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:
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.
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:
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.
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:
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.
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.
Сталь AISI 420
Разновидность 420 часто сравнивают с другой маркой – 410, которая считается базовой. Если считать AISI 420 усовершенствованной версией, то можно отметить, что углерода в ней больше, при этом прочность сильнее повышается при закалке.
ГОСТ позволяет выделить в качестве российских аналогов сразу несколько модификаций нержавеющей стали — 20Х13, 30Х13, 40Х13.
Химические характеристики
Свойства сплава достигаются за счёт добавления отдельных химических элементов в состав. Они представлены в следующем объёме:
- углерод — 0,15 % марганец — 0,1 %; фосфор — 0,4 %; кремний — 1,0 %; хром — от 12,0 до 14,0 %.
Дополнительно, чтобы сделать сплав более прочным и стойким к коррозии, в него добавляют молибден (от 0,5 до 0,8 %) и ванадий (от 0,1 до 0,2 %). В этом случае содержание углерода повышают до 0,45–0,55 %, а сам сплав обозначают как AISI 420MoV.
Механические, физические показатели
Типичные механические показатели этой стали: предел текучести — 315 МПа, предел прочности — 550 МПа, относительное удлинение — 26 %, прочность Бринелля — 230 HB. Характеристики варьируются при изменения химического состава. Окалина не образуется при воздействии температуры до +700 °C.
Применение в производстве
Официальные стандарты позволяют задействовать сталь AISI 420 при выпуске элементов для гидравлических прессов, а также других изделий, подвергающихся высокой механической нагрузке. Это могут быть конструкции, на которые воздействует слабоагрессивная среда, содержащая воду, органические кислоты и их соли, серу.
Из такого сплава производят комплектующие для машин и оборудования, в том числе для оснащения пищевых предприятий и виноделен. Сталь не окисляется при контакте с продуктами питания, этиловым спиртом и содержащими его жидкостями.
Зарубежные аналоги по химическому составу
Российский анагол по ГОСТ 20Х13
Германский аналог по DIN X20Cr13
Китайский аналог по GB 2Cr13
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.
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.
Сталь 420 для ножей: плюсы и минусы, характеристики и свойства
У испанских и китайских мастеров-ножевиков они получаются «мягкими», в то время как Германия, Австрия, Швейцария предпочитают делать их исключительно качественными и твердыми.
Химический состав
Сталь 420 относится к аустенитно-мартенситным сталям, основные технические характеристики которых зависят от расположения элементов в ее кристаллической решетке. Этот тип сплавов проходит обязательную процедуру закалки, но проходит она довольно сложно.
Эта хромированная сталь с довольно низким содержанием углерода (С) — 0.15%, который непосредственно влияет на прочность готовых клинков и добавляет твердость стали 420. Из преобладающих элементов главными являются хром (Cr) и марганец (Mn), и следующие компоненты:
В химсоставе присутствует сера, также являющаяся вредным компонентом, снижающим пластичность, устойчивость к коррозии, сопротивляемость истиранию. Компоненты, входящие в состав стали 420, определяют основные свойства и качества стали.
Плюсы и минусы 420 стали
Сталь 420 для ножей имеет свои плюсы, которые проявляются при определенных условиях, и минусы, непосредственно влияющие на применение клинков.
Среди положительных свойств и ярко выраженных плюсов металла выделяют отличную антикоррозийную устойчивость и невысокую стоимость. При хорошей обработке и закалке они приобретают высокую упругость и тонкость готовых клинков.
Термообработка проводится с применением азота, что дает возможность получать сталь твёрдости 53 HRC хорошей гибкости, что улучшает свойства режущего инструмента.
При этом, по отзывам специалистов, она с трудом поддается закалке, что не позволяет повысить уровень твердости. Если она остается мягкой, это значит, что содержание углерода (С) довольно низкое. В связи с этим характерны и невысокие показатели стойкости к механическим повреждениям.
Российские аналоги
Марка стали 420 имеет российский аналог – сплав 20Х13, но обычно в эту линейку включают 30Х13, 40Х13, 65Х13.
Последняя в России не менее популярна, чем 420. Главные их сходства – высокая степень противостояния коррозии и небольшая цена. В остальном же 65Х15 имеет свои преимущества, которые ценят российские мастера по изготовлению ножей. Среди явных плюсов: простота и легкость заточки, отличная прочность, устойчивость к повреждениям и гибкость.
65Х13 нередко применяется для изготовления медицинского инструмента, но чаще – для ножей разного предназначения: бытовых, охотничьих, представленных в каталоге интернет-магазина Али Аскерова КавказСувенир.
Где используется сталь 420
Недорогая марка стали применяется для изготовления бюджетных ножей и широко используется водителями, рыбаками, туристами, охотниками. Главное, на что они обращают внимание – великолепная устойчивость к агрессивным средам. Средняя режущая способность изделий в данном случае отходят на второй план. Отзывы свидетельствуют, что технические характеристики стали 420 вполне приемлемы.
Не меньшей популярностью пользуются ножи, изготовленные из стали 65Х13., которая, как и 420, обладает прекрасными антикоррозийными характеристиками. Среди них – разделочные, туристические, а также – пластунские, которые станут отличным подарком коллекционерам. Они представляют настоящее произведение искусства.
AISI 420
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:
Технические характеристики стали AISI 420 как отечественного производства, так и зарубежных аналогов остаются неизменными, вне зависимости от аббревиатуры.
Применение
Технические характеристики стали AISI 420 как отечественного производства, так и зарубежных аналогов остаются неизменными, вне зависимости от аббревиатуры.
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.
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:
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.
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 420практически 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:
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.
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.