1. Einführung
Im vergangenen Jahrhundert, 8620 legierter Stahl hat sich einen Ruf als Arbeitstier in Branchen erworben fallgeschuster, High-Tougness-Komponenten- Von Automobilzielen bis hin zu schweren Maschinenwellen.
Erstmals Mitte des 20. Jahrhunderts entwickelt, 8620 fällt unter die SAE J403 Nomenklatursystem (oft parallel von ASTM A681 oder AISI -Klassifizierungen) als a niedriger Alloy, Verkostungsgrad Stahl.
Seine ausgewogene Chemie - der von Nickel erhöhte Kohlenstoffgehalt erhöht sich, Chrom,
und Molybdän - Enables Deep-Case Carburizing und nachfolgende Quench-/Temperaturzyklen, die a produzieren harter externer Fall auf a duktil, harter Kern.
Folglich, AISI 8620 Stahl erscheint in Anwendungen, die erfordern Verschleißfestigkeit an der Oberfläche ohne Opfer Auswirkung der Widerstandsfähigkeit innen.
In diesem Artikel wird untersucht 8620 Aus mehreren Aussichtspunkten - metallurgisch, mechanisch, Verarbeitung, und wirtschaftlich - eine gründliche Bereitstellung, Professional, und glaubwürdige Ressource.
2. Chemische Zusammensetzung von 8620 Legierter Stahl
| Element | Typische Reichweite (wt %) | Rolle / Wirkung |
|---|---|---|
| Kohlenstoff (C) | 0.18 – 0.23 | - Bietet Härtbarkeit nach dem Vergaser - bildet martensitische Fall während des Quenchs - Niedriger Kernkohlenstoff sorgt für eine schwierige, duktiler Kern |
| Mangan (Mn) | 0.60 – 0.90 | - fungiert als Desoxidisator während des Schmelzens - fördert die Bildung von Austeniten, Verbesserung der Härtbarkeit - Erhöht die Zugfestigkeit und Zähigkeit |
| Silizium (Und) | 0.15 – 0.35 | - dient als Desoxidisator und Schwefelmodifikator - verstärkt Kraft und Härte - Verbessert die Reaktion der Temperierung |
| Nickel (In) | 0.40 – 0.70 | - Erhöht die Zähigkeit der Kern und die Aufprallfestigkeit - Vertieft die Verhärtbarkeit für einheitliche Kernmartensit - verbessert die Korrosionsbeständigkeit leicht |
Chrom (Cr) |
0.40 – 0.60 | - Fördert die Härterbarkeit und den Verschleiß Widerstand im Fall - bildet Legierungcarbide, die die Oberflächenhärte verbessern - trägt zur Temperaturstabilität bei |
| Molybdän (Mo) | 0.15 – 0.25 | - Erhöht die Härte und Tiefe der Härte -verbessert die Festigkeit und Kriechwiderstand mit hoher Temperatur - Verfeinert die Korngröße |
| Kupfer (Cu) | ≤ 0.25 | - Handelt als Unreinheit - Verbessert die Korrosionsbeständigkeit leicht - minimaler Effekt auf Härtbarkeit oder mechanische Eigenschaften |
| Phosphor (P) | ≤ 0.030 | - Unreinheit, die die Stärke erhöht, aber die Zähigkeit verringert - Niedrig gehalten, um die Sprödigkeit im Kern zu vermeiden |
| Schwefel (S) | ≤ 0.040 | - Verunreinigung, die die Vervollständigbarkeit durch die Bildung von Manganulfiden verbessert - Übermäßige S können heiße Kürze verursachen; kontrolliert, um die Duktilität aufrechtzuerhalten |
| Eisen (Fe) | Gleichgewicht | - Basismatrixelement - trägt alle Legierungszusätze und bestimmt die Gesamtdichte und den Modul |
3. Physikalische und mechanische Eigenschaften von 8620 Legierter Stahl
Unten finden Sie eine Tabelle, in der wichtige physikalische und mechanische Eigenschaften von zusammengefasst werden 8620 Legierungstahl in seiner normalisierten (Kern) und fälschlich gehärtet (gekostet + abgeschreckt + temperiert) Bedingungen:
