O aço inoxidável 420 é um aço inoxidável martensítico, um tipo de liga de ferro-cromo. Faz parte da classificação de aços inoxidáveis da série 400. Ao contrário de alguns outros tipos de aço inoxidável, o aço inoxidável AISI 420 é magnético.
1. Aplicações
- Talheres e ferramentas afiadas
- Instrumentos Médicos e Cirúrgicos
- Moldes de plástico e ferramentas para moldes
- Peças de válvulas e bombas
- Engrenagens, eixos e rolos
- Aplicações industriais e resistentes ao desgaste
- Copos e outras peças moldadas
- Rolamentos
- Outras aplicações: Molas, ferramentas manuais, ímãs, fixadores, peças de máquinas, placas de prensa, componentes de escapamento automotivo, matrizes para perfuração fina de micropadrões em chapas metálicas, eletrodomésticos e utensílios domésticos.
2. Composição do aço inoxidável 4201
| Elemento | Carbono (C) | Manganês (Mn) | Silício (Si) | Fósforo (P) | Enxofre (S) | Cromo (Cr) |
| Composicional | 0.15- 0.40% | ≤ 1,00% | ≤ 0,50% | ≤ 0,040% | ≤ 0,030% | 12h00 – 14h00% |
3. Propriedades do aço inoxidável 420
- Dureza e resistência ao desgaste: Após o tratamento térmico adequado, o aço inoxidável 420 tem uma dureza de 46–52 HRC. Essa dureza lhe confere boa resistência ao desgaste e à corrosão.
- Resistência à corrosão: O cromo presente no aço inoxidável AISI 420 forma uma camada de passivação que protege sua superfície e proporciona excelente resistência à corrosão em ambientes atmosféricos amenos, domésticos e industriais.
- Polibilidade: Esta classe apresenta excelente polibilidade, o que a torna a escolha preferida para aplicações que exigem um acabamento de superfície de alta qualidade, como moldes de injeção de plástico e componentes ópticos.
- Tenacidade e soldabilidade: O teor de carbono é maior do que o do aço de baixo carbono, tornando-o mais duro que o aço de baixo carbono, mas com menor tenacidade. Devido ao seu alto teor de carbono, também apresenta baixa soldabilidade. Se a soldagem for necessária, pré-aquecimento significativo e tratamentos térmicos pós-soldagem (como recozimento) são frequentemente necessários para evitar rachaduras. O uso de metais de adição especializados (por exemplo, ERNiCr-3) pode ser considerado, embora isso possa afetar a resistência e a dureza finais da área soldada.
- Usinabilidade: Em sua condição recozida, o aço 420 oferece usinabilidade razoável. Para aplicações que exigem usinagem mais complexa, uma variante de usinagem livre, 420F (com adição de enxofre), está disponível. Observe que a adição de enxofre pode reduzir ligeiramente a tenacidade ao entalhe.
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4. Tratamento térmico
Aços inoxidáveis martensíticos, incluindo o aço inoxidável 420, são endurecidos por aquecimento acima de sua temperatura de transformação para atingir uma estrutura totalmente austenítica, seguido de resfriamento rápido em óleo ou ar. Apresentam baixa condutividade térmica, o que pode levar a um aquecimento irregular durante o aquecimento rápido ou têmpera, resultando em distorção, empenamento ou rachaduras. Portanto, recomendamos fortemente o pré-aquecimento.
O Tratamento térmico de aço inoxidável 420 envolve austenitização, têmpera e revenimento para otimizar suas propriedades mecânicas, particularmente ductilidade e tenacidade.
4.1 Endurecimento (Austenitização)
A temperatura de endurecimento do aço 420 é 975 °C a 1075 °C (1787 °F a 1967 °F), embora algumas fontes a indiquem entre 954 °C e 1010 °C (1750 °F e 1850 °F). No entanto, com base em nossa experiência, a primeira faixa é mais apropriada.
O tempo de imersão é normalmente de cerca de 30 minutos por polegada (1,2 minutos por milímetro) de espessura na temperatura de endurecimento.
