Opis ogólny
Stal AISI 420 (EN 1.4031, X40Cr13, 4H13) to martenzytyczna stal nierdzewna chromowa o wysokiej zawartości węgla, przeznaczona do intensywnego ulepszania cieplnego. W porównaniu do gatunków 1.4021 i 1.4028 zawiera najwyższą ilość węgla, co pozwala uzyskać maksymalną twardość, odporność na zużycie oraz długotrwałe utrzymanie ostrej krawędzi.
Zawartość chromu na poziomie 12–14% zapewnia odporność na korozję w środowiskach umiarkowanych, natomiast wysoka hartowność czyni stal 1.4031 materiałem typowym dla zastosowań narzędziowych, precyzyjnych oraz wysokoobciążonych mechanicznie.
Oznaczenia i nazewnictwo (SEO)
- AISI 420
- EN 1.4031
- X40Cr13
- 4H13 (oznaczenie PN)
- Х40Cr13 (oznaczenie GOST)
- 420 Stainless Steel – high carbon
- Martensitic stainless steel X40Cr13
Skład chemiczny (wg EN 10088 – wartości typowe)
| Pierwiastek | Zawartość [%] |
|---|---|
| C (Węgiel) | 0,36 – 0,45 |
| Cr (Chrom) | 12,0 – 14,0 |
| Mn (Mangan) | ≤ 1,0 |
| Si (Krzem) | ≤ 1,0 |
| P (Fosfor) | ≤ 0,040 |
| S (Siarka) | ≤ 0,015 |
| Ni (Nikiel) | ≤ 0,75 |
| Mo (Molibden) | ≤ 0,75 |
| Fe (Żelazo) | równowaga |
Właściwości mechaniczne (po hartowaniu i odpuszczaniu)
Właściwości stali AISI 420 / 1.4031 są silnie zależne od parametrów obróbki cieplnej.
| Właściwość | Wartość typowa |
|---|---|
| Twardość po hartowaniu | 54–58 HRC |
| Wytrzymałość na rozciąganie Rm | 850–1050 MPa |
| Granica plastyczności Rp0,2 | 600–800 MPa |
| Wydłużenie A5 | 8–12% |
| Moduł sprężystości E | ~200 GPa |
| Gęstość | 7,75 g/cm³ |
Właściwości fizyczne
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Przewodność cieplna | ~24 W/m·K |
| Współczynnik rozszerzalności (20–100°C) | ~10,5 × 10⁻⁶ /K |
| Opór elektryczny | ~0,55 Ω·mm²/m |
| Temperatura topnienia | 1480–1530°C |
| Magnetyczność | stal martenzytyczna – magnetyczna |
Odporność na korozję
Stal X40Cr13 / 1.4031 / AISI 420 wykazuje:
- dobrą odporność na korozję atmosferyczną,
- dobrą odporność na wilgoć i parę wodną,
- ograniczoną odporność na środowiska chlorkowe i kwasowe,
- najlepszą odporność korozyjną w stanie hartowanym, odpuszczonym i polerowanym.
W porównaniu do gatunków 1.4021 i 1.4028 odporność korozyjna jest nieco niższa, ale odporność na zużycie i twardość są najwyższe w tej grupie.
Właściwości technologiczne i obróbka
Obróbka cieplna (kluczowa)
- Hartowanie: 1000–1050°C, chłodzenie w oleju lub powietrzu,
- Odpuszczanie: 150–400°C (dobór zależny od wymaganej twardości),
- bardzo dobra hartowność i stabilność struktury.
Obróbka skrawaniem
- dobra obrabialność w stanie wyżarzonym,
- po hartowaniu wymaga narzędzi o bardzo wysokiej odporności na zużycie.
Spawalność
- bardzo ograniczona,
- wymaga podgrzewania wstępnego i pełnej obróbki cieplnej po spawaniu,
- w praktyce stosowana wyjątkowo.
Wykończenia powierzchni
- doskonała podatność na polerowanie,
- możliwość uzyskania wysokiej gładkości i połysku.
Zastosowania stali AISI 420 / EN 1.4031
Gatunek ten jest wybierany do najbardziej wymagających aplikacji narzędziowych i precyzyjnych.
Przemysł narzędziowy
- noże specjalistyczne i przemysłowe,
- ostrza tnące o długiej żywotności,
- narzędzia precyzyjne.
Przemysł medyczny
- narzędzia chirurgiczne wysokiej klasy,
- instrumenty stomatologiczne,
- elementy wymagające sterylizacji i dużej odporności mechanicznej.
Przemysł maszynowy
- elementy pracujące w warunkach intensywnego tarcia,
- wały, trzpienie, tuleje,
- komponenty pomp i zaworów.
Inne zastosowania
- formy i matryce,
- elementy precyzyjne o wysokiej twardości,
- komponenty narażone na ścieranie.
Zalety stali X40Cr13 / AISI 420
- najwyższa twardość w rodzinie AISI 420,
- bardzo wysoka odporność na zużycie i ścieranie,
- dobra odporność korozyjna w środowisku umiarkowanym,
- doskonałe właściwości polerskie,
- możliwość precyzyjnego sterowania właściwościami poprzez obróbkę cieplną,
- magnetyczność,
- sprawdzony materiał narzędziowy.
Dostępne formy materiału
- pręty okrągłe i płaskie,
- blachy i płyty,
- elementy kute,
- półfabrykaty do obróbki mechanicznej.
Podsumowanie
Stal nierdzewna AISI 420 / EN 1.4031 / 4H13 / X40Cr13 to najwyżej stopowany węglem wariant stali 420, oferujący maksymalną twardość, odporność na zużycie i długotrwałą stabilność krawędzi tnącej. Przy zachowaniu odporności korozyjnej w środowiskach umiarkowanych jest to materiał idealny do produkcji narzędzi, ostrzy, elementów precyzyjnych i wysokoobciążonych mechanicznie, gdzie liczy się trwałość i niezawodność.