Сталь AISI 420 характеристики и применение
Известная многим под названием сталь AISI 420 является ничем иным, как американским аналогом аустенитно-мартенситной стали. В Российских ГОСТах эти марки маркируются так: 20Х13, 30Х13, 40Х13. Буквенно-цифровое обозначение AISI 420 определяется стандартом, где:
- AISI — это аббревиатура Американского Института Стали и Сплавов, которым была разработана эта система маркировки;
- Трехзначное число определяет отношение к нержавеющей стали. Первая цифра -4- уточняет принадлежность к хромоникелемолибденовым сплавам;
- Коэффициент 20 определяет местонахождение в таблице.
Технические характеристики стали AISI 420 как отечественного производства, так и зарубежных аналогов остаются неизменными, вне зависимости от аббревиатуры.
Применение
AISI 420 — это нержавеющая сталь, которая полностью инертна при взаимодействии со слабоагрессивными средами даже при нагревании. Второе ее название, которое максимально точно указывает на ее «характер» — это медицинская или пищевая нержавейка. Один из тех сплавов, без которых была бы невозможной работа многих механизмов и агрегатов, т. к. из нее изготавливают элементы, работающие при температурах до 450 ºС под высокой нагрузкой, давлением. Кроме того, сталь не заменима для изделий, которым необходимы два вида стойкости коррозионная и к истиранию поверхности.
- Сталь не деформируется при термической и механической обработке, хорошо держит заточку, поэтому идеально подходит для изготовления мерительных и режущих инструментов (медицинских в том числе), игл карбюраторов, поршневых штоков для компрессоров, деталей двигателя.
- Высокая теплостойкость используется для изготовления лопаток для турбин и других ответственных деталей турбин.
- Абсолютная инертность в слабоагрессивных средах незаменима для изготовления сепарационных экранов, тепловых фильтров в пищевой промышленности для контактов с пивным суслом, коньячными изделиями.
- Коррозионная стойкость стали, эффектный внешний вид и невысокая стоимость позволяют использовать для изготовления кухонной утвари, ножей, посуды.
- Высокая прочность и отличная обрабатываемость (до закалки) механическим способом используется для изготовления крепежей, износостойких прокладок.
- Высокая прочность стали, умеренная вязкость и одновременная пластичность используется для изготовления пружин и рессор в автомобилестроении.
Что влияет на характеристики стали
Конечные свойства изделия определяются двумя составляющими: химическим составом и последующей термомеханической обработкой.
Химический состав
Можно сказать, что AISI 420 — это базовая марка хромированных сталей, т.к. ее химический состав регламентируется минимальным количеством легирующих элементов:
- Углерод — 20; 30; 40 %;
- Кремний — ± 08 %;
- Марганец — ± 0,8 %;
- Хром — 0,13-0,17 %.
Остальные элементы, присущие в модификациях этой стали, не регламентируются и могут содержаться в допустимом остаточном количестве (сотых или тысячных долях).
Как элементы влияют на структуру
Структура определяется свойствами и концентрацией участвующих в процессе элементов.
- В первую очередь, значение имеет образуемая кристаллическая решетка основным элементом (в данном случае это Fe) и ее искажение легирующими веществами;
- Взаимодействие на молекулярном уровне, т.е. образованием карбидов и второстепенных соединений и их расположение в кристаллах, образуемые элементами сегрегации;
- Способность атомов перестраиваться при изменении температурного режима? Образовывать новые связи и тем самым менять свойства.
Максимальное действие оказывают легирующие элементы. Все характеристики металла регулируются повышением или понижением прочности, пластичности, вязкости, электропроводности и т. д. В основе этого процесса лежит свойство стали увеличивать прочность при искажении кристаллической решетки, т. е. любое искажение КР увеличивает прочность, вне зависимости от элемента, которые взаимодействуя между собой также оказывают упрочняющее действие.
Углерод — в сравнении с атомом железа, углерода вдвое меньше, он компактно размещается между атомами железа, образуя карбиды, и искажает кристаллическую решетку.
Хром — в количестве 13-17 % придает стали коррозионную стойкость и прочность. Объясняется это таким же размером молекул и способностью образовывать оксидную пленку, молекулы которой практически равны по размерам с самой молекулой хрома. На поверхности такая пленка образует прочный покров и не пропускает атомы кислорода и, соответственно, исключая окисление следующего слоя.
Кремний — связывает остаточный кислород. Являясь не карбидообразующим веществом, кремний сдвигает карбиды в сторону границ зерен, тем самым, упрочняя границы зерен.
Марганец — наибольшая эффективность при добавлении марганца достигается при использовании его с кремнием в пропорциях
1:1 (марганец выше на 10-50 %). В этом случае марганец придает стабильность сильнолегированному сплаву и исключает смещение ядер. Плотно укомплектованная решетка устойчива, имеет минимальное количество межкристаллических вакансий и других недостатков.
У стали марки 420 практически отсутствует склонность к трещинообразованию.