| Eigentum | Normalisiert (Kern) | Carburized Case | Notizen |
|---|---|---|---|
| Dichte (R) | 7.85 g/cm³ | 7.85 g/cm³ | Gleiche Basisdichte unter allen Bedingungen |
| Wärmeleitfähigkeit (20 °C) | 37–43 W/m · k | 37–43 W/m · k | Typisch für stähle niedrige Alloy-Stähle |
| Spezifische Wärme (Cₚ) | 460 J/kg·K | 460 J/kg·K | Die Werte ändern sich nach Wärmebehandlung vernachlässigbar |
| Elastizitätsmodul (E) | 205–210 GPA | 205–210 GPA | Bleibt im Wesentlichen konstant |
| Wärmeausdehnungskoeffizient (20–100 ° C.) | 12.0–12,5 × 10⁻⁶ /° C | 12.0–12,5 × 10⁻⁶ /° C | Von Oberflächenbehandlungen nicht beeinflusst |
Zugfestigkeit (UTS) |
550–650 MPA | 850–950 MPA | Kern (normalisiert) vs. Fall (Oberfläche) Nach dem Kohlensäure + löschen + Temperament |
| Streckgrenze (0.2% Offset) | 350–450 MPA | 580–670 MPA | Kernausbeute im normalisierten Zustand; Fallrendite nach q&T |
| Verlängerung (In 50 MM Gage) | 15–18% | 12–15% | Kern behält eine höhere Duktilität bei; Hülle etwas niedriger, aber immer noch duktil um gehärtete Schicht |
| Härte (HB) | 190–230 HB | - | Normalisierte Härte vor dem Kohlensaugen |
| Falloberflächenhärte (HRC) | - | 60–62 HRC | Gemessen an unmittelbarer Oberfläche nach q&T |
| Kernhärte (HRC) | - | 32–36 HRC | Gemessen ~ 5–10 mm unter der Oberfläche nach q&T |
Effektive Falltiefe |
- | 1.5–2,0 mm (50 HRC) | Tiefe, in der die Härte auf ~ fällt 50 HRC |
| Charpy V-Notch-Auswirkungen (20 °C) | 40–60 j | Kern: ≥ 35 J; Fall: 10–15 j | Kernzähigkeit bleibt hoch; Fall ist schwieriger und weniger hart |
| Rotierende Biegemüdungsgrenze (R = –1) | ~ 450–500 MPa | ~ 900–1.000 MPa | Die fällige Oberfläche verbessert die Ermüdungsbeständigkeit erheblich |
| Druckfestigkeit | 600–700 MPa | 900–1.100 MPa | Fallkomprimierung ~ 3 × Kernzug; Kernkomprimierung ~ 3 × Kernzug |
| Verschleißfestigkeit | Mäßig | Exzellent | Oberflächenhärte von ~ 60 HRC bietet einen hohen Verschleiß Widerstand |
Notizen:
- Alle Werte sind ungefähr und hängen von den genauen Verarbeitungsparametern ab (z.B., Temperaturtemperatur, Medium löschen).
- Normalisierte Eigenschaften repräsentieren die nicht kohlensäurehaltigen, getemperter Staat. Kohlensaugen-Gehäusewerte spiegeln typische Gasaukburisierung wider (0.8–1.0 % C Fall), Öl/Quench + Temperament (180 °C) Zyklen.
- Ermüdungs- und Aufprallwerte nehmen Standard -Testproben an; Die realen Komponenten können aufgrund von Restspannungen und Geometrie variieren.
4. Wärmebehandlung und Oberflächenhärtung von 8620 Legierter Stahl
Häufige Wärmebehandlungszyklen
Austenitisierung
- Temperaturbereich: 825–870 ° C., Abhängig von der Größe der Abschnittsgröße (höher für dickere Abschnitte, um die vollständige Austenitisierung sicherzustellen).
- Zeit halten: 30–60 Minuten, Gewährleistung einer gleichmäßigen Bildung von Austenitkörnern.
- Überlegungen: Zu hohe Temperatur oder übermäßiger Halt kann zu Kornstau führen, Zähigkeit reduzieren.
Abschrecken
- Medium: Öl der mittleren Viskosität (z.B., ISO 32–68) oder auf Polymerbasis Quenchantien, um die Verzerrung zu verringern, vor allem in komplexen Geometrien.
