1. Introdução
Ao longo do século passado, 8620 liga de aço ganhou uma reputação de cavalo de trabalho em indústrias que exigem endurecido em maiúsculas, componentes de alta tensão- Das engrenagens automotivas a eixos de máquinas pesadas.
Desenvolvido pela primeira vez em meados do século XX, 8620 cai sob o SAE J403 Sistema de nomenclatura (frequentemente paralelo a ASTM A681 ou Classificações AISI) como um baixa liga, Grade de carburismo aço.
Sua química equilibrada - teor de carbono moderado aumentado por níquel, cromo,
e molibdênio - enableamentos carburismo profundo e subsequentes ciclos de extinção/temperamento que produzem um Caso externo difícil no topo de um dúctil, núcleo difícil.
Consequentemente, AISI 8620 O aço aparece em aplicações que exigem resistência ao desgaste na superfície sem sacrificar Resiliência de impacto internamente.
Este artigo explora 8620 de vários pontos de vista - metalúrgicos, mecânico, processamento, e econômico - para fornecer um completo, profissional, e recurso credível.
2. Composição Química de 8620 Liga de aço
| Elemento | Faixa típica (wt %) | Papel / Efeito |
|---|---|---|
| Carbono (C) | 0.18 – 0.23 | - Fornece hardenabilidade após o carburismo - forma o caso martensítico durante a extinção - Carbono de baixo núcleo garante um difícil, núcleo dúctil |
| Manganês (Mn) | 0.60 – 0.90 | - atua como um desoxidador durante o derretimento - promove a formação de austenita, melhorando a hardenabilidade - Aumenta a resistência e resistência à tração |
| Silício (E) | 0.15 – 0.35 | - serve como um modificador de desoxidador e enxofre - Aumenta a força e a dureza - Melhora a resposta de temperamento |
| Níquel (Em) | 0.40 – 0.70 | - Aumenta a resistência do núcleo e a resistência ao impacto - aprofunda a hardenabilidade para martensita de núcleo uniforme - Melhora a resistência à corrosão ligeiramente |
Cromo (Cr) |
0.40 – 0.60 | - promove a hardenabilidade e resistência ao desgaste no caso - forma carbonetos de liga que aumentam a dureza da superfície - contribui para a estabilidade de temperamento |
| Molibdênio (Mo) | 0.15 – 0.25 | - aumenta a hardenabilidade e a profundidade da dureza -Melhora a força de alta temperatura e a resistência à fluência - refina o tamanho do grão |
| Cobre (Cu) | ≤ 0.25 | - atua como uma impureza - melhora um pouco a resistência à corrosão - Efeito mínimo na hardenabilidade ou em propriedades mecânicas |
| Fósforo (P) | ≤ 0.030 | - a impureza que aumenta a força, mas reduz a resistência - mantido baixo para evitar a fragilidade no núcleo |
| Enxofre (S) | ≤ 0.040 | - Impureza que melhora a usinabilidade, formando sulfetos de manganês - O excessivo s pode causar falta quente; controlado para manter a ductilidade |
| Ferro (Fé) | Equilíbrio | - Elemento da matriz base - carrega todas as adições de liga e determina a densidade e o módulo geral |
3. Propriedades físicas e mecânicas de 8620 Liga de aço
Abaixo está uma tabela resumindo as principais propriedades físicas e mecânicas de 8620 Aço de liga em seu normalizado (essencial) e endurecido em caso (carburado + apagado + temperado) condições:
| Propriedade | Normalizado (Essencial) | Caso carburado | Notas |
|---|---|---|---|
| Densidade (r) | 7.85 g/cm³ | 7.85 g/cm³ | Mesma densidade básica em todas as condições |
| Condutividade Térmica (20 °C) | 37–43 w/m · k | 37–43 w/m · k | Típico para aços de baixa liga |
| Calor específico (cₚ) | 460 J/kg·K | 460 J/kg·K | Os valores mudam de maneira insignificante após o tratamento térmico |
| Módulo Elástico (E) | 205–210 GPA | 205–210 GPA | Permanece essencialmente constante |
| Coeficiente de Expansão Térmica (20–100 ° C.) | 12.0–12,5 × 10⁻⁶ /° C | 12.0–12,5 × 10⁻⁶ /° C | Não afetado por tratamentos de superfície |
Resistência à tracção (UTS) |
550–650 MPA | 850–950 MPA | Essencial (normalizado) contra. caso (superfície) depois de carburar + Querece + temperamento |
| Força de rendimento (0.2% desvio) | 350–450 MPA | 580–670 MPa | Rendimento do núcleo em condição normalizada; rendimento do caso após q&T |
| Alongamento (em 50 mm Gage) | 15–18% | 12–15% | Núcleo mantém maior ductilidade; Case ligeiramente menor, mas ainda dúctil, em torno da camada endurecida |
| Dureza (HB) | 190–230 HB | - | Dureza normalizada antes de carburar |
| Dureza da superfície da caixa (CDH) | - | 60–62 HRC | Medido na superfície imediata após q&T |
| Dureza central (CDH) | - | 32–36 HRC | Medido ~ 5-10 mm abaixo da superfície após q&T |
Profundidade efetiva do caso |
- | 1.5–2,0 mm (50 CDH) | Profundidade em que a dureza cai para ~ 50 CDH |
| Impacto Charpy V-Notch (20 °C) | 40–60 j | Essencial: ≥ 35 J.; Caso: 10–15 J. | A resistência do núcleo permanece alta; O caso é mais difícil e menos difícil |
| Limite de fadiga de flexão rotativa (R = –1) | ~ 450–500 MPa | ~ 900–1.000 MPa | A superfície endurecida por casos melhora muito a resistência à fadiga |
| Resistência à Compressão | 600–700 MPa | 900–1.100 MPa | Compressão da caixa ~ 3 × traseira do núcleo; compressão do núcleo ~ 3 × traseira do núcleo |
| Resistência ao desgaste | Moderado | Excelente | A dureza da superfície de ~ 60 HRC fornece alta resistência ao desgaste |
Notas:
- Todos os valores são aproximados e dependem dos parâmetros de processamento exatos (por exemplo, temperatura de temering, Meio de extinção).
- Propriedades normalizadas representam os não-carburalizados, Estado recozido. Os valores de caso carburados refletem a carburalização de gás típica (0.8–1.0 % C CASO), Óleo/Querer + temperamento (180 °C) ciclos.
- Os valores de fadiga e impacto assumem amostras de teste padrão; Os componentes do mundo real podem variar devido a tensões residuais e geometria.
4. Tratamento térmico e endurecimento da superfície de 8620 Liga de aço
Ciclos de tratamento térmico comum
Austenitizando
- Faixa de temperatura: 825–870 ° C., Dependendo do tamanho da seção (mais alto para seções mais grossas para garantir a austenitização completa).
- Tempo de espera: 30–60 minutos, Garantir a formação uniforme de grão austenita.
- Considerações: Uma temperatura muito alta ou excesso de retenção pode causar grãos grossos, reduzindo a resistência.
Têmpera
- Médio: Óleo de viscosidade média (por exemplo, ISO 32–68) ou apuros baseados em polímeros para reduzir a distorção, especialmente em geometrias complexas.
- Tardenha de alvo Diridão do núcleo: ~ 32–36 HRC após a temperatura.
Temperamento
- Faixa de temperatura: 160–200 ° C para peças carburadas (Para preservar um caso difícil), ou 550–600 ° C para requisitos de requisitos retais.
- Tempo de espera: 2–4 horas, seguido de resfriamento a ar.
- Resultado: Equilibra dureza com resistência - temperamento mais alegre (550 °C) produz um núcleo mais dúctil, mas mais macio.
Procedimentos de carburismo
Pacote de carburismo
- Procedimento: Casa de peças em pacotes à base de carvão a 900–930 ° C por 6 a 24 horas (Dependendo da profundidade do caso desejada), então apaga.
- Prós/contras: Equipamento de baixo custo, mas uniformidade de casos variáveis e maior distorção.
Carburismo a gás
- Procedimento: Fornos de atmosfera controlados introduzem gases de porte de carbono (metano, propano) a 920–960 ° C.; profundidade do caso frequentemente 0,8-1,2 mm em 4-8 horas.
- Vantagens: Potencial preciso do carbono, distorção mínima, Profundidades de caso repetíveis.
CARBURAÇÃO DE ASPUUUM (Carburismo de baixa pressão, LPC)
- Processo: Carburismo sob baixa pressão, Gases de processo de alta pureza em 920-940 ° C, seguido de extinção de gás de alta pressão rápida.
- Benefícios: Excelente uniformidade do caso (± 0,1 mm), oxidação reduzida ("Camada branca" minimizada), e controle de distorção apertado, a custos mais altos do equipamento.
Mudanças microestruturais durante o carburismo, Têmpera, e temperamento
- Carburização: Apresenta um gradiente de carbono (superfície ~ 0,85-1,0% C até o núcleo ~ 0,20% C), formando uma camada de caixa austenítica.
- Têmpera: Transforma o caso carburado para martensita (60–62 HRC), enquanto o núcleo se converte para um martensita martensita mista ou bainita (Dependendo da gravidade da Quench).
- Temperamento: Reduz tensões residuais, Os convertidos mantiveram a austenita, e permite precipitação de carboneto (Fe₃c, Carbonetos ricos em Cr) para melhorar a resistência.
O ciclo ideal de temperamento (180–200 ° C para 2 horas) produz um caso com distribuição fina de carboneto e um núcleo dúctil.
Vantagens do endurecimento de casos versus endurecimento
- Dureza da superfície (60–62 HRC) resiste ao desgaste e pitting.
- Resistência central (32–36 HRC) absorve o impacto e evita a falha quebradiça catastrófica.
- Gerenciamento de estresse residual: A temperamento adequado reduz as tensões induzidas portim, levando a uma distorção parcial mínima e alta vida de fadiga.
Controle de distorção e gerenciamento de estresse residual
- Seleção do meio de extinção: Óleo vs.. Polímero vs.. Tanches de gás - Cada produz diferentes curvas de resfriamento.
Polimérico queixos (por exemplo, 5–15% polyalquileno glicol) geralmente reduzem a deformação em relação ao petróleo. - Projeto de luminária: Suporte uniforme e restrição mínima durante a extinção reduzem a flexão ou torção.
- Múltiplas etapas de temperamento: Um primeiro temperamento de baixa temperatura estabiliza a martensita, seguido de um temperamento de alta temperatura para reduzir ainda mais o estresse residual.
5. Resistência à corrosão e desempenho ambiental
Corrosão atmosférica e aquosa
Como um Aço de baixa liga, 8620 exibe resistência moderada à corrosão em condições atmosféricas. No entanto, superfícies desprotegidas pode oxidar (ferrugem) Em poucas horas em ambientes úmidos.
Em ambientes aquosos ou marinhos, As taxas de corrosão aceleram devido ao ataque de cloreto.
Uma superfície típica e temperada e temperada (32 CDH) em 3.5% NaCl em 25 ° C mostra ~ 0,1-0,3 mm/ano de corrosão uniforme.
Consequentemente, Revestimentos de proteção (fosfato, pintar, ou Zn/Ni eletroplinado) frequentemente precede o serviço em ambientes corrosivos.
Suscetibilidade ao estresse por corrosão
8620A tenacidade moderada do pós-carburização ajuda a resistir rachadura de corrosão por estresse (CCS) melhor do que aços de alto carbono, Mas é necessário cautela em ambientes ricos em cloreto ou cáusticos combinados com estresse de tração.
O teste indica isso Seções carburadas finas (< 4 milímetros) são mais vulneráveis se não totalmente temperados. Inibidores controlados por pH e proteção catódica atenuam o SCC em aplicações críticas.
Revestimentos de proteção e tratamentos de superfície
- Revestimentos de conversão de fosfato: Fosfato de ferro (Bepo) aplicado em 60 ° C para 10 Os minutos produzem uma camada de 2 a 5 µm, Melhorando a adesão da tinta e a resistência à corrosão inicial.
- Revestimento em Pó / Pintura molhada: Pós de epóxi-poliestor curado em 180 ° c fornece 50 a 80 µm de proteção de barreira, ideal para ambientes externos ou levemente corrosivos.
- Eletroplado Zinco ou níquel: Afinar (< 10 µm) Camadas de metal aplicadas após a decapagem ácida - a zinco fornece proteção sacrificial, enquanto o níquel aumenta a resistência ao desgaste e corrosão.
Oxidação e escala de alta temperatura
Em serviço contínuo acima 300 °C, 8620 pode formar óxido espesso (escala) camadas, levando à perda de peso de até 0.05 mm/ano em 400 °C.
Adições de molibdênio melhoram um pouco a resistência a oxidação, mas para uso prolongado de alta temperatura (> 500 °C), As ligas inoxidáveis ou à base de níquel são preferidas.
6. Soldabilidade e fabricação de 8620 Liga de aço
Pré -aquecer, Interagir, e recomendações PWHT
- Pré-aquecimento: 150–200 ° C antes da soldagem reduz os gradientes térmicos e diminui o resfriamento para impedir a martensita na zona afetada pelo calor (HAZ).
- Temperatura entre passagens: Mantenha 150–200 ° C para soldas de várias passagens para minimizar a dureza Haz.
- Tratamento térmico pós-soldagem (Pwht): Um temperamento de alívio do estresse a 550 a 600 ° C por 2 a 4 horas garante a resistência ao perigo e reduz as tensões residuais.
Processos Comuns de Soldagem
- Soldagem a arco de metal blindado (SMAW): Usando eletrodos de baixo hidrogênio (por exemplo, E8018-B2) Gosta os pontos fortes de tração de 500 a 550 MPa em metal de solda.
- Soldagem a arco de metal a gás (Gmaw/mig): Fluxo-coreado (ER80S-B2) ou fios sólidos (ER70S-6) produzir soldas de alta qualidade com respingo mínimo.
- Soldagem a arco de gás tungstênio (GTAW/TIG): Oferece controle preciso, especialmente para seções finas ou sobreposições de aço inoxidável.
Seleção de metal de solda
Os metais preferidos de enchimento incluem 8018 ou 8024 série (SMAW) e ER71T-1/ER80S-B2 (GMAW).
Estes têm características de hardenabilidade e temperamento correspondentes, Garantir a solda e o HAZ não ficarem quebradiços após o PWHT.
7. Aplicativos e casos de uso do setor
Componentes Automotivos
- Engrenagens e pinhões: Caso carburado (0.8–1,2 mm de profundidade) com o rendimento do núcleo de estresse Resistência ao desgaste da superfície e absorção de choque central- Ideal para transmissões.
- Eixos de direção e diários: Beneficiar -se da vida e resistência à fadiga alta, garantir a segurança nos sistemas de direção.
Máquinas pesadas e equipamentos de construção
- Rolos de pista e buchas: Alta dureza da superfície (> 60 CDH) combate o desgaste abrasivo em condições adversas.
- Pinos de balde e alfinetes: A resistência do núcleo impede a falha catastrófica sob cargas de alto impacto.
Ferramentas de perfuração de petróleo e gás
- Colares e submarinos de perfuração: Requer resistência à fadiga de flexão rotativa; 8620A superfície carburada reduz o desgaste em ambientes de lama de perfuração.
- Acoplamentos e conexões rosqueadas: Beneficie-se de revestimentos resistentes à corrosão e fios endurecidos por caixa para serviço de alta pressão.
Rolamentos, Mastros da empilhadeira, e pivôs
- Raças de rolamento: Carburado 8620 resiste a picar e espalhar-se sob condições de alta RPM.
- Blocos de slide mastro: A ductilidade de alto núcleo absorve choque, Enquanto as superfícies endurecidas reduzem os manchas.
8. Comparações com outras ligas de carburismo
Ao especificar um aço de grau de carburação, Os engenheiros costumam avaliar várias ligas para equilibrar custo, desempenho mecânico, profundidade de dureza, e resistência.
Abaixo, Nós comparamos 8620 Aço de liga-um dos graus de endurecimento de casos mais amplamente utilizados-com três alternativas comuns: 9310, 4140, e 4320.
| Critério | 8620 | 9310 | 4140 | 4320 |
|---|---|---|---|---|
| Conteúdo de liga | Moderado por/cr/mo | Ni alto (1.65–2,00%), MO mais alto | Cr/mo, Sem ni, maior c | Semelhante a 8620, Controles S/P mais rígidos |
| Profundidade do caso (para 50 CDH) | ~ 1,5–2,0 mm | ~ 3–4 mm | N / D (Hardening to ~ 40 HRC) | ~ 1,5–2,0 mm |
| Resistência central (P&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 da superfície (CDH) | 60–62 HRC (carburado) | 62–64 HRC (carburado) | 40–45 HRC (percorrer) | 60–62 HRC (carburado) |
Usinabilidade (Normalizado) |
~ 60-65% de 1212 | ~ 50-60% de 1212 | ~ 40-45% de 1212 | ~ 55-60% de 1212 |
| Controle de distorção | Moderado, Polyonch Bench Recomendado | Bom com LPC ou extinção a gás | Distorção mais alta em seções grandes | Melhor que 8620 em grandes soldados |
| Custo (Base de matéria -prima) | Preço base | +15–25% acima 8620 | Semelhante a 8620 | +5–10% acima 8620 |
| Casos de uso típicos | Engrenagens automotivas, eixos, partes gerais | Engrenagens aeroespaciais, pinhões de turbina eólica | Eixos de manivela, morre, peças de máquina pesada | Equipamento de campo petrolífero, grandes peças soldadas |
Selecionando a liga direita
Ao escolher entre essas ligas de carburismo, considerar:
Requisitos de profundidade do caso:
- Se casos profundos (> 3 milímetros) são essenciais, 9310 ou Processado LPC 8620 tornar -se candidatos.
- Para profundidade de caso moderada (1.5–2,0 mm), 8620 ou 4320 são mais econômicos.
Força e resistência do núcleo:
- 8620 atende às necessidades mais moderadas com UTS ~ 900 MPA no núcleo.
- 9310 ou 4320 Ofereça resistência aprimorada em seções grandes ou conjuntos soldados.
Através do endurecimento vs.. Endurecimento de casos:
- Quando a Uniforme HRC 40-45 é suficiente, 4140 geralmente é mais econômico, eliminando as etapas de carburismo.
- Se resistência ao desgaste nas superfícies de trabalho é fundamental, 8620/9310/4320 Forneça dureza superior da superfície.
Custo e Disponibilidade:
- Em aplicações automotivas de alto volume, liga de aço 8620 domina por causa de seu custo a desempenho equilíbrio.
- 9310 é justificado em aeroespacial e defesa Onde o desempenho substitui o custo da matéria -prima.
Necessidades de soldabilidade e fabricação:
- 4320S. Controle de impureza mais rígido o torna preferível em grandes estruturas soldadas.
- 8620 é mais fácil de soldar do que 9310, que requer mais rigorosos controles de pré -aquecimento e interpasto devido à maior hardenabilidade.
9. Conclusão
8620 A liga de aço continua a se classificar entre os mais versátil endurecimento de casos Aça disponível.
De seu equilíbrio baixo carbono, Química multi-ligada ao seu desempenho comprovado em carburado, apagado, e temperado doença,
8620 atende aos requisitos exatos das indústrias modernas - automotivas, aeroespacial, maquinaria pesada, petróleo e gás, e além.
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Perguntas frequentes - 8620 Liga de aço
Por que é 8620 Aço adequado para carburismo?
8620 tem um teor de carbono relativamente baixo no núcleo (aprox. 0.2%), que mantém a ductilidade, Enquanto seus elementos de liga permitem o endurecimento de casos profundos até 60-62 HRC.
Isso o torna ideal para resistência ao desgaste da superfície sem sacrificar a força do núcleo.
Que tratamentos térmicos são normalmente aplicados a 8620 liga de aço?
Os tratamentos típicos incluem carburismo, seguido de têmpera e revenido. Este processo endurece a camada de superfície, mantendo um, núcleo mais dúctil.
Normalizar e recozimento também podem ser usados antes da carburização para melhorar a usinabilidade ou o refinamento de grãos.7.
É 8620 fácil de máquina e solda?
Na condição recozida, 8620 Exibe boa máquinabilidade. No entanto, A usinagem pós-carburização deve ser limitada para evitar o desgaste da ferramenta.
Pode ser soldado no estado recozido ou normalizado, mas requer presa e alívio do estresse pós-soldado para evitar rachaduras.
Quais padrões cobrem 8620 liga de aço?
Especificações comuns para 8620 incluir:
- ASTM A29 / A29M - Requisitos gerais
- SAE J404 - Composição química
- AMS 6274 / AMS 6276 - Notas de qualidade aeroespacial
