Przegląd techniczny stali 440C

Przegląd techniczny stali 440C: Stal 440C to wysokowęglowa, wysokochromowa martenzytyczna stal nierdzewna o typowym składzie 0,95-1,20% węgla i 16,0-18,0% chromu. Daje to wysoką twardość, sięgającą około Rockwell C 60, dzięki czemu gatunek ten nadaje się do zastosowań wymagających doskonałej odporności na zużycie, takich jak sztućce i łożyska kulkowe. Zapewnia dobrą odporność na korozję.

1. Skład chemiczny stali 440C

Poniżej podano szczegółowe wymagania dotyczące standardowego składu chemicznego:

Część	%
Węgiel (C)	0.95 – 1.20
Chrom (Cr)	16.0 – 18.0
Mangan (Mn)	1,00 maks.
Krzem (Si)	1,00 maks.
Molibden (Mo)	0,75 maks.
Fosfor (P)	0,040 maks.
Siarka (S)	0,030 maks.

2. Właściwości mechaniczne stali 440C:

• Stal ta osiąga wysoką twardość, typowo 56-58 HRC po wyżarzaniu, a po obróbce cieplnej osiąga nawet 58 HRC.
• Hartowanie od 1050°C w oleju daje 60 HRC. Późniejsze zimne traktowanie w temperaturze -75 °C przez 1 godzinę może zwiększyć tę wartość do 61,5 HRC.
• Odpuszczanie zmniejsza twardość: odpuszczanie w temperaturze 150°C daje 61 HRC; odpuszczanie w temperaturze 200°C daje 59 HRC.
• Zgodnie z normą ASTM A 276-03 maksymalna twardość wyżarzanych (stan A) prętów/kształtów 440B i 440C wykańczanych na zimno wynosi 285 HB.
• Norma JIS G 4303:1998 określa minimalną twardość 56 HRC dla stali SUS440B (Q ≤ 75) obrabianej na gorąco (HF) i 58 HRC dla stali SUS440C w tych samych warunkach.

3. Właściwości fizyczne stali 440C:

Poniżej wymieniono najważniejsze właściwości fizyczne:

Własność	Wartość
Przybliżone temperatury krytyczne
Ac1 (początek tworzenia się austenitu podczas ogrzewania)	815-865°C
Ar1 (początek tworzenia się ferrytu/węglika podczas chłodzenia)	765-665°C
Ms (początek formowania się martenzytu)	145°C
Przewodność cieplna (w temp. 20°C)	29,3 W/(mK)
Współczynnik rozszerzalności liniowej (20 do 100°C)	10,5 μm/mK
Współczynnik rozszerzalności liniowej (20 do 200°C)	10,5 μm/mK
Współczynnik rozszerzalności liniowej (20 do 300°C)	10,5 μm/mK
Współczynnik rozszerzalności liniowej (20 do 500°C)	11,7 μm/mK

4. Aplikacje

• Sztućce: Wysoka twardość zapewnia trwałą, ostrą krawędź, a odporność na korozję wytrzymuje kontakt z żywnością i mycie. Dlatego jest powszechna w przypadku wysokiej jakości ostrzy noży.
• Łożyska: Wysoka twardość i odporność na zużycie sprawiają, że nadaje się do łożysk kulkowych i komponentów, szczególnie tam, gdzie wymagana jest również odporność na korozję. Jest określana jako stal łożyskowa odporna na zużycie i korozję.
• Narzędzia chirurgiczne i stomatologiczne: Połączenie wysokiej twardości (zachowania ostrości), odporności na zużycie (długowieczności) i dobrej odporności na korozję (odporności na sterylizację/płyny ustrojowe) sprawia, że stal 440C nadaje się do narzędzi chirurgicznych i stomatologicznych.
• Elementy zaworów: odporność stopu 440C na korozję powodowaną przez różne media oraz odporność na zużycie w wyniku przepływu cieczy sprzyjają jego stosowaniu w dyszach i częściach zaworów.
• Formy z tworzyw sztucznych: Wysoka wytrzymałość, twardość i odporność na korozję sprawiają, że 440C jest powszechnie wybierany do produkcji form z tworzyw sztucznych.
• Zastosowania morskie: Wysoki poziom chromu zapewnia wystarczającą odporność na korozję do zastosowań w atmosferach morskich i środowiskach wody morskiej, chociaż istnieją pewne ograniczenia.
• Zastosowania wymagające wysokiej odporności na zużycie: Ogólnie rzecz biorąc, wysoka zawartość węgla sprawia, że stal 440C jest preferowaną opcją stali nierdzewnej w przypadkach, gdy priorytetem jest wyższa odporność na zużycie.
• Elementy przeznaczone do środowisk korozyjnych: Stal AISI 440C jest powszechnie stosowana wszędzie tam, gdzie odporność na korozję jest kluczowym czynnikiem.

5. Obróbka cieplna

Zalecany proces obróbki cieplnej dla stali 440C:

5.1 Kucie

Po kuciu gatunki o wyższej zawartości węgla, takie jak 440C, wymagają powolnego, ostrożnego chłodzenia, aby zapobiec pękaniu. Można zastosować przerywany cykl chłodzenia: chłodzenie powietrzem do 150-250°C, ponowne podgrzewanie do ~650°C, a następnie ostateczne chłodzenie. Minimalizuje to nadmierne tworzenie się węglików na granicy ziarna.

