–800°F (149–427°C) przez 1 do 3 godzin, a następnie schłodzić na powietrzu lub zahartować w oleju lub wodzie.
Stale nierdzewne martenzytyczne, w tym typ 420, mają ograniczoną spawalność. W przypadku konieczności spawania zaleca się podgrzanie wstępne do temperatury 260°C (550°F). Zaleca się również przeprowadzenie obróbki cieplnej po spawaniu.
Tak, jeśli stal nierdzewna 420 zostanie wyżarzana w celu osiągnięcia maksymalnej miękkości, można ją umiarkowanie ciągnić i formować.
Stal nierdzewna 420 zazwyczaj nie jest stosowana w temperaturach przekraczających 427°C (800°F). Wynika to z faktu, że wyższe temperatury prowadzą do szybkiego mięknięcia i utraty odporności na korozję.
Kluczowa różnica tkwi w zawartości węgla, która znacząco wpływa na ich wydajność. Stal 420 (i 420J) ma zazwyczaj niższą zawartość węgla, około 0,15%. Natomiast stal 420HC (wysokowęglowa) ma znacznie wyższą zawartość węgla, zazwyczaj około 0,46%. Ta wyższa zawartość węgla, szczególnie w połączeniu ze specjalistyczną obróbką cieplną, zapewnia stali 420HC zwiększoną twardość, lepsze utrzymywanie ostrości i większą wytrzymałość w zastosowaniach takich jak produkcja noży. Zróżnicowana zawartość węgla w różnych gatunkach stali 420 wyjaśnia, dlaczego źródła mogą podawać różne wartości procentowe węgla dla stali „420”.
Zarówno stal 420, jak i 440 są powszechnie uważane za przyzwoite i użyteczne „budżetowe” stale nierdzewne. Stal 420 (a konkretnie 420HC) jest opisywana jako bardzo wytrzymała i dobrze trzymająca ostrość. Stal 440 (a szczególnie 440C) może osiągać wyższą twardość (58 HRC lub więcej) i zazwyczaj zapewnia lepszą przyczepność krawędzi, choć może nie być tak wytrzymała jak stal 420. Stal 440C to również odporna na korozję martenzytyczna stal chromowa o wysokiej odporności na zużycie. Konkretny gatunek i obróbka cieplna są istotne dla porównania ich rzeczywistych właściwości.
Chociaż stal nierdzewna 420 oferuje dobrą odporność na korozję w porównaniu z innymi stalami używanymi do produkcji sztućców, jej odporność na korozję jest gorsza niż stali nierdzewnej 316. SAE 316 i 316L (często nazywane „stopami morskimi”) to stopy chromu, niklu i molibdenu, znane ze swojej wyjątkowej wytrzymałości i odporności na korozję. Są uznawane za biokompatybilne, jeśli są produkowane zgodnie z określonymi normami.
Stal 420 to rzeczywiście dobra stal nierdzewna, oferująca zadowalający poziom odporności na korozję w szerokim zakresie zastosowań, szczególnie po odpowiedniej obróbce cieplnej. Połączenie odporności na korozję z osiągalną wysoką twardością i odpornością na zużycie czyni ją wszechstronnym materiałem, szczególnie do produkcji sztućców i niektórych narzędzi.
Uzyskaj konkurencyjną ofertę na stal nierdzewną 420
Z ponad 20-letnim doświadczeniem w kuciu, Aobo Steel jest Twoim zaufanym partnerem w zakresie wysokowydajnej stali nierdzewnej 420. Dostarczamy nie tylko materiały, ale i rozwiązania. Wykorzystaj naszą dogłębną wiedzę branżową i niezawodny łańcuch dostaw, aby Twój projekt odniósł sukces.
✉ Skontaktuj się z nami wypełniając poniższy formularz.
