8620H Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

8620H-Stahl ist ein Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, der hauptsächlich als niedriglegierter Stahl klassifiziert wird. Er ist bekannt für seine ausgezeichnete Härtbarkeit, Festigkeit und Zähigkeit, was ihn für eine Vielzahl von Ingenieuranwendungen geeignet macht. Die Hauptlegierungselemente in 8620H-Stahl sind Chrom (Cr), Molybdän (Mo) und Nickel (Ni), die seine mechanischen Eigenschaften und seine Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb und Ermüdung verbessern.

Umfassender Überblick

8620H-Stahl zeichnet sich durch seine ausgewogene Zusammensetzung aus, die typischerweise etwa 0,18-0,23 % Kohlenstoff, 0,70-0,90 % Mangan, 0,40-0,60 % Chrom, 0,15-0,25 % Molybdän und 1,00-1,50 % Nickel umfasst. Diese Kombination von Elementen trägt zu seiner hohen Zugfestigkeit, guten Duktilität und ausgezeichneten Zähigkeit bei, was ihn zu einer bevorzugten Wahl für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Festigkeit und Haltbarkeit macht.

Vorteile:
- Hohe Festigkeit und Zähigkeit: 8620H weist hervorragende mechanische Eigenschaften auf, was ihn für stark beanspruchte Anwendungen geeignet macht.
- Gute Härtungsfähigkeit: Die Legierungselemente bieten eine gute Härtbarkeit, die effektive Wärmebehandlungsprozesse ermöglicht.
- Vielseitigkeit: Er kann in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich Zahnrädern, Wellen und anderen Komponenten, die hohe Festigkeit erfordern.

Beschränkungen:
- Schweißeignung: Obwohl er geschweißt werden kann, müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um Rissbildung zu vermeiden.
- Kosten: Die Legierungselemente können ihn teurer machen als minderwertige Stähle.
- Korrosionsbeständigkeit: Er ist nicht so korrosionsbeständig wie Edelstahl, was seine Verwendung in bestimmten Umgebungen einschränken kann.

Historisch wurde 8620H in der Automobil- und Luftfahrtindustrie verwendet, wo seine Eigenschaften für Leistung und Sicherheit entscheidend sind. Seine Marktposition ist stark, insbesondere in Sektoren, die leistungsstarke Materialien verlangen.

Alternative Namen, Standards und Entsprechungen

Normenorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region der Herkunft	Hinweise/Bemerkungen
UNS	G86200	USA	Nächste Entsprechung zu AISI 8620
AISI/SAE	8620	USA	Allgemeine verwendete Bezeichnung
ASTM	A29/A29M	USA	Allgemeine Spezifikation für legierte Stähle
EN	1.6523	Europa	Geringfügige Unterschiede in der Zusammensetzung
DIN	20CrMo	Deutschland	Ähnliche Eigenschaften, aber unterschiedliche Legierungselemente
JIS	SCM420	Japan	Vergleichbar, aber mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften

Die Unterschiede zwischen diesen äquivalenten Graden können die Leistung beeinflussen, insbesondere in Bezug auf Härtbarkeit und Zähigkeit. Während AISI 8620 und UNS G86200 ähnlich sind, könnte letzteres strengere Zusammensetzungsgrenzen haben, die seine mechanischen Eigenschaften beeinflussen können.

Wichtige