Para evitar a descarbonetação, o aço inoxidável 420 deve ser endurecido em atmosfera neutra controlada, vácuo ou em forno com sal neutro.
4.2 Resfriamento
Para peças complexas ou com formas irregulares, sugerimos a têmpera ao ar para minimizar a deformação e reduzir o risco de trincas. Se for necessária uma dureza maior, optamos pela têmpera em óleo. O processo de têmpera envolve o resfriamento do material até 66 °C (150 °F) quando resfriado ao ar, ou para 66-93 °C (150-200 °F) quando temperado em óleo. Observe que o tratamento de têmpera deve ser realizado imediatamente após a têmpera.
4.3 Têmpera
Têmpera pode melhorar a tenacidade e a resistência do 420 e ajustar sua dureza. O material de aço 420 deve passar por pelo menos dois ciclos de têmpera, ou mesmo três. Para a maioria das aplicações, a temperatura mínima de revenimento é 204°C (400°F). O tempo de imersão é 2 horas por polegada (4,7 minutos por milímetro) de espessura na temperatura especificada. Entre cada ciclo de têmpera, as peças devem esfriar naturalmente até a temperatura ambiente.
Efeito da temperatura de revenimento nas propriedades:
- Dureza após diferentes temperaturas de revenimento: A dureza do aço inoxidável 420 é: 52 HRC mínimo a 149 °C (300 °F), 50 HRC mínimo a 204 °C (400 °F) e 48 HRC mínimo a 316 °C (600 °F).
- Resistência à fragilidade e corrosão por têmperae: O aço 420 tem a característica de fragilização por revenimento. NÃO temperar em temperaturas ACIMA DE 427°C (800°F), pois essa faixa de temperatura pode resultar em uma redução significativa na resistência ao impacto e à corrosão. Essa redução é atribuída à precipitação de carbonetos de cromo mais grosseiros (Cr23C6), que podem criar regiões com depleção de cromo ao redor dos carbonetos. Esse efeito negativo desaparece quando a temperatura de revenimento é de 593 °C (1100 °F) ou superior. Em temperaturas acima de 600 °C, acredita-se que a difusão de cromo "recupere" essas zonas depletadas, restaurando a resistência à corrosão. Dentro dessa faixa de temperatura, a tenacidade do aço 420 aumenta, mas sua dureza diminui.
4.4 Alívio de tensões (material não endurecido)2
Para peças de aço inoxidável 420 não endurecidas, o alívio de tensões pode ser realizado por aquecimento lento até 677 °C (1250 °F) e imersão por 2 horas por polegada de espessura, seguido de um resfriamento lento no forno até a temperatura ambiente.
5. Notas equivalentes
- JIS (Japão):SUS420J1, SUS420J2
- DIN (Alemanha):4021, 1.4028, 1.2083 (X42Cr13 – frequentemente usado para moldes)
- GB(China): 2Cr13 e 4Cr13.
6. Compare o aço inoxidável 420 com outros aços
6.1 Aço inoxidável 420 vs 304
O aço 420 é uma liga martensítica dura, forte, resistente ao desgaste e magnética, mais adequada para aplicações que exigem alto desempenho após tratamento térmico. No entanto, requer manuseio cuidadoso durante a soldagem e o revenimento para obter ótima resistência à corrosão. O aço 304, por outro lado, é uma liga austenítica dúctil, moldável e geralmente não magnética, valorizada por sua versátil resistência à corrosão, excelente soldabilidade e adequação a uma ampla gama de aplicações gerais e de alta temperatura. Para mais informações sobre este tópico, consulte a comparação entre o aço inoxidável 420 e o 304.
