1. Introducción
Durante el siglo pasado, 8620 acero aleado se ha ganado una reputación como caballo de batalla en las industrias que requieren cementado, componentes de alta tensión—Dro de engranajes automotrices hasta ejes de maquinaria pesada.
Se desarrolló por primera vez a mediados del siglo XX, 8620 cae bajo el SAE J403 sistema de nomenclatura (a menudo paralelo por ASTM A681 o Clasificaciones AISI) como poca aleación, grado de carburación acero.
Su química equilibrada: contenido de carbono moderado aumentado por níquel, cromo,
y molibdeno - permiso carburación de caso profundo y ciclos posteriores de enfriamiento/temperamento que producen un estuche externo duro sobre un dúctil, núcleo duro.
Como consecuencia, AISI 8620 El acero aparece en aplicaciones que exigen resistencia al desgaste en la superficie sin sacrificar Resiliencia de impacto internamente.
Este artículo explora 8620 desde múltiples puntos de vista: metalúrgico, mecánico, tratamiento, y económico: para proporcionar una exhaustiva, profesional, y recurso creíble.
2. Composición química de 8620 Acero aleado
| Elemento | Rango típico (WT %) | Role / Efecto |
|---|---|---|
| Carbón (do) | 0.18 – 0.23 | - Proporciona enduribilidad después de la carburación - Forma un caso martensítico durante el enfriamiento - El carbono de bajo núcleo asegura un duro, núcleo dúctil |
| Manganeso (Minnesota) | 0.60 – 0.90 | - Actúa como desoxidante durante la fusión - Promueve la formación de austenita, Mejora de la enduribilidad - Aumenta la resistencia y la dureza de la tracción |
| Silicio (Y) | 0.15 – 0.35 | - Sirve como modificador desoxidante y azufre - Mejora la fuerza y la dureza - Mejora la respuesta al templado |
| Níquel (En) | 0.40 – 0.70 | - Aumenta la dureza del núcleo y la resistencia al impacto - profundiza la enduribilidad para un núcleo uniforme martensite - Mejora ligeramente la resistencia a la corrosión |
Cromo (cr) |
0.40 – 0.60 | - Promueve la enduribilidad y la resistencia al desgaste en el caso - Forma carburos de aleación que mejoran la dureza de la superficie - Contribuye a la estabilidad del templado |
| Molibdeno (Mes) | 0.15 – 0.25 | - Aumenta la enduribilidad y la profundidad de la dureza -Mejora la resistencia a la alta temperatura y la resistencia a la fluencia - Refina el tamaño del grano |
| Cobre (Cu) | ≤ 0.25 | - actúa como una impureza - Mejora ligeramente la resistencia a la corrosión - Efecto mínimo sobre la enduribilidad o las propiedades mecánicas |
| Fósforo (PAG) | ≤ 0.030 | - impureza que aumenta la fuerza pero reduce la dureza - Mantenido bajo para evitar la fragilidad en el núcleo |
| Azufre (S) | ≤ 0.040 | - Impureza que mejora la maquinabilidad al formar sulfuros de manganeso - Excess S puede causar dificultad caliente; controlado para mantener la ductilidad |
| Hierro (fe) | Balance | - elemento matriz base - lleva todas las adiciones de aleación y determina la densidad general y el módulo |
3. Propiedades físicas y mecánicas de 8620 Acero aleado
A continuación se muestra una tabla que resume las propiedades físicas y mecánicas clave de 8620 acero de aleación en su normalizado (centro) y endurecido en caso (carburado + apagado + templado) condiciones:
| Propiedad | Normalizado (Centro) | Estuche carburado | Notas |
|---|---|---|---|
| Densidad (riñonal) | 7.85 gramos/cm³ | 7.85 gramos/cm³ | Misma densidad base en todas las condiciones |
| Conductividad térmica (20 °C) | 37–43 w/m · k | 37–43 w/m · k | Típico para aceros de baja aleación |
| Calor específico (cₚ) | 460 J/kg·K | 460 J/kg·K | Los valores cambian de manera negligentemente después del tratamiento térmico |
| Módulo elástico (mi) | 205–210 GPA | 205–210 GPA | Permanece esencialmente constante |
| Coeficiente de expansión térmica (20–100 ° C) | 12.0–12.5 × 10⁻⁶ /° C | 12.0–12.5 × 10⁻⁶ /° C | No afectado por los tratamientos superficiales |
Resistencia a la tracción (UTS) |
