Zrozumienie twardości stali P20

    Stal P20 is an AISI (American Iron and Steel Institute) type, medium-alloy mold steel. It is commonly supplied in a prehardened condition, with hardness ranging from approximately 28 to 40 HRC, or around 300 HB, and is also known by DIN 1.2311. The primary uses are Plastic molds, Zinc die-casting dies, and Holder blocks. This article focuses on the P20 steel hardness.

    1. Why is Hardness Critical to P20 Steel

    In the application of P20 steel in molds and stamping dies, hardness is a very important property. It is mainly reflected in the following aspects:

    • Resistance to Deformation and Wear: Adequate hardness enables the steel to withstand the high loads and pressures encountered during molding, preventing plastic deformation. For processing abrasive plastics, sufficient hardness provides the necessary wear resistance to prolong tool life.
    • Machinability: P20 is typically supplied in a prehardened state that offers a balance of hardness for application and ease of machining, allowing intricate mold cavities to be created without additional high-temperature heat treatment.
    • Polishability: High surface hardness, which can be enhanced by carburization, is essential for achieving the smooth, critical finishes required for transparent plastic molds.
    stal narzędziowa p20
    Stal P20

    2. Factors Influencing P20 Steel Hardness

    2.1 Chemical Composition

    P20 steel composition is

    Węgiel (C)Mangan (Mn)Krzem (Si)Chrom (Cr)Molibden (Mo)Fosfor (P)Siarka (S)
    0,28 – 0,400,60 – 1,000,20 – 0,801,40 – 2,000,30 – 0,55≤ 0.030≤ 0.030

    P20 is a low-alloy tool steel, with its chemical makeup being pivotal for its properties. Key Alloying Elements and Their Contribution to Hardness and Properties:

    • Carbon (C): 0.28-0.40%. Influences hardness and strength.
    • Chromium (Cr): 1.40-2.00%. Enhances wear resistance and corrosion resistance. The presence of Chromium enhances toughness and hardness.
    • Molybdenum (Mo): 0.30-0.55%. Refines grain structure, improving toughness and weldability.
    • Manganese (Mn): 0.60-1.00%. Assists in deoxidation, enhances tensile strength without brittleness.
    • Silicon (Si): 0.20-0.80%. Assists in deoxidation, enhances tensile strength without brittleness.
    • Phosphorus (P) and Sulfur (S): ≤ 0.03% (max). Minor amounts contribute to overall performance. After adding an appropriate amount of S element, the improved P20S steel has better processing performance.
    • Nickel (Ni): After adding Ni alloy, the improved steel P20Ni (1.2738) can significantly improve toughness and ductility, which is conducive to processing.

    2.2 Heat Treatment Processes

    Materiał P20 można hartować w oleju, a następnie odpuszczać w celu uzyskania określonego poziomu twardości odpowiedniego do różnych zastosowań.

    Hardness of P20 steel after quenching and ruszenie1

    Temperatura hartowaniaTwardość Rockwella C
    Jak ugasić51
    400°F / 205°C49
    600°F / 315°C47
    800°F / 425°C44
    1000°F / 540°C39
    1100°F / 595°C33
    1200°F / 650°C26
    1250°F / 675°C21
    • Temperatura podgrzewania: 1200°F / 650°C (Jeśli jest stosowany do większych części masowych.
    • Temperatura utwardzania: 1525°F / 830°C
    • Metoda hartowania: hartowanie w oleju i nawęglanie
    • CHEMIA: Węgiel 0,30%, Mangan 0,75%, Krzem 0,50%, Chrom 1,65%, Molibden 0,40%

    2.3 Carburized and Hardened Condition

    P20 steel can be carburized and then Stal P20 hartowana Aby zwiększyć twardość powierzchni i odporność na zużycie. Po nawęglaniu i hartowaniu, twardość powierzchni stali P20 może osiągnąć 65 HRC. Twardość rdzenia po nawęglaniu wynosi zazwyczaj około 45 HRC.