| Recurso | 420 | 304 |
| Classificação | Martensítico | Austenítico |
| Magnético? | Sim (ferromagnético) | Normalmente não (não magnético em condições recozidas) |
| Endurecível? | Sim, por tratamento térmico (têmpera e revenimento) | Não, endurece por trabalho a frio |
| Conteúdo de carbono | Mais alto (0,15% min, frequentemente 0,2-0,4%) | Inferior (máx. 0,08%) |
| Teor de níquel | Muito baixo ou ausente | Significativo (8-12%) |
| Dureza Máxima | Muito mais alto (por exemplo, C-54 a C-60 após tratamento térmico) | Inferior (máx. B-92 recozido) |
| Corrosão | Moderado, dependente de tratamento térmico; inferior a 304 | Bom, “melhor polivalente”; superior a 420 |
| Soldabilidade | Difícil de soldar | Excelente soldabilidade (especialmente 304L) |
| Robustez | Menor resistência ao impacto, suscetível à fragilidade por têmpera | Alta ductilidade e tenacidade |
| Usos típicos | Talheres, instrumentos cirúrgicos, moldes, hastes, válvulas | Processamento de alimentos, eletrodomésticos, exaustão automotiva, uso geral |
6.2 Aço inoxidável 420 vs 316
O aço 420 é um aço inoxidável martensítico endurecível com alta resistência, dureza e resistência ao desgaste, mas apresenta resistência moderada à corrosão e é sensível ao tratamento térmico. Em contraste, o aço 316 é um aço inoxidável austenítico não endurecível com excelente resistência à corrosão, particularmente em ambientes com cloreto, onde apresenta excelente resistência à corrosão por pites e frestas. Para mais informações sobre este tópico, consulte Aço inoxidável 420 vs 316
| Recurso | 420 | 316 |
| Classificação | Martensítico | Austenítico |
| Temperabilidade | Pode ser endurecido por tratamento térmico acima de 50 HRC. | Não pode ser endurecido por tratamento térmico; pode ser endurecido por trabalho a frio. |
| Dureza | Recozido: B-92 Rockwell. Tratado termicamente: C-54 Rockwell. | Recozido: B-80 Rockwell (até B-90). |
| Resistência à tracção | Recozido: 95 ksi. Tratado termicamente: até 250 ksi. | Recozido: 75 ksi (316), 70 ksi (316L). |
| Resistência ao escoamento | Recozido: 50 ksi. Tratado termicamente: até 200 ksi. | Recozido: 30 ksi (316), 25 ksi (316L). |
| Ductilidade | Boa tenacidade, mas a ductilidade diminui à medida que a dureza aumenta. | Excelente ductilidade e alto alongamento, mesmo em baixas temperaturas. |
| Resistência à corrosão | Bom, mas geralmente inferior aos aços austeníticos. O revenimento pode reduzir a resistência. | Excelente, especialmente contra corrosão por pites e frestas devido ao molibdênio. |
| Soldabilidade | Difícil de soldar; não recomendado para aplicações soldadas. | Boa soldabilidade, especialmente o grau 'L' (316L). |
| Propriedades magnéticas | Ferromagnético. | Geralmente não magnético (pode ficar levemente magnético após trabalho a frio). |
| Aplicações comuns | Talheres, instrumentos cirúrgicos, moldes, eixos, peças de válvulas. | Processamento químico, aplicações marítimas, revestimento arquitetônico, implantes médicos. |
- Bringas, JE (Ed.). (2004). Manual de Padrões Comparativos de Aço do Mundo (3ª ed., p. 434). ASTM Internacional. ↩︎
- Leed, RM (2007). Solucionador de problemas de fabricação de ferramentas e matrizes. Sociedade de Engenheiros de Fabricação. ↩︎
Perguntas frequentes
O aço inoxidável 420 é um aço inoxidável martensítico e também o aço inoxidável martensítico mais utilizado. Possui resistência à corrosão semelhante à do aço inoxidável 410, porém com maior resistência e dureza. É também amplamente conhecido como "aço inoxidável para talheres".
Possui dureza de 52-55 HRC (ou Rockwell C55 quando endurecido e com alívio de tensões), densidade de 0,280 lbs/in³ (7,74 g/cm³) e resistência à tração de 275.000 psi (230 ksi ou 1586 MPa quando endurecido e com alívio de tensões). É magnético tanto em condições recozidas quanto temperadas. Além disso, possui boas propriedades de usinagem, é endurecível, polivel e condicionalmente resistente a ácidos.
