Thép không gỉ 420: Tính chất và ứng dụng

Thép không gỉ 420 là vật liệu đa năng được biết đến với khả năng làm cứng và chống ăn mòn. Hiểu được đặc điểm của nó là chìa khóa để xác định xem nó có phải là lựa chọn phù hợp cho ứng dụng của bạn hay không. Tại Aobo Steel, với kinh nghiệm sâu rộng về thép công cụ, chúng tôi có thể giúp bạn đánh giá tính phù hợp của nó.

1. Thành phần của thép 420

Thép 420 thuộc về thép không gỉ martensitic gia đình. Điều này có nghĩa là cấu trúc vi mô của nó có thể được chuyển đổi thông qua xử lý nhiệt để đạt được độ cứng và độ bền cao. Giống như các loại thép martensitic khác, thép 420 có từ tính.

2. Tính chất chính của thép không gỉ 420

• Độ cứng và khả năng chống mài mòn. Một trong những ưu điểm chính của thép 420 là khả năng đạt được độ cứng cao sau khi xử lý nhiệt thích hợp, thường đạt tới 46–52 HRC. Độ cứng này mang lại khả năng chống mài mòn và hao mòn tốt.
• Khả năng chống ăn mòn. Thép không gỉ 420 có khả năng chống ăn mòn rất tốt trong môi trường khí quyển nhẹ, trong nhà và công nghiệp. Hàm lượng crom của nó tạo thành lớp thụ động bảo vệ bề mặt.
• Khả năng đánh bóng. Loại thép này có khả năng đánh bóng tuyệt vời, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng đòi hỏi bề mặt hoàn thiện chất lượng cao, chẳng hạn như khuôn ép nhựa và các thành phần quang học.
• Cân nhắc về độ bền và khả năng hàn. Trong khi hàm lượng carbon tăng cường độ cứng, do đó nó làm giảm độ dẻo dai so với các loại carbon thấp hơn. Nó cũng làm cho hàn thép 420 đầy thách thức. Nếu cần hàn, thường cần phải gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau khi hàn (như ủ) để tránh nứt. Có thể cân nhắc sử dụng kim loại hàn chuyên dụng (ví dụ ERNiCr-3), mặc dù điều này có thể ảnh hưởng đến độ bền và độ cứng cuối cùng của vùng hàn.
• Khả năng gia công. Trong điều kiện ủ, thép 420 có khả năng gia công khá. Đối với các ứng dụng đòi hỏi gia công phức tạp hơn, một biến thể gia công tự do, Loại 420F (có thêm lưu huỳnh), có sẵn. Lưu ý rằng việc thêm lưu huỳnh có thể làm giảm nhẹ độ bền của khía.

3. Xử lý nhiệt

Hiểu được quá trình xử lý nhiệt của thép không gỉ 420 là rất quan trọng để đạt được các tính chất cơ học cụ thể cần thiết cho các ứng dụng của bạn. Tại Aobo Steel, với hơn hai thập kỷ chuyên về thép công cụ và thép hợp kim, chúng tôi biết rằng việc kiểm soát chính xác trong quá trình xử lý nhiệt sẽ giải phóng toàn bộ tiềm năng của vật liệu này. Hướng dẫn này phác thảo các quy trình chính.

3.1 Ủ thép 420

Nếu quy trình sản xuất của bạn yêu cầu làm mềm thép 420 để cải thiện khả năng gia công hoặc tạo hình thì ủ là bước đầu tiên cần thiết.

Quy trình ủ

1. Sưởi ấm: Đun nóng thép từ từ đến nhiệt độ 1.450°F (788°C).
2. Ngâm: Đảm bảo thép ngấm kỹ ở nhiệt độ này để có cấu trúc bên trong đồng nhất.
3. Làm mát: Làm nguội chậm là rất quan trọng để có độ mềm. Tốc độ khuyến nghị là 25°F (14°C) một giờ xuống 900°F (482°C). Sau đó, thép có thể được làm nguội bằng không khí đến nhiệt độ phòng.
4. Kết quả: Quá trình này thường tạo ra độ cứng tối đa là 221 HB.

Lưu ý quan trọng: Để ngăn ngừa quá trình khử cacbon (mất cacbon khỏi bề mặt), hãy ủ trong lò trung tính được kiểm soát, lò chân không hoặc lò muối trung tính.

3.2 Làm cứng thép 420

Xử lý nhiệt tôi luyện là điều cần thiết để đạt được độ bền và khả năng chống mài mòn tối đa vốn có trong thép 420. Quá trình này bao gồm austenit hóa sau đó là làm nguội.

Austenit hóa

1. Sưởi ấm: Làm nóng thép đến nhiệt độ trong khoảng 1.750–1.850°F (954–1.010°C).
2. Ngâm: Ngâm kỹ ở nhiệt độ để đảm bảo chuyển đổi hoàn toàn thành austenit. Hướng dẫn chung về độ dày là 30 phút cho mỗi inch (1,2 phút cho mỗi mm). Sử dụng mức nhiệt độ cao hơn để có độ cứng và khả năng chống ăn mòn tối đa.
3. Bầu không khí: Để giảm thiểu nguy cơ thoát cacbon ở nhiệt độ cao này, hãy sử dụng lò nung muối trung tính, chân không hoặc môi trường trung tính được kiểm soát.