Термомеханическая обработка
Что особенного в этой стали и как получают нужные свойства. Что касается технических характеристик в готовых изделиях и поставляемых заготовках, то их свойства принципиально противоположны, а именно: различаются они присутствием мартенситной структуры. Так мартенсит хорошо это или плохо? Все зависит от того, на какой стадии обработки находиться заготовка.
Металл принимает мартенситное состояние в двух случаях:
- При механической деформации в холодном или теплом состоянии (ниже t отпуска);
- При скорости охлаждения выше критической.
Получение мартенсита характеризуется максимальной прочностью, какую только может принять этот вид сплава. Но после этого метал невозможно обработать механическим способом, также он подвержен разрушению ударом, причем сила такого удара не обязательно должна быть большой, достаточно приложить мускульную силу. Именно поэтому заготовка поставляется в «мягком» состоянии, без мартенситной структуры.
Получают заготовку методом отливки, тщательно регулируя скорость остывания и температуру. Остывание на воздухе для этого сплава уже привносит нежелательные последствия, поэтому кристаллизация и диффузионные превращения должны протекать медленно.
Второй этап — это изготовление непосредственно самого изделия. Если деталь получают методом отливки, то после него следует механическая обработка (очистка от системы, точная заточка по размерам). Если изделие получают, непосредственно обрабатывая заготовку, то деформация структуры уже приводит к изменениям и это должно учитываться при дальнейшей закалке. Окончательная шлифовка также проводиться до закалки, так как после нее сталь принимает высокую степень прочности и не поддается изменениям.
Нагрев под закалку стали проводят невысокий, т. к. мартенсит в этой структуре образуется при t выше 200 ºС. Основное значение имеет процедура отпуска, т. е. нагрев заготовки и выдерживание при однородной температуре. Это может быть всего 250-300 ºС. В этот момент игольчатая структура меняет свому на сферическую, в зависимости от времени выдержки это может быть сорбит или троостит (размеры и форма зерна).
Преимущества стали марки 420
Прочность этого сплава такова, что он не требует дополнительного упрочнения поверхности, а сердцевина всегда имеет достаточную вязкость, чтобы быть устойчивой при динамических нагрузках. Но самое главное преимущество, что сталь 420 одна из немногих мартенситного класса, которую можно соединять с помощью сварки.
Источник
Сталь 420НС (High carbon)
Сталь 420НС (High Carbon — «высокоуглеродистый») — более высокоуглеродистая разновидность стандартной мартенситной нержавеющей стали марки 420. Один из популярных сплавов, используемых для массового производства ножей в последние годы. Наличие в составе стали повышенного содержания (0,44-0,60%) углерода, вкупе с высоким содержанием хрома, обеспечивает хорошие режущие свойства и стойкость кромки лезвия. Многие известные производители предпочитают эту сталь из-за ее низкой стоимости, легкости обработки, достаточной для среднего по прочности ножа и хорошей антикоррозийной живучести.
Сталь 420HC неплохо держит режущую кромку, однако время от времени нуждается в заточке, уступая в этом сталям более высокого класса, нож из нее легко перетачивать. В «западном» исполнении сталь 420HC считается нормальным недорогим ножевым материалом.
Американские ножевые компании Buck и SOG из стали 420НС производят отличные ножи, достигая твердости клинка в 57 Rrc. После криогенной обработки, при закалке, 420НС становится равной по характеристикам 440А стали. Так компания Buck проводит термообработку и закалку клинков у Пола Боса (Paul Boss), значительно повышая ее качественные и потребительские показатели использования. На выходе сталь 420НС разительно отличается от аналогичной стали других производителей ножей.
Это еще раз подтверждает положение о том, что качественная закалка и обработка зачастую важнее, чем марка (химический состав) стали.
C 0 ,45– 0 ,54% — содержание углерода в сплаве составляет 0,45– 0 ,54%. Углерод — наиболее важный элемент в стали, он повышает ее прочность, придает металлу хорошую твердость.
Mn 0 ,80% — содержание марганца в сплаве составляет 0,80%. Марганец применяется на стадии выплавки стали. Способен повышать твёрдость стали. Из сталей со значительным содержанием марганца делают различные прочные вещи — рельсы, сейфы и так далее.
Сr 13,5–14,0% — содержание хрома в сплаве составляет 13,5–14,0%. Хром — серовато-белый блестящий твердый металл. Хром влияет на способность стали к закаливанию, придает сплаву антикоррозийные свойства и повышает его износостойкость. Содержится в нержавеющей стали любой марки.
Мо 1,00% — содержание молибдена в сплаве 1,00%. Молибден — серебристо-белый металл. применяется для изготовления специальных и быстрорежущих сталей. Молибден — твердоплавкий элемент, он предотвращает ломкость и хрупкость клинка, придавая ему необходимую жесткость, делает его достаточно стойким к высоким температурам.
