Aço Inoxidável 420: Propriedades e Principais Aplicações
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O aço inoxidável 420 é um aço inoxidável martensítico conhecido por sua alta resistência, resistência moderada à corrosão e capacidade de endurecimento por meio de tratamento térmico. Ele é classificado na categoria de aço inoxidável martensítico, caracterizada por seu alto teor de carbono e a presença de cromo como o principal elemento de liga. A composição típica do aço inoxidável 420 inclui aproximadamente 12-14% de cromo e 0.15-0.4% de carbono, o que influencia significativamente suas propriedades.
Visão Geral Abrangente
O aço inoxidável 420 é utilizado principalmente em aplicações que requerem alta dureza e resistência moderada à corrosão. Os elementos de liga no 420, particularmente cromo e carbono, desempenham papéis cruciais na definição de suas características. O cromo melhora a resistência à corrosão e contribui para a dureza do aço, enquanto o carbono aumenta a resistência e a resistência ao desgaste.
Vantagens do Aço Inoxidável 420:
- Alta Dureza: Após o tratamento térmico, o 420 pode alcançar um nível de dureza de até 50 HRC, tornando-o adequado para ferramentas de corte e lâminas.
- Boa Resistência ao Desgaste: Seu alto teor de carbono proporciona excelente resistência ao desgaste, ideal para aplicações envolvendo fricção.
- Resistência Moderada à Corrosão: Embora não seja tão resistente quanto as ligas austeníticas, ele se comporta bem em ambientes levemente corrosivos.
Limitações do Aço Inoxidável 420:
- Menor Tenacidade: Comparado aos aços inoxidáveis austeníticos, o 420 tem menor tenacidade, tornando-o menos adequado para aplicações que requerem alta resistência ao impacto.
- Resistência Limitada à Corrosão: Em ambientes altamente corrosivos, como aplicações marinhas, pode não ter um desempenho adequado sem revestimentos protetores.
Historicamente, o aço inoxidável 420 tem sido significativo na fabricação de talheres, instrumentos cirúrgicos e diversas aplicações industriais devido ao seu equilíbrio entre dureza e resistência à corrosão. Sua posição no mercado está bem estabelecida, particularmente nos setores de fabricação de talheres e ferramentas.
Nomes Alternativos, Normas e Equivalentes
Organização Padrão | Designação/Classe | País/região de Origem | Notas/Comentários |
---|---|---|---|
UNS | S42000 | USA | Equivalente mais próximo do AISI 420 |
AISI/SAE | 420 | USA | Designação comumente usada |
ASTM | A276 | USA | Especificação padrão para barras de aço inoxidável |
EN | 1.4021 | Europa | Designação equivalente na Europa |
JIS | SUS420J2 | Japão | Propriedades semelhantes com pequenas diferenças composicionais |
A tabela de equivalência destaca que, embora essas classes sejam frequentemente consideradas intercambiáveis, sutis diferenças na composição podem afetar o desempenho em aplicações específicas. Por exemplo, o SUS420J2 tem um teor de carbono ligeiramente mais alto, o que pode aumentar a dureza, mas também pode reduzir a resistência à corrosão.
Propriedades Chave
Composição Química
Elemento (Símbolo e Nome) | Faixa de Percentagem (%) |
---|---|
C (Carbono) | 0.15 - 0.40 |
Cr (Cromo) | 12.0 - 14.0 |
Mn (Manganês) | 1.0 max |
Si (Silício) | 1.0 max |
P (Fósforo) | 0.04 max |
S (Enxofre) | 0.03 max |
Os principais elementos de liga no aço inoxidável 420 incluem o cromo, que fornece resistência à corrosão e dureza, e o carbono, que melhora a resistência e a resistência ao desgaste. O manganês e o silício estão presentes em quantidades menores para melhorar a tenacidade e a desoxidação durante a fabricação do aço.