Sua composição química normalmente inclui Carbono (C) em 0,15-0,36% (ou 0,15% no mínimo, chegando a 0,5% em algumas variações), Cromo (Cr) em 12-14% e um máximo de 1,0% para Silício (Si) e Manganês (Mn). O Fósforo (P) normalmente tem 0,04% no máximo, e o Enxofre (S) tem 0,03% no máximo.
O aço inoxidável 420 possui excelente resistência à corrosão. Resiste à corrosão atmosférica, água doce, vapor, gasolina, álcool, sangue, suor, gordura e alimentos.
Sim, o aço inoxidável 420 é atraído por um ímã e é magnético tanto no estado recozido quanto no endurecido.
A dureza do aço inoxidável 420 varia de 52 a 55 HRC.
O aço inoxidável 420 possui diversas normas internacionais equivalentes, incluindo AISI 420, BS970 420S37, 420S45, DIN 1.4021, 1.4025, 1.4034, AFNOR Z30C13, Z40C14 e JIS SUS 4200JI, 420J2. Também é abrangido pelas especificações ASTM A 176 e AMS 5506, e seu número UNS é S42000.
Os usos típicos incluem a fabricação de rolamentos, peças de válvulas, conectores e conexões de mangueiras. Também é amplamente utilizado em talheres, instrumentos cirúrgicos e odontológicos, tesouras, fitas e réguas. É considerado ideal para aplicações que exigem boa resistência à corrosão e alta dureza.
Sim, o aço inoxidável 420, particularmente a variante 420HC (alto carbono) com tratamento térmico adequado, é considerado adequado e pode ser um excelente aço para facas. Embora alguns aços 420 genéricos possam ser considerados obsoletos para facas de uso geral devido à sua maciez e menor retenção do fio, o 420HC é conhecido por ser resistente, inoxidável, fácil de afiar e ter uma retenção de fio respeitável. Empresas como a Buck Knives alcançaram um desempenho sólido com o 420HC por meio de tratamentos térmicos especializados. Para saber mais sobre este artigo, consulte O aço inoxidável 420 é bom para facas??
Embora frequentemente chamado de "aço de baixo custo" por ser uma liga mais antiga, o aço inoxidável 420 não é necessariamente de baixa qualidade. Seu desempenho depende muito do tratamento térmico que recebe; com o tratamento térmico adequado (especialmente para o 420HC), pode ser um aço sólido, utilizável e até mesmo subestimado para uso no mundo real. Oferece boa resistência à corrosão, tenacidade e facilidade de afiação, tornando-se uma opção viável para facas de uso diário (EDC).
Não, o aço inoxidável 420 geralmente não é recomendado para espadas funcionais e é frequentemente encontrado em "cabides de parede" (espadas decorativas). O teor de carbono do 420 pode ser bastante baixo, tornando a lâmina mais macia. Espadas funcionais são normalmente feitas de aço carbono por ser mais barato, mais fácil de forjar e mais fácil de tratar termicamente para obter o desempenho necessário. Espadas de aço inoxidável são amplamente consideradas muito frágeis e propensas a lascar ou quebrar para uso prático.
Existem opiniões conflitantes sobre a compatibilidade do aço inoxidável (incluindo o aço 420) com o alumínio, particularmente em ambientes externos ou úmidos, devido ao risco de corrosão galvânica. Algumas fontes indicam que o aço inoxidável pode ser pior do que o aço galvanizado quando em contato com o alumínio, levando à corrosão severa do alumínio em condições marítimas ou úmidas. Por outro lado, outras fontes sugerem que parafusos de aço inoxidável podem ser usados para evitar reações galvânicas, ou que as reações são mínimas em condições moderadas devido à camada protetora de óxido do alumínio. Para mitigar a potencial corrosão galvânica, é amplamente recomendado o uso de arruelas isolantes de plástico ou borracha entre os dois metais para minimizar o contato direto.
O tratamento térmico é crucial para aprimorar as características de desempenho do aço inoxidável 420. Sua máxima resistência à corrosão só é alcançada quando o aço está totalmente temperado ou temperado e com alívio de tensões; geralmente, nunca é utilizado na condição recozida para obter a resistência ideal à corrosão. O tratamento térmico adequado pode melhorar significativamente propriedades como dureza e retenção de arestas, especialmente para a variante 420HC. Quando o aço 420 é macio (recozido), é flexível; quando temperado, torna-se bastante duro.
Os processos padrão de tratamento térmico para aço inoxidável 420 incluem:
Recozimento (para máxima maciez): Aquecer uniformemente a 1500 – 1650°F (816 – 899°C) e esfriar lentamente no forno.
Recozimento do processo: aquecer a 1350 – 1450°F (732 – 788°C) e depois resfriar ao ar.
Endurecimento: Pré-aqueça e aqueça a 1800 – 1950 °F (982 – 1066 °C), deixe de molho nessa temperatura e depois resfrie ao ar ou resfrie em óleo morno.
Alívio do estresse: aqueça de 149 a 427 °C (300 a 800 °F) por 1 a 3 horas e depois resfrie ao ar ou resfrie em óleo ou água.
A série de aços inoxidáveis martensíticos, incluindo o tipo 420, apresenta soldabilidade limitada. Se for necessária soldagem, recomenda-se pré-aquecer a 260 °C (550 °F). Também é recomendável realizar tratamento térmico após a soldagem.
Sim, se o aço inoxidável 420 for recozido para máxima maciez, ele pode ser moderadamente trefilado e conformado.
O aço inoxidável 420 normalmente não é usado em temperaturas superiores a 427 °C (800 °F). Isso ocorre porque temperaturas mais altas levam ao amolecimento rápido e à perda de sua resistência à corrosão.
A principal diferença reside no teor de carbono, que impacta significativamente seu desempenho. O aço 420 genérico (e o 420J) normalmente apresenta um teor de carbono menor, em torno de 0,15%. Em contraste, o aço 420HC (alto teor de carbono) apresenta um teor de carbono notavelmente maior, geralmente em torno de 0,46%. Esse maior teor de carbono, especialmente quando combinado com um tratamento térmico especializado, confere ao aço 420HC maior dureza, melhor retenção de fio e desempenho mais robusto para aplicações como facas. A variação no teor de carbono entre os diferentes graus de aço 420 explica por que as fontes podem relatar diferentes porcentagens de carbono para o aço "420".
Tanto o 420 quanto o 440 são geralmente considerados aços inoxidáveis "econômicos" decentes e utilizáveis. O 420 (especificamente o 420HC) é descrito como muito tenaz, com retenção de aresta respeitável. O 440 (particularmente o 440C) pode atingir durezas mais altas (58 HRC ou superior) e normalmente oferece melhor retenção de aresta, embora possa não ser tão tenaz quanto o 420. O 440C também é um aço cromo martensítico resistente à corrosão com alta resistência ao desgaste. A classe específica e o tratamento térmico são importantes para comparar seu desempenho real.
Embora o aço inoxidável 420 ofereça boa resistência à corrosão em comparação a outros aços para talheres, sua resistência à corrosão é inferior à do aço inoxidável 316. SAE 316 e 316L (frequentemente chamados de "grau marítimo") são ligas de cromo, níquel e molibdênio conhecidas por sua resistência superior e resistência à corrosão, sendo consideradas biocompatíveis quando produzidas de acordo com padrões específicos.
O aço 420 é de fato um bom aço inoxidável, oferecendo um nível satisfatório de resistência à corrosão para uma ampla gama de aplicações, especialmente quando tratado termicamente de forma adequada. Sua combinação de resistência à corrosão com elevada dureza e resistência ao desgaste o torna um material versátil, principalmente para cutelaria e certas ferramentas.
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P20/1.2311
P20+Ni/1,2738
420/1.2083/2Cr13
422 aço inoxidável
Aço para rolamentos 52100
Aço inoxidável 440C
4140/42CrMo4/SCM440
4340/34CrNiMo6/1,6582
4130
5140/42Cr4/SCR440
SCM415