- Zielkernhärte: ~ 32–36 HRC nach dem Temperieren.
Temperieren
- Temperaturbereich: 160–200 ° C für Kohlenstoffteile (einen harten Fall bewahren), oder 550–600 ° C für durchgehärte Anforderungen.
- Zeit halten: 2–4 Stunden, gefolgt von Luftkühlung.
- Ergebnis: Gleicht Härte mit Zähigkeit aus - hoher Temperaturtemperament (550 °C) ergibt mehr duktile Kern, aber weichere Oberfläche.
Verschleierung von Verfahren
Pack -Kohlensäure
- Verfahren: Umhüllung von Teilen in Holzkohlepaketen bei 900–930 ° C für 6–24 Stunden (Abhängig von der gewünschten Falltiefe), Dann löschen Sie.
- Pros/Nachteile: Kostengünstige Ausrüstung, aber variable Fall Gleichmäßigkeit und größere Verzerrung.
Gasverkostung
- Verfahren: Kontrollierte Atmosphärenöfen führen kohlenstoffhaltige Gase ein (Methan, Propan) bei 920–960 ° C.; Falltiefe oft 0,8–1,2 mm in 4–8 Stunden.
- Vorteile: Präzises Kohlenstoffpotential, minimale Verzerrung, Wiederholbare Falltiefen.
Vakuumverkostungskohlenstoff (Niedrigdruckkarburisierung, LPC)
- Verfahren: Kohlensäure unter niedrigem Druck, Gase mit hoher Purity-Prozess bei 920–940 ° C, gefolgt von einem schnellen Hochdruckgas-Löschen.
- Vorteile: Ausgezeichnete Gehäuse Gleichheitlichkeit (± 0,1 mm), Reduzierte Oxidation ("Weiße Schicht" minimiert), und enge Verzerrungskontrolle, bei höheren Ausrüstungskosten.
Mikrostrukturelle Veränderungen während des Kohlensaugens, Abschrecken, und Temperierung
- Aufkohlen: Führt einen Kohlenstoffgradienten ein (Oberfläche ~ 0,85–1,0% C bis auf Kern von ~ 0,20% c down), eine austenitische Fallschicht bilden.
- Abschrecken: Verwandelt den gekoppelten Fall in Martensit (60–62 HRC), während der Kern zu a umgewandelt wird gemischte Martensit-temperierte Martensit oder Bainit (Abhängig vom Schweregrad der Quench).
- Temperieren: Reduziert Restspannungen, konvertiert beibehalten Austenit, und erlaubt Kohlensäurebüros (Fe₃c, CR-reiche Carbide) Zähigkeit zu verbessern.
Der ideale Temperaturzyklus (180–200 ° C für 2 Std.) ergibt einen Fall mit Feinkarbidverteilung und ein duktiler Kern.
Vorteile von Fallhärten im Vergleich zu Durchhärten
- Oberflächenhärte (60–62 HRC) widersetzt sich und läutet und läutet.
- Kernfestigkeit (32–36 HRC) absorbiert den Einfluss und verhindert katastrophales spröde Versagen.
- Reststressmanagement: Das ordnungsgemäße Temperieren verringert die durch Quench induzierten Belastungen, was zu einer minimalen Teilverzerrung und einer hohen Müdigkeitslebensdauer führt.
Verzerrungskontrolle und Reststressmanagement
- Löschen Sie die mittlere Auswahl: Öl vs. Polymer vs. Gaslösch.
Polymer -Quenchanten (z.B., 5–15% Polyalkylenglykol) Verringern Sie oft das Verziehen im Vergleich zu Öl. - Vorrichtungsdesign: Einheitliche Unterstützung und minimale Einschränkung beim Löschen verringern Biege oder Verdrehen.
- Mehrere Temperierungsschritte: Ein erstes Temperaturtemperatur mit niedrigem Temperatur stabilisiert Martensit, gefolgt von einem Temperatur mit höherem Temperatur, um den Reststress weiter zu reduzieren.