Propriedades Mecânicas
Propriedade | Condição/Temperatura | Temperatura de Teste | Valor/Típico (Métrico) | Valor/Típico (Imperial) | Padrão de Referência para Método de Teste |
---|---|---|---|---|---|
Resistência à Tração | Recuado | Temperatura Ambiente | 520 - 700 MPa | 75 - 102 ksi | ASTM E8 |
Resistência ao Escoamento (0.2% de desvio) | Recuado | Temperatura Ambiente | 350 - 500 MPa | 51 - 73 ksi | ASTM E8 |
Elongação | Recuado | Temperatura Ambiente | 12 - 20% | 12 - 20% | ASTM E8 |
Dureza (Rockwell C) | Resfriado & Temperado | Temperatura Ambiente | 40 - 50 HRC | 40 - 50 HRC | ASTM E18 |
Resistência ao Impacto | Resfriado & Temperado | -20°C (-4°F) | 30 J | 22 ft-lbf | ASTM E23 |
As propriedades mecânicas do aço inoxidável 420 o tornam adequado para aplicações que requerem alta resistência e dureza. Sua resistência à tração e resistência ao escoamento indicam sua capacidade de suportar cargas significativas, enquanto a porcentagem de elongação reflete sua ductilidade, que é adequada para muitas aplicações. Os valores de dureza alcançados por meio do tratamento térmico tornam-no ideal para ferramentas de corte e aplicações resistentes ao desgaste.
Propriedades Físicas
Propriedade | Condição/Temperatura | Valor (Métrico) | Valor (Imperial) |
---|---|---|---|
Densidade | - | 7.75 g/cm³ | 0.28 lb/in³ |
Ponto de Fusão | - | 1450 - 1510 °C | 2642 - 2750 °F |
Condutividade Térmica | 20 °C | 25.4 W/m·K | 17.5 BTU·in/h·ft²·°F |
Capacidade Térmica Específica | 20 °C | 500 J/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
Resistividade Elétrica | 20 °C | 0.73 µΩ·m | 0.00000073 Ω·m |
Coeficiente de Expansão Térmica | 20 - 100 °C | 15.5 µm/m·K | 8.6 µin/in·°F |
A densidade do aço inoxidável 420 indica um material relativamente pesado, o que contribui para sua resistência. O ponto de fusão é significativo para aplicações envolvendo altas temperaturas, enquanto a condutividade térmica e a capacidade térmica específica são essenciais para a gestão térmica em aplicações de engenharia. O coeficiente de expansão térmica é crucial para aplicações onde flutuações de temperatura são esperadas.
Resistência à Corrosão
Agente Corrosivo | Concentração (%) | Temperatura (°C/°F) | Avaliação de Resistência | Notas |
---|---|---|---|---|
Cloretos | 3-10 | 20-60 °C (68-140 °F) | Regular | Risco de picotamento |
Ácido Sulfúrico | 10-30 | 20-50 °C (68-122 °F) | Pobre | Não recomendado |
Ácido Acético | 5-20 | 20-40 °C (68-104 °F) | Bom | Resistência moderada |
Atmosférico | - | - | Bom | Adequado para exposição leve |
O aço inoxidável 420 apresenta resistência moderada à corrosão, particularmente em condições atmosféricas e na presença de ácido acético. No entanto, ele é suscetível à corrosão por picotamento em ambientes de cloretos e deve ser evitado em aplicações envolvendo ácidos fortes, como o ácido sulfúrico. Comparado a ligas austeníticas como 304 ou 316, a resistência à corrosão do 420 é menor, tornando-o menos adequado para ambientes marinhos ou altamente corrosivos.
Resistência ao Calor
Propriedade/Limite | Temperatura (°C) | Temperatura (°F) | Comentários |
---|---|---|---|
Temperatura Máxima de Serviço Contínua | 400 °C | 752 °F | Adequado para serviço intermitente |
Temperatura Máxima de Serviço Intermitente | 500 °C | 932 °F | Resistência à oxidação limitada |
Temperatura de Escamação | 600 °C | 1112 °F | Risco de escamação em altas temperaturas |
Em temperaturas elevadas, o aço inoxidável 420 mantém sua resistência, mas pode sofrer oxidação. A temperatura máxima de serviço contínua indica sua capacidade em aplicações de alta temperatura, enquanto a temperatura de escamação destaca o risco de degradação superficial. Deve-se ter cuidado para evitar exposição prolongada a temperaturas acima desses limites.
Propriedades de Fabricação
Soldabilidade
Processo de Soldagem | Metal de Adição Recomendado (Classificação AWS) | Gás/Fluxo de Proteção Típico | Notas |
---|---|---|---|
TIG | ER420 | Argônio | Pré-aquecimento recomendado |
MIG | ER420 | Argônio + CO2 | Tratamento térmico pós-soldagem pode ser necessário |
O aço inoxidável 420 pode ser soldado utilizando os processos TIG e MIG, mas frequentemente recomenda-se o pré-aquecimento para evitar rachaduras. O tratamento térmico pós-soldagem pode melhorar as propriedades da solda, garantindo melhor desempenho em serviço.