Làm nguội

1. Mục đích: Làm nguội nhanh biến đổi austenit thành martensit cứng.
2. Phương pháp:

1. Làm nguội bằng không khí: Được ưa chuộng cho các hình dạng phức tạp để giảm thiểu nguy cơ biến dạng và nứt. Làm mát trong không khí xuống khoảng 150°F (66°C).
2. Làm nguội bằng dầu: Có thể sử dụng để có độ cứng cao hơn nếu hình dạng bộ phận cho phép. Làm nguội trong dầu ở nhiệt độ 150–200°F (66–93°C).
   
   3. Bước quan trọng tiếp theo: Làm nguội thép ngay lập tức sau khi tôi để giải phóng ứng suất bên trong mactensit.

3.3 Tôi luyện thép 420

Làm nguội là bước bắt buộc sau khi tôi cứng. Nó làm giảm độ giòn, giảm ứng suất khi tôi cứng và cho phép bạn tinh chỉnh sự cân bằng giữa độ cứng và độ dai.

Quy trình tôi luyện

1. Chu kỳ: Thông thường cần phải tôi luyện gấp đôi; những ứng dụng đòi hỏi khắt khe có thể cần phải tôi luyện gấp ba.
2. Quá trình: Đối với mỗi chu kỳ, đun nóng đến nhiệt độ mong muốn, ngâm và sau đó làm nguội bằng không khí đến nhiệt độ phòng.
3. Thời gian ngâm: Thời gian ngâm tiêu chuẩn cho độ dày của mỗi lần tôi là 2 giờ cho mỗi inch (4,7 phút cho mỗi mm). Đảm bảo làm mát không khí đến nhiệt độ phòng giữa các chu kỳ.

Lựa chọn nhiệt độ tôi luyện

• Sử dụng chung: Nhiệt độ tối thiểu được khuyến nghị là 400°F (204°C).
• Khu vực tránh nguy hiểm: Không làm nóng ở nhiệt độ từ 800°F (427°C) đến 1.100°F (593°C). Sự tôi luyện trong phạm vi này gây ra sự nóng nảy làm giòn, làm giảm đáng kể sức chịu va đập và khả năng chống ăn mòn.
• Độ bền cao hơn: Quá trình tôi luyện ở nhiệt độ 1.100°F (593°C) hoặc cao hơn sẽ phục hồi khả năng chịu va đập và chống ăn mòn nhưng làm giảm độ cứng.
• Độ cứng cao hơn (trên 50 HRC): Có thể sử dụng nhiệt độ thấp hơn (khoảng 482°F / 250°C) hoặc nhiệt độ cao hơn (khoảng 932°F / 500°C).
• Cân nhắc về khả năng chống ăn mòn: Tôi luyện ở nhiệt độ cao hơn (~932°F / 500°C) có thể kết tủa crom cacbua, có khả năng làm giảm khả năng chống ăn mòn. Nhiệt độ tôi luyện thấp hơn thường được ưu tiên cho thép 420 để có sự kết hợp tốt nhất giữa độ cứng cao Và khả năng chống ăn mòn.

3.4 Giảm ứng suất Thép 420

Chu trình giảm ứng suất có thể giảm thiểu sự biến dạng trong quá trình làm cứng sau này nếu các bộ phận thép 420 trải qua quá trình tạo hình, làm thẳng hoặc gia công đáng kể trước sự cứng lại.

Quy trình giảm ứng suất (Vật liệu chưa cứng)

1. Sưởi ấm: nhiệt độ thấp khoảng 1.250°F (677°C).
2. Ngâm: Ngâm trong khoảng 2 giờ cho mỗi inch (4,7 phút cho mỗi mm) độ dày.
3. Làm mát: Làm nguội chậm (nếu có thể, hãy làm nguội bằng lò) đến nhiệt độ phòng.

Ghi chú: Nếu giảm căng thẳng cứng lại vật liệu, nhiệt độ giảm ứng suất phải không vượt quá nhiệt độ tôi luyện cuối cùng được sử dụng.

4. Ứng dụng phổ biến cho thép 420

Nhờ tính cân bằng của nó, thép 420 được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau:

• Đồ dùng ăn uống: Dao, dao bỏ túi, lưỡi dao phẫu thuật.
• Công cụ: Dụng cụ cầm tay, dụng cụ nha khoa và phẫu thuật.
• Khuôn mẫu: Khuôn ép nhựa, đặc biệt là đối với nhựa ăn mòn như PVC hoặc nơi cần độ bóng cao. Nó cũng có thể được sử dụng để sửa chữa một số loại thép dụng cụ khuôn.
• Van và linh kiện: Các bộ phận van, vòi phun, trục và bánh răng yêu cầu khả năng chống ăn mòn vừa phải và độ bền cao.

5. Điểm tương đương và tính khả dụng

Bạn có thể gặp thép 420 hoặc các loại thép tương tự theo các tiêu chuẩn quốc tế khác nhau:

• JIS (Nhật Bản):SUS420J1, SUS420J2
• DIN (Đức):4021, 1.4028, 1.2083 (X42Cr13 – thường dùng cho khuôn mẫu)

Aobo Steel có thể cung cấp thép 420 ở nhiều dạng khác nhau, bao gồm thanh, tấm và tờ, để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của bạn.