Si 0 ,80–1,00% — содержание кремния в сплаве 0,80–1,00%. Кремний увеличивает прочность и износоустойчивость стали. Как и марганец, он делает сталь более стабильной и надежной.
V 0,18% — содержание ванадия в сплаве 0,18%. Ванадий — серовато-белый блестящий металл, обладающий большой твердостью. Применяется при производстве специальных сортов стали, в том числе инструментальных. Он отвечает за упругость и усиливает свойства хрома, придает металлу инертность к агрессивным химическим средам.
В каталоге найдено 168 товаров с такой характеристикой.
Источник
Сталь 420
Сталь 420 – это наиболее дешевый материал, из которого изготавливаются клинки только самых дешевых ножей. Сталь 420 содержит очень низкий процент углерода, но достаточно большое количества марганца и хрома, что и определяет ее свойства. Сталь 420 плохо поддается закалке, поэтому является мягкой сталью, которая плохо держит заточку. Зато этот материал обладает достаточно высокой коррозионной устойчивостью и низкой ценой. Аналог Российской стали 20X13.
Сталь 420 является наиболее дешевой и популярной сталью, используемой при изготовлении импортных ножей, подавляющее большинство который идут на российский рынок, является сталь 420-ка. Именно ее используют для изготовления практически всех китайских ножей (что собственно и посодействовало появлению о ней дурной славы). Следует отметить, что в «восточном» исполнении этот материал преимущественно низкого качества, его характеристики близки к нашим кухонным 40Х12-м.
Единственным, но неоспоримым достоинством стали 420 является ее защита от появления ржавчины. Именно по этой причине подводные ножи тайванского производства, произведенные из стали этого типа считаются среди любителей дайвинга вполне сносными. Наряду с этим следует отметить, что Японские изделия из 420-й стали качественные, и вполне заслуживают внимания потребителей.
Что касается «западного» исполнения – 420-я сталь является вполне нормальным ножевым материалом, относящимся к категории недорогих. Испанские ножи, созданные с использованием 420-й стали практически такие же мягкие, как и китайские, при этом Немецкие (Beker, Magnum), австрийские (Fortuna) и швейцарские (Wenger, Victorinox) отличаются более аккуратным исполнением и повышенной твердостью.
Следует отметить деталь, общую для всех клинков из 420-й серии (не важно, европейские они, китайские, или другого производства) – все они очень тяжелые, и толстые, что делает их неудобными при резе.
Что касается американского качества исполнения ножей, основой которых послужила 420-я сталь – наряду с изделиями, производимые United Cuttlery (по большей части сувенирными), фирмы Buck и SOG выпускают ножи, твердость клинка которых до 57 HRс, да еще сохраняется упругость и тонкость.
Данный пример – еще одно явное подтверждение важной истины: обработка и качественная закалка – вот что влияет на конечные характеристики изделия, а не просто химический состав (марка) стали.
Важно знать, что ножи, изготовленные из 420-й стали далеко не всегда маркируются соответственным образом. В случае, если на ноже нет никаких надписей, или написано «Stainless Steel», «Stainless», «Rostfrei», «Super-steel», «Inox» — фактически переводится как «нержавейка», скорее всего, для изготовления ножа использовалась именно 420-я сталь.
C 0.15% — содержание углерода в сплаве составляет 0.15%. Углерод — наиболее важный элемент в стали, он повышает ее прочность, придает металлу хорошую твердость.
Mn 0,10% — содержание марганца в сплаве составляет 0,10%. Марганец применяется на стадии выплавки стали. Способен повышать твёрдость стали. Из сталей со значительным содержанием марганца делают различные прочные вещи — рельсы, сейфы и так далее.
Сr 12.0 – 14,0% — содержание хрома в сплаве составляет 12,0 – 14.0%. Хром — серовато-белый блестящий твердый металл. Хром влияет на способность стали к закаливанию, придает сплаву антикоррозийные свойства и повышает его износостойкость. Содержится в нержавеющей стали любой марки.
Si 1,00% — содержание кремния в сплаве — 1,00%. Кремний увеличивает прочность и износоустойчивость стали. Как и марганец, он делает сталь более стабильной и надежной.
P 0,04% — содержание фосфора в сплаве — 0,04%. Фосфор относится к вредным технологическим примесям в сталях и сплавах. Увеличение его содержания даже на доли процента, повышая прочность, одновременно повышает хрупкость. Вредное влияние фосфора особенно сильно сказывается при повышенном содержании углерода. Пределы содержания фосфора как технологической примеси составляют 0,025…0,045%.
S 0,03% — содержание серы в сплаве — 0,03%. Сера, как и фосфор, относится к вредным технологическим примесям в сталях и сплавах. Повышение содержания серы существенно снижает механические и физико-химические свойства сталей, в частности, пластичность, ударную вязкость, сопротивление истиранию и коррозионную стойкость. Пределы содержания серы как технологической примеси составляют 0,035…0,06%.
В каталоге найдено 68 товаров с такой характеристикой.
Источник