Maquinabilidade
Parâmetro de Usinagem | [Aço Inoxidável 420] | [AISI 1212] | Notas/Dicas |
---|---|---|---|
Índice de Maquinabilidade Relativo | 50% | 100% | Use ferramentas de carboneto para melhores resultados |
Velocidade de Corte Típica | 30-50 m/min | 60-80 m/min | Ajustar para desgaste da ferramenta |
O aço inoxidável 420 possui maquinabilidade moderada, que pode ser melhorada com as ferramentas e condições de corte adequadas. Ferramentas de carboneto são recomendadas para usinagem para obter melhores acabamentos de superfície e vida útil da ferramenta.
Formabilidade
O aço inoxidável 420 não é altamente formável devido à sua estrutura martensítica, o que o torna mais adequado para aplicações que requerem corte e moldagem em vez de formação extensiva. A formação a frio é possível, mas pode levar ao endurecimento do trabalho, exigindo controle cuidadoso do processo.
Tratamento Térmico
Processo de Tratamento | Faixa de Temperatura (°C/°F) | Tempo Típico de Imersão | Método de Resfriamento | Propósito Primário / Resultado Esperado |
---|---|---|---|---|
Recuo | 800 - 900 °C (1472 - 1652 °F) | 1-2 horas | Ar | Reduzir a dureza, melhorar a ductilidade |
Resfriamento | 1000 - 1100 °C (1832 - 2012 °F) | 30 minutos | Óleo ou Água | Aumentar a dureza |
Tempera | 150 - 300 °C (302 - 572 °F) | 1 hora | Ar | Reduzir a fragilidade, aumentar a tenacidade |
Os processos de tratamento térmico afetam significativamente a microestrutura e as propriedades do aço inoxidável 420. O resfriamento aumenta a dureza, enquanto a tempera reduz a fragilidade, tornando-o adequado para várias aplicações.
Aplicações Típicas e Usos Finais
Indústria/setor | Exemplo de Aplicação Específica | Principais Propriedades do Aço Utilizadas nesta Aplicação | Razão para Seleção |
---|---|---|---|
Talheres | Facas de cozinha | Alta dureza, resistência ao desgaste | Retenção de fio |
Médico | Instrumentos cirúrgicos | Resistência à corrosão, dureza | Estéril e durabilidade |
Automotivo | Componentes de válvula | Resistência, resistência moderada à corrosão | Desempenho sob estresse |
Aeroespacial | Componentes do trem de pouso | Alta resistência, resistência à fadiga | Segurança e confiabilidade |
O aço inoxidável 420 é comumente utilizado nas indústrias de talheres e medicina devido à sua dureza e capacidade de manter um fio afiado. Em aplicações automotivas e aeroespaciais, sua resistência e resistência à fadiga o tornam uma escolha adequada para componentes críticos.
Considerações Importantes, Critérios de Seleção e Mais Informações
Característica/Propriedade | Aço Inoxidável 420 | Aço Inoxidável AISI 304 | Aço Inoxidável AISI 316 | Nota Breve de Prós/Contras ou Compensação |
---|---|---|---|---|
Propriedade Mecânica Chave | Alta dureza | Boa ductilidade | Excelente resistência à corrosão | O 420 é mais duro, mas menos dúctil |
Aspecto de Corrosão Chave | Resistência moderada | Boa resistência | Excelente resistência | O 420 é menos adequado para ambientes severos |
Soldabilidade | Moderada | Boa | Boa | O 420 requer pré-aquecimento |
Maquinabilidade | Moderada | Boa | Regular | O 420 é mais difícil de usinar |
Formabilidade | Pobre | Boa | Regular | O 420 não é adequado para formação extensiva |
Custo Aproximado Relativo | Moderado | Maior | Maior | O 420 é frequentemente mais econômico |
Disponibilidade Típica | Comum | Muito comum | Comum | O 420 está amplamente disponível |
Ao selecionar o aço inoxidável 420, considerações incluem suas propriedades mecânicas, resistência à corrosão e adequação para soldagem e usinagem. Embora ofereça vantagens em dureza e resistência ao desgaste, suas limitações em tenacidade e resistência à corrosão devem ser cuidadosamente avaliadas em relação aos requisitos específicos da aplicação.
Em resumo, o aço inoxidável 420 é um material versátil que encontra seu nicho em aplicações que requerem um equilíbrio entre dureza e resistência moderada à corrosão. Sua importância histórica e posição de mercado estabelecida o tornam uma escolha confiável para várias indústrias.