550–650 MPA | 850–950 MPa | Centro (normalizado) vs. caso (superficie) Después de la carburación + aplacar + temperamento |
| Fuerza de producción (0.2% compensar) | 350–450 MPA | 580–670 MPA | Rendimiento del núcleo en condiciones normalizadas; rendimiento de casos después de Q&t |
| Alargamiento (en 50 mm Gage) | 15–18% | 12–15% | El núcleo retiene una mayor ductilidad; estuche ligeramente más bajo pero aún dúctil alrededor de la capa endurecida |
| Dureza (media pensión) | 190–230 HB | - | Dureza normalizada antes de la carburación |
| Dureza de la superficie del caso (CDH) | - | 60–62 HRC | Medido en la superficie inmediata después de Q&t |
| Dureza del núcleo (CDH) | - | 32–36 HRC | Medido ~ 5–10 mm debajo de la superficie después de Q&t |
Profundidad efectiva de la caja |
- | 1.5–2.0 mm (50 CDH) | Profundidad a la que la dureza cae a ~ 50 CDH |
| Impacto de Charpy V-Notch (20 °C) | 40–60 j | Centro: ≥ 35 j; Caso: 10–15 j | La dureza del núcleo sigue siendo alta; el caso es más difícil y menos difícil |
| Límite de fatiga de flexión giratoria (R = –1) | ~ 450–500 MPA | ~ 900–1,000 MPA | La superficie endurecida por casos mejora enormemente la resistencia a la fatiga |
| Fuerza compresiva | 600–700 MPA | 900–1,100 MPa | Compresión de casos ~ 3 × tracción de núcleo; compresión del núcleo ~ 3 × tracción de núcleo |
| Resistencia al desgaste | Moderado | Excelente | La dureza de la superficie de ~ 60 hrc proporciona alta resistencia al desgaste |
Notas:
- Todos los valores son aproximados y dependen de los parámetros de procesamiento exactos (p.ej., temperatura de templado, apagarse).
- Las propiedades normalizadas representan la no carburizada, estado recocido. Los valores de la caja carburizados reflejan la carburización de gas típica (0.8–1.0 % Caso C), petróleo + temperamento (180 °C) ciclos.
- Los valores de fatiga e impacto suponen muestras de prueba estándar; Los componentes del mundo real pueden variar debido a la tensión residual y la geometría.
4. Tratamiento térmico y endurecimiento de la superficie de 8620 Acero aleado
Ciclos de tratamiento térmico comunes
Austenitizar
- Rango de temperatura: 825–870 ° C, Dependiendo del tamaño de la sección (más alto para secciones más gruesas para garantizar una austenitización completa).
- Tener tiempo: 30–60 minutos, Asegurar la formación uniforme de grano de austenita.
- Consideraciones: Una temperatura demasiado alta o una retención excesiva puede causar grano engrosado, Reducción de la dureza.
Temple
- Medio: Aceite de viscosidad media (p.ej., ISO 32–68) o enfriamientos basados en polímeros para reducir la distorsión, especialmente en geometrías complejas.
- Dureza del núcleo objetivo: ~ 32–36 hrc después de templar.
Templado
- Rango de temperatura: 160–200 ° C para piezas carburizadas (Para preservar un caso duro), o 550–600 ° C para los requisitos endurecidos.
- Tener tiempo: 2–4 horas, seguido de enfriamiento por aire.
- Resultado: Equilibra la dureza con la dureza: temperamento de temperatura más grande (550 °C) produce más núcleo dúctil pero una superficie más suave.
Procedimientos de carburación
Encharburización de paquete
- Procedimiento: Piezas en paquetes a base de carbón a 900–930 ° C durante 6–24 horas (Dependiendo de la profundidad de la caja deseada), luego apagar.
- Pros/contras: Equipo de bajo costo, pero uniformidad de caso variable y mayor distorsión.
Carburación de gas
- Procedimiento: Los hornos de atmósfera controlada introducen gases con carbono (metano, propano) a 920–960 ° C; Profundidad del caso a menudo 0.8–1.2 mm en 4–8 horas.
- Ventajas: Potencial de carbono preciso, distorsión mínima, profundidades de casos repetibles.
Carburación de vacío (Carburación de baja presión, LPC)
- Proceso: Carburación bajo baja presión, Gases de proceso de alta pureza a 920–940 ° C, seguido de un rápido enfriamiento de gases de alta presión.