5. Korrosionsbeständigkeit und Umweltleistung
Atmosphärische und wässrige Korrosion
Als a Low-Alloy-Stahl, 8620 zeigt eine mäßige Korrosionsbeständigkeit bei atmosphärischen Bedingungen. Jedoch, ungeschützte Oberflächen kann oxidieren (Rost) innerhalb von Stunden in feuchten Umgebungen.
In wässrigen oder marinen Umgebungen, Korrosionsraten beschleunigen sich aufgrund des Chloridangriffs.
Eine typische As-Skening- und Temperierte Oberfläche (32 HRC) In 3.5% NaCl bei 25 ° C zeigt ~ 0,1–0,3 mm/Jahr einheitliche Korrosion.
Folglich, Schutzbeschichtungen (Phosphat, malen, oder elektroplattiertes Zn/Ni) Vorzukommen oft dem Service in korrosiven Einstellungen.
Spannungskorrosionsrissanfälligkeit
8620Die mittelschwere Zähigkeit nach dem Kohlenhilfe hilft zu widerstehen Stresskorrosionsrisse (SCC) Besser als mit hohem Kohlenstoffstählen, In chloridreicher oder ätzender Umgebungen ist jedoch Vorsicht geboten, kombiniert mit Zugspannung.
Tests weist darauf hin Dünne Abschnitte mit Kohlensäuren (< 4 mm) sind anfälliger, wenn nicht vollständig gemildert. PH-kontrollierte Inhibitoren und kathodischer Schutz mildern SCC in kritischen Anwendungen.
Schutzbeschichtungen und Oberflächenbehandlungen
- Phosphatumwandlungsbeschichtungen: Eisenphosphat (Bepo) angewendet bei 60 ° C für 10 Minuten ergibt eine Schicht von 2–5 µm, Verbesserung der Lackierung und anfänglicher Korrosionsbeständigkeit.
- Pulverbeschichtung / Nasses Gemälde: Epoxidpolyesterpulver geheilt bei 180 ° C liefern 50–80 µm Barriereschutz, Ideal für Außen- oder leicht ätzende Umgebungen.
- Elektropliert Zink oder Nickel: Dünn (< 10 µm) Metallschichten, die nach Säureglinge aufgebracht wurden - Zinc bietet Opferschutz, Während Nickel Verschleiß und Korrosionsbeständigkeit verbessert.
Hochtemperaturoxidation und Skalierung
Im kontinuierlichen Service oben 300 °C, 8620 kann dickes Oxid bilden (Skala) Schichten, führt zu einem Gewichtsverlust von bis zu 0.05 mm/Jahr bei 400 °C.
Molybdänerzzüge verbessern die Oxidationsresistenz etwas, aber für längere Verwendung von Hochtemperaturen (> 500 °C), Edelstahl- oder Nickelbasis Legierungen werden bevorzugt.
6. Schweißbarkeit und Herstellung von 8620 Legierter Stahl
Vorheizen, Interpass, und PWHT -Empfehlungen
- Vorheizen: 150–200 ° C vor dem Schweißen reduziert die thermischen Gradienten und verlangsamt die Kühlung, um Martensit in der Wärmezone zu verhindern (HAZ).
- Zwischenlagentemperatur: Beibehalten von 150–200 ° C für Mehrpassschweißnähte, um die Härte der Gefahr zu minimieren.
- Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT): Ein Stressrelieftemperament bei 550–600 ° C für 2–4 Stunden sorgt für die Härte von Gefahren und reduziert Restspannungen.
Gängige Schweißverfahren
- Schutzgasschweißen (SMAW): Verwendung von Wasserstoffelektroden (z.B., E8018-B2) Ergibt Zugfestigkeit von 500–550 MPa in Schweißmetall zu Zugfestigkeiten.
- Gas-Metalllichtbogenschweißen (GMAW/MIG): Flux-kostet (ER80S-B2) oder feste Kabel (ER70S-6) produzieren hochwertige Schweißnähte mit minimaler Spritzer.
- Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (WIG/WIG): Bietet präzise Kontrolle, Besonders für dünne Abschnitte oder rostfreie Overlays.
Schweißmetallauswahl
Bevorzugte Füllstoffmetalle umfassen 8018 oder 8024 Serie (SMAW) Und ER71T-1/ER80S-B2 (GMAW).
Diese haben eine passende Härten- und Temperierungseigenschaften, Sicherstellen, dass Schweißnaht und Haz nach PWHT nicht spröde werden.
7. Anwendungen und Anwendungsfälle in Branchen
Automobilkomponenten
- Zahnräder und Ritzel: Carburized Case (0.8–1,2 mm Tiefe) mit kernspannungsbezogener Ausbeute Oberflächenverschleißfestigkeit Und Kernschockabsorption- ideal für Übertragungen.
- Lenkwellen und Zeitschriften: Profitieren von hoher Müdigkeit und Zähigkeit, Sicherheitssicherheit in Lenksystemen gewährleisten.
Schwermaschinen und Bauanlagen
- Spurwalzenwellen und Buchsen: Hohe Oberflächenhärte (> 60 HRC) Bekämpft Schleifverschleiß unter harten Bedingungen.
- Eimernadeln und Scharnierstifte: Die Kernzähigkeit verhindert katastrophales Versagen bei hohen Belastungen.
Öl- und Gasbohrwerkzeuge
- Bohrhalter und Subs: Erfordern rotierende Biege -Müdigkeitswiderstand; 8620Carburized -Oberfläche reduziert den Verschleiß in Bohrschlammumgebungen.
- Kupplungen und Gewindeverbindungen: Profitieren von korrosionsbeständigen Beschichtungen und fälschlichen Fäden für den Hochdruckservice.
Lager, Gabelstaplermasten, und Drehpunkte
- Tragrennen: Gekostet 8620 widersteht das Lupen und Ablauf unter hohen RPM-Bedingungen.
- Mastblöcke: Hochkern -Duktilität absorbiert Schock, während gehärtete Oberflächen das Gamieren verringern.
8. Vergleiche mit anderen Kohlensaugen
Bei der Angabe eines Stahls aus Kohlensäuren, Ingenieure bewerten häufig mehrere Legierungen, um sie auszugleichen kosten, mechanische Leistung, Härtetiefe, Und Zähigkeit.
Unten, Wir vergleichen 8620 Legierungsstahl-einer der am häufigsten verwendeten Fallhärtungsstufen-mit drei gemeinsamen Alternativen: 9310, 4140, Und 4320.
| Kriterium | 8620 | 9310 | 4140 | 4320 |
|---|---|---|---|---|
| Legierungsinhalt | Moderat durch/cr/mo | Hoher ni (1.65–2,00%), Höheres Mo | Cr/Mo, Nein ni, höher c | Ähnlich 8620, engere S/P -Steuerelemente |
| Falltiefe (Zu 50 HRC) | ~ 1,5–2,0 mm | ~ 3–4 mm | N / A (durch die Erhärtung auf ~ 40 HRC) | ~ 1,5–2,0 mm |
| Kernfestigkeit (Q&T) | UTS 850–950 MPa; Charpy 35–50 j | UTS 950–1.050 MPA; Charpy 30–45 J. | UTS 1.000–100 MPa; Charpy 25–40 j | UTS 900–1.000 MPa; Charpy 40–60 j |
| Oberflächenhärte (HRC) | 60–62 HRC (gekostet) | 62–64 HRC (gekostet) | 40–45 HRC (durchgehärtet) | 60–62 HRC (gekostet) |
Bearbeitbarkeit (Normalisiert) |
~ 60–65% von 1212 | ~ 50–60% von 1212 | ~ 40–45% von 1212 | ~ 55–60% von 1212 |
| Verzerrungskontrolle | Mäßig, Polyquench Quench empfohlen | Gut mit LPC oder Gaslöschung | Höhere Verzerrung in großen Abschnitten | Besser als 8620 in großen Schweißnagen |
| Kosten (Rohstoffbasis) | Grundpreis | +15–25% vorbei 8620 | Ähnlich 8620 | +5–10% vorbei 8620 |
| Typische Anwendungsfälle | Kfz -Zahnräder, Wellen, Allgemeine Teile | Luft- und Raumfahrtgeräte, Windkraftanlagen | Kurbelwellen, stirbt, schwere Maschinenteile | Ölfeldausrüstung, Große Schweißteile |
Auswählen der richtigen Legierung
Bei der Wahl zwischen diesen Kohlensaugen Legierungen, halten:
Falltiefenanforderungen:
- Wenn tiefe Fälle (> 3 mm) sind unerlässlich, 9310 oder LPC-verarbeitet 8620 Kandidaten werden.
- Für moderate Falltiefe (1.5–2,0 mm), 8620 oder 4320 sind wirtschaftlicher.
Kernkraft und Zähigkeit:
- 8620 erfüllt die meisten mittelschweren Bedürfnisse mit UTS ~ 900 MPA im Kern.
- 9310 oder 4320 Bieten Sie eine verbesserte Zähigkeit in großen Abschnitten oder geschweißten Baugruppen an.
Durchhärtung vs. Fallhärtung:
- Wenn a Uniform HRC 40–45 ist ausreichend, 4140 ist oft kostengünstiger, Entfernen von Schritten.
- Wenn Verschleißfestigkeit Auf Arbeitsoberflächen ist kritisch, 8620/9310/4320 liefern überlegene Oberflächenhärte.
Kosten und Verfügbarkeit:
- In Hochvolumensautomotive-Anwendungen, legierter Stahl 8620 dominiert wegen seiner Kosten-zu-Leistung Gleichgewicht.
- 9310 ist gerechtfertigt in Luft- und Raumfahrt Und Verteidigung Wo die Leistung Rohstoffkosten ersetzt.
Schweißbarkeits- und Herstellungsbedürfnisse:
- 4320'S Eine engere Verunreinigungskontrolle macht es vorzuziehen große geschweißte Strukturen.
- 8620 ist einfacher zu schweißen als 9310, Dies erfordert strengere Vorheizen- und Interpass -Kontrollen aufgrund höherer Härten.
9. Abschluss
8620 Legierungstahl rangiert weiterhin unter den Am vielseitigsten Fallhärten Stähle verfügbar.
Von seiner Ausgewogenheit kohlenstoffarme, Multi-alloy-Chemie zu seiner nachgewiesenen Leistung in gekostet, abgeschreckt, und gemildert Zustand,
8620 erfüllt die anspruchsvollen Anforderungen moderner Branchen - automotive, Luft- und Raumfahrt, schwere Maschinen, Öl und Gas, und darüber hinaus.
Durch das Verständnis der Metallurgie von Alloy Steel 8620, mechanisches Verhalten, Verarbeitungsparameter, und sich entwickelnde Technologien,
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- Überlegener Fall härtet sich an bis zu 60–62 HRC
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FAQs - 8620 Legierter Stahl
Warum ist es 8620 Stahl, die zum Kohlensäure geeignet sind?
8620 hat einen relativ geringen Kohlenstoffgehalt im Kern (ca.. 0.2%), was die Duktilität beibehält, Während seine Legierungselemente es ermöglichen, bis zu 60 bis 62 HRC zu härten.
Dies macht es ideal für den Widerstand von Oberflächenverschleiß, ohne die Kernkraft zu beeinträchtigen.
Welche Wärmebehandlungen werden normalerweise angewendet 8620 legierter Stahl?
Typische Behandlungen umfassen das Kohlensäure, gefolgt von Abschrecken und Anlassen. Dieser Prozess verhärtet die Oberflächenschicht und hält eine weichere Aufrechterhaltung, mehr duktile Kern.
Normalisierung und Glühen kann auch vor dem Kohlensäure verwendet werden.7.
Ist 8620 leicht zu maschinen und schweißen?
Im geglühten Zustand, 8620 zeigt eine gute Vervollständigbarkeit. Jedoch, Die Bearbeitung nach dem Karbur sollte begrenzt sein, um den Werkzeugverschleiß zu vermeiden.
Es kann im geglühten oder normalisierten Zustand geschweißt werden, erfordert jedoch Vorheizen und Stressabbau nach dem Schweigen, um Risse zu verhindern.
Welche Standards bedecken 8620 legierter Stahl?
Gemeinsame Spezifikationen für 8620 enthalten:
- ASTM A29 / A29m - Allgemeine Anforderungen
- SAE J404 - Chemische Zusammensetzung
- AMS 6274 / AMS 6276 - Luft- und Raumfahrtqualitätsklassen