    Temperatura nawęglania wpływa na uzyskaną twardość powierzchni. Na przykład próbki nawęglane w temperaturze 845°C (1550°F) osiągnęły twardość powierzchniową 65,6 HRC, podczas gdy próbki nawęglane w temperaturze 980°C (1800°F) osiągnęły twardość 58,6 HRC.
    Odpuszczanie nawęglonej stali P20 powoduje zmniejszenie jej twardości powierzchniowej, a jej odporność na zmiękczenie podczas odpuszczania jest uważana za stosunkowo niską, porównywalną do zwykłej stali węglowej.

    2.4 Nitriding and Tufftriding

    Nitriding and Tufftriding (a type of ferritic nitrocarburizing) significantly increase the surface hardness of P20 steel, primarily through the formation of hard nitrides and a diffusion zone.

    Nitriding at 525°C in ammonia gas can result in a surface hardness of approximately 650HV.

    Tufftriding at 570°C can give a surface hardness of approximately 700HV with a surface hard layer of approximately 0.1mm after two hours of treatment.

    Nitriding also increases corrosion resistance.

      3. Mechanical Properties (Interrelated with Hardness)

      • Tensile Strength (Ultimate). P20 steel, after oil quenching from 845 °C (1550 °F) and tempering for 2 hours at 205 °C (400 °F), has a tensile strength of 1310 MPa (190 ksi).
      • Yield Strength. Under the same heat treatment conditions as above, it has a yield strength of 1172 MPa (170 ksi).
      •   Elongation at Break. After oil quenching and tempering, the elongation in 50 mm (2 in.) is 13%.
      •  Impact Toughness (Charpy V-Notch). Under the same heat treatment conditions as above, it has a Charpy V-notch impact energy of 43 J (32 ft·lbf).
      • Compressive Strength. Approximately equal to the tensile yield strength.
      • Elastic Modulus. 190-210 GPa, or 30 x 10^6 psi (207 GPa).
      • Density. 7855.1 kg/m^3 (7.855 g/cm^3). 
      • Thermal Conductivity. 24 Btu/ft/hr/°F (41.5 W/m/°K), or 34.0 W/(m.K). Important for dissipating heat during machining and in molding.
      • Poisson’s Ratio. 0.27-0.30
      • Thermal Expansion Coefficient. 12.8 x 10^-6/°C (20-425°C).

      4. P20 Steel Machinability and Surface Finish (Relationship to Hardness)

      P20 steel has excellent machinability at about 60-65% of 1% carbon steel or 65% compared to a 1% carbon tool steel benchmark (rating of 100). Pre-hardened P20 can be machined directly without further heat treatment, but the heat generated during machining may cause work hardening and dimensional inaccuracy. Solutions include:

      • Use low cutting speeds and high feed rates to reduce heat.
      • Employ tools coated with materials like titanium nitride (TiN).
      • Apply coolants effectively to dissipate heat and lubricate.
      1. Bryson, WE (2007). Obróbka cieplna, dobór i zastosowanie stali narzędziowych (s. 195). Publikacje Hansera. ↩︎

      Szukasz stali narzędziowej P20 o wysokiej wydajności?

      Współpracuj z Aobo Steel, Twoimi zaufanymi ekspertami z ponad 20-letnim doświadczeniem w kuciu doskonałych stali narzędziowych. Dostarczamy najwyższej jakości rozwiązania P20, precyzyjnie dostosowane do Twoich potrzeb produkcyjnych i zwiększenia wydajności operacyjnej.

      Niezależnie od tego, czy potrzebujesz standardowego P20, czy też specyfikacji niestandardowej, nasi specjaliści są gotowi pomóc Ci w doborze materiałów i przedstawić konkurencyjną, niezobowiązującą wycenę.

      Gotowy, aby zacząć? Wypełnij poniższy formularz, aby się z nami skontaktować!

      pl_PLPL