- Beneficios: Excelente uniformidad de casos (± 0.1 mm), oxidación reducida ("Capa blanca" minimizó), y control de distorsión ajustada, a costos de equipo más altos.
Cambios microestructurales durante la carburación, Temple, y templado
- Carburación: Presenta un gradiente de carbono (superficie ~ 0.85–1.0% C hasta el núcleo ~ 0.20% C), Formando una capa de caso austenítica.
- Temple: Transforma el estuche carburizado para martensita (60–62 HRC), mientras que el núcleo se convierte en un martensita o bainita con temperatura de martensita mixta (Dependiendo de la gravedad del enfrentamiento).
- Templado: Reduce las tensiones residuales, Conviertos retenidos austenita, y permite la precipitación de carburo (Fe₃c, Carburos ricos en CR) Para mejorar la dureza.
El teso de temperamento ideal (180–200 ° C para 2 horas) produce un caso con Distribución de carburo fino y un núcleo dúctil.
Ventajas del endurecimiento de casos versus a través de la endurecimiento
- Dureza superficial (60–62 HRC) Resiste el desgaste y las picaduras.
- Dureza del núcleo (32–36 HRC) absorbe el impacto y evita la falla frágil catastrófica.
- Manejo del estrés residual: El templado adecuado reduce las tensiones inducidas por el apagón, conduciendo a una distorsión de pieza mínima y una alta vida de fatiga.
Control de distorsión y manejo de estrés residual
- Selección de medios para enfrentarse: Aceite Vs. Polímero VS. Apareje de gas: cada uno produce diferentes curvas de enfriamiento.
Enfriamiento polimérico (p.ej., 5–15% polialquilenglicol) a menudo reduce la deformación en relación con el petróleo. - Diseño de accesorios: Soporte uniforme y restricción mínima durante el enfriamiento reduce la flexión o la torcedura.
- Pasos de temple múltiples: Un primer temperamento de baja temperatura estabiliza la martensita, seguido de un temperamento de temperatura más alta para reducir aún más el estrés residual.
5. Resistencia a la corrosión y desempeño ambiental
Corrosión atmosférica y acuosa
Como acero de baja aleación, 8620 Exhibe resistencia a la corrosión moderada en condiciones atmosféricas. Sin embargo, superficies sin protección puede oxidarse (óxido) En cuestión de horas en ambientes húmedos.
En entornos acuosos o marinos, Las tasas de corrosión se aceleran debido al ataque de cloruro.
Una superficie típica y templada (32 CDH) en 3.5% NaCl a 25 ° C muestra ~ 0.1–0.3 mm/año de corrosión uniforme.
Como consecuencia, recubrimientos protectores (fosfato, pintar, o Zn/Ni electroplacado) a menudo precede al servicio en entornos corrosivos.
Susceptibilidad de agrietamiento por estrés-corrrosión
8620La dureza moderada posterior a la carburación ayuda a resistir agrietamiento de estrés por corrosión (CCS) Mejor que los aceros altos de carbono, Pero se requiere precaución en ambientes ricos en cloruro o cáusticos combinados con estrés por tracción.
Las pruebas indican que secciones delgadas de carburado (< 4 milímetros) son más vulnerables si no están completamente templados. inhibidores controlados por pH y protección catódica mitigan SCC en aplicaciones críticas.
Recubrimientos protectores y tratamientos superficiales
- Revestimientos de conversión de fosfato: Fosfato de hierro (Perseguir) aplicado en 60 ° C para 10 Los minutos producen una capa de 2 a 5 µm, Mejora de la adhesión de la pintura y resistencia a la corrosión inicial.
- Recubrimiento en polvo / Pintura húmeda: Powders epoxi-polyester curados en 180 ° C Proporcionar 50–80 µm de protección de barrera, ideal para entornos al aire libre o ligeramente corrosivos.
- Electrochapado Zinc o níquel: Delgado (< 10 µm) Capas metálicas aplicadas después de ácido Pickling: Zinc proporciona protección de sacrificio, mientras que el níquel mejora el desgaste y la resistencia a la corrosión.
Oxidación y escala de alta temperatura
En servicio continuo arriba 300 °C, 8620 puede formar óxido grueso (escala) capas, conduciendo a la pérdida de peso de hasta 0.05 mm/año en 400 °C.
Las adiciones de molibdeno mejoran la resistencia a la oxidación, pero para uso prolongado de alta temperatura (> 500 °C), Se prefieren las aleaciones de acero inoxidable o a níquel.
6. Soldabilidad y fabricación de 8620 Acero aleado
Precalentar, Interpasar, y recomendaciones de PWHT
- Precalentamiento: 150–200 ° C antes de la soldadura reduce los gradientes térmicos y ralentiza el enfriamiento para evitar la martensita en la zona afectada por el calor (ZAT).
- Temperatura entre pasadas: Mantener 150–200 ° C para soldaduras de múltiples pasos para minimizar la dureza de HAZ.
- Tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT): Un temperamento de alivio de estrés a 550–600 ° C durante 2 a 4 horas asegura la tenacidad y reduce el estrés residual.
Procesos de soldadura comunes
- Soldadura por arco metálico protegido (SMAW): Uso de electrodos de bajo hidrógeno (p.ej., E8018-B2) rendimiento de resistencia a la tracción de 500–550 MPa en metal de soldadura.
- Soldadura por arco metálico con gas (GMAW/MIG): Flujo (ER80S-B2) o cables sólidos (ER70S-6) producir soldaduras de alta calidad con salpicaduras mínimas.
- Soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW/TIG): Ofrece un control preciso, especialmente para secciones delgadas o superposiciones de acero inoxidable.
Selección de metal de soldadura
Los metales de relleno preferidos incluyen 8018 o 8024 serie (SMAW) y ER71T-1/ER80S-B2 (GMAW).
Estos tienen características de enduribilidad y templado coincidentes., Asegurar que Weld y Haz no se vuelvan frágiles después de PWHT.
7. Aplicaciones y casos de uso de la industria
Componentes automotrices
- Engranajes y piñones: Estuche carburado (0.8–1.2 mm de profundidad) con un rendimiento del núcleo del estrés núcleo resistencia al desgaste de la superficie y Absorción de choque central—Ideal para transmisiones.
- Ejes de dirección y diarios: Beneficiarse de la vida y la dureza de alta fatiga, Garantizar la seguridad en los sistemas de dirección.
Equipo de maquinaria y construcción pesada
- Pañales de rastro y bujes: Alta dureza de la superficie (> 60 CDH) Combata el desgaste abrasivo en condiciones duras.
- Pins de cubo y pasadores de bisagra: La tenacidad del núcleo previene la falla catastrófica bajo cargas de alto impacto.
Herramientas de perforación de petróleo y gas
- Collares de perforación y subs: Requiere resistencia a la fatiga de flexión giratoria; 8620La superficie carburizada reduce el desgaste en los entornos de lodo de perforación.
- Acoplamientos y conexiones roscadas: Beneficiarse de recubrimientos resistentes a la corrosión y hilos endurecidos por caja para un servicio de alta presión.
Aspectos, Mástiles para la carretilla elevadora, y pivotes
- Carreras de rodamiento: Carburado 8620 Resiste las picaduras y el espalor en condiciones de alta rpm.
- Bloques de diapositivas de mástil: La alta ductilidad del núcleo absorbe el choque, Mientras que las superficies endurecidas reducen la irritación.
8. Comparaciones con otras aleaciones de carburamiento
Al especificar un acero de grado de carburación, Los ingenieros a menudo evalúan múltiples aleaciones para equilibrar costo, rendimiento mecánico, profundidad de dureza, y tenacidad.
Abajo, Comparamos 8620 El acero de aleación, una de las calificaciones de endurecimiento de casos más utilizadas, con tres alternativas comunes: 9310, 4140, y 4320.
| Criterio | 8620 | 9310 | 4140 | 4320 |
|---|---|---|---|---|
| Contenido de aleación | Moderado por/Cr/Mo | Ni alto (1.65–2.00%), MO más alto | CR/MO, No Ni, más alto C | Similar a 8620, controles S/P más estrictos |
| Profundidad de la caja (a 50 CDH) | ~ 1.5–2.0 mm | ~ 3–4 mm | N / A (endurecimiento a ~ 40 hrc) | ~ 1.5–2.0 mm |
| Dureza del núcleo (q&t) | UTS 850–950 MPA; Charpy 35–50 J | UTS 950–1,050 MPA; Charpy 30–45 J | UTS 1,000–1,100 MPa; Charpy 25–40 J | UTS 900–1,000 MPA; Charpy 40–60 J |
| Dureza superficial (CDH) | 60–62 HRC (carburado) | 62–64 hrc (carburado) | 40–45 hrc (endurecimiento) | 60–62 HRC (carburado) |
maquinabilidad (Normalizado) |
~ 60–65% de 1212 | ~ 50–60% de 1212 | ~ 40–45% de 1212 | ~ 55–60% de 1212 |
| Control de distorsión | Moderado, Polyquench Atrapar recomendado | Bueno con LPC o enfriamiento de gas | Mayor distorsión en grandes secciones | Mejor que 8620 en soldaduras grandes |
| Costo (Base de materia prima) | Precio base | +15–25% sobre 8620 | Similar a 8620 | +5–10% sobre 8620 |
| Casos de uso típicos | Engranajes automotrices, ejes, partes generales | Engranajes aeroespaciales, piñones de turbina eólica | Crankshafts, muere, Piezas de máquina pesadas | Equipo de campo petrolero, grandes partes soldadas |
Seleccionando la aleación correcta
Al elegir entre estas aleaciones de carburación, considerar:
Requisitos de profundidad de la caja:
- Si casos profundos (> 3 milímetros) son esenciales, 9310 o Procesado por LPC 8620 convertirse en candidatos.
- Para profundidad de caso moderada (1.5–2.0 mm), 8620 o 4320 son más económicos.
Fuerza y dureza del núcleo:
- 8620 satisface la mayoría de las necesidades de servicio moderado con UTS ~ 900 MPA en el núcleo.
- 9310 o 4320 Ofrecer una dureza mejorada en grandes secciones o conjuntos soldados.
Endurecimiento vs. Endurecimiento de la caja:
- Cuando un HRC uniforme 40–45 es suficiente, 4140 a menudo es más rentable, eliminar pasos de carburación.
- Si resistencia al desgaste en superficies de trabajo es crítico, 8620/9310/4320 proporcionar dureza de superficie superior.
Costo y disponibilidad:
- En aplicaciones automotrices de alto volumen, acero aleado 8620 domina por su costo al rendimiento balance.
- 9310 está justificado en aeroespacial y defensa donde el rendimiento reemplaza el costo de la materia prima.
Necesidades de soldadura y fabricación:
- 4320's El control de impureza más ajustado lo hace preferible en grandes estructuras soldadas.
- 8620 es más fácil de soldar que 9310, que requiere controles de precalentamiento e interpases más estrictos debido a una mayor enduribilidad.
9. Conclusión
8620 El acero de la aleación continúa clasificando entre el más versátil endurecimiento de casos aceros disponibles.
De su equilibrado de baja carbono, química múltiple a su desempeño probado en carburado, apagado, y templado condición,
8620 cumple con los requisitos exigentes de las industrias modernas: automotriz, aeroespacial, maquinaria pesada, petróleo y gas, y más allá.
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Preguntas frecuentes - 8620 Acero aleado
¿Por qué es 8620 acero adecuado para carburar?
8620 tiene un contenido de carbono relativamente bajo en el núcleo (aproximadamente. 0.2%), que mantiene la ductilidad, Mientras que sus elementos de aleación permiten un endurecimiento profundo de hasta 60-62 HRC.
Esto lo hace ideal para la resistencia al desgaste de la superficie sin sacrificar la fuerza del núcleo.
A qué tratamientos térmicos se aplican típicamente 8620 acero aleado?
Los tratamientos típicos incluyen la carburación, seguido de enfriamiento y revenido. Este proceso endurece la capa superficial mientras mantiene un más suave, más núcleo dúctil.
La normalización y el recocido también se pueden usar antes de la carburación para mejorar la maquinabilidad o el refinamiento de grano.7.
Es 8620 fácil de mecanizar y soldar?
En la condición recocida, 8620 exhibe buena maquinabilidad. Sin embargo, El mecanizado posterior a la carburización debe limitarse para evitar el desgaste de la herramienta.
Se puede soldar en el estado recocido o normalizado, pero requiere precalentamiento y alivio de estrés posterior a.
Qué estándares cubren 8620 acero aleado?
Especificaciones comunes para 8620 incluir:
- ASTM A29 / A29m - Requisitos generales
- SAE J404 - Composición química
- AMS 6274 / AMS 6276 - Grados de calidad aeroespacial