5.2 Austenityzowanie

Podgrzać do odpowiedniej temperatury, zwykle 1038-1040°C (1900°F), aby przekształcić mikrostrukturę w austenit i uzyskać optymalną twardość/odporność na korozję. Utrzymać w temperaturze, aby zapewnić odpowiednie rozpuszczenie węglika.

5.3 Hartowanie

Szybkie chłodzenie po austenityzacji tworzy martenzyt. Standardowymi metodami są hartowanie w oleju lub w powietrzu, w zależności od rozmiaru przekroju i pożądanej szybkości chłodzenia.

5.4 Hartowanie

Hartowany martenzyt wymaga odpuszczania w celu zmniejszenia kruchości i zwiększenia wytrzymałości przy jednoczesnym zachowaniu wystarczającej W przypadku 440C odpuszczaj w temperaturze od 200°C do 350°C (ok. 400°F do 660°F). Konkretna temperatura dyktuje ostateczną równowagę twardości/wytrzymałości.

5.5 Odpuszczanie w temperaturze 204°C (400°F) po austenityzacji i hartowaniu w oleju jest standardową praktyką mającą na celu optymalizację twardości i odporności na korozję.

• Zwykle unika się odpuszczania w temperaturze od 400°C do 600°C, ponieważ może ono powodować uczulenie (wytrącanie się grubszych węglików chromu), co zmniejsza odporność na korozję.
• Odprężanie: Aby zmniejszyć naprężenia wewnętrzne, wykonaj odprężanie po kuciu lub ciężkiej obróbce. W przypadku utwardzonego materiału odprężanie jest nieco niższe (od 14 do 28°C lub od 25 do 50°F) niż ostatnia temperatura odpuszczania.

6. Odporność stali 440C na korozję

6.1 Tworzenie się węglików i ubytek chromu:

Gruboziarnista eutektyczna formacja węglika (podczas krzepnięcia i obróbki cieplnej) wiąże znaczną ilość chromu, redukując „wolny” chrom dostępny w matrycy martenzytycznej dla ochronnej warstwy pasywnej. Wpływa to na ogólną odporność na korozję w porównaniu do stali nierdzewnych o niższej zawartości węgla.

6.2 Porównanie z innymi gatunkami martenzytycznymi:

W porównaniu do gatunków takich jak 420, 440C oferuje wyższą odporność na zużycie (dzięki większej ilości węglików), ale potencjalnie nieco niższą odporność na korozję w niektórych środowiskach z powodu zubożenia chromu. Nadal uważa się, że ma dobrą odporność na korozję.

6.3 Wpływ obróbki cieplnej: Właściwa obróbka cieplna ma kluczowe znaczenie.

• Austenityzowanie ma na celu rozpuszczenie węglików i zmaksymalizowanie zawartości chromu w roztworze, chociaż ze względu na zawartość węgla pozostaną nierozpuszczone węgliki.
• Zaleca się odpuszczanie w niższej temperaturze (200°C-350°C) w celu uzyskania równowagi między twardością a odpornością na korozję.
• Należy unikać odpuszczania w temperaturze 400°C-600°C, ponieważ powoduje to uczulenie (grubsze wytrącanie się węglika chromu) i pogarsza odporność na korozję.

6.4 Wydajność w określonych środowiskach:

• Pasywowany materiał 440C nie wykazał korozji w testach zanurzenia w wodzie wodociągowej.
• W przypadku konwencjonalnego gatunku stali 440C może wystąpić rdza w testach zanurzeniowych w roztworze NaCl 3.5%, w przeciwieństwie do niektórych nowszych stali stopowych z dodatkiem azotu.
• Ogólnie rzecz biorąc, uzyskanie dobrej odporności na korozję poprzez hartowanie stali wymaga co najmniej 10-11% „wolnego” chromu w matrycy po obróbce cieplnej. Stale wysokowęglowe, takie jak 440C, wymagają nadmiaru chromu w początkowym stopie, aby spełnić to wymaganie.

6.5 Kontekst aplikacji

Pomimo efektu węglowego, 440C jest szeroko stosowany tam, gdzie wymagana jest wysoka twardość, odporność na zużycie i rozsądna odporność na korozję (np. sztućce, łożyska). Jednak w porównaniu z innymi gatunkami stali nierdzewnej lub specjalistycznymi stopami, może nie być optymalnym wyborem w środowiskach silnie korozyjnych (np. stałe narażenie na słoną wodę).

Najczęściej zadawane pytania

1. Czy 440C to stal japońska?

Nie, 440C to oznaczenie amerykańskie (AISI/ASTM).

2. Jest D2 czy lepiej 440C?

• Wybierz D2, aby uzyskać maksymalną odporność na zużycie ścierne, gdy korozja jest niewielka lub środowisko jest łagodne (np. narzędzia do obróbki na zimno, matryce długookresowe). D2 zapewnia doskonałą odporność na zużycie i stabilność wymiarową w takich zastosowaniach.
• Wybierz 440C, jeśli zależy Ci na równowadze między dobrą odpornością na zużycie a znaczną odpornością na korozję (np. formy, sztućce i łożyska w wilgotnym lub lekko chemicznym środowisku).

3. Czy stal 440C nadaje się na nóż?

Tak, połączenie twardości, odporności na zużycie i odporności na korozję sprawia, że 440C jest bardzo odpowiednim i popularnym materiałem do produkcji wielu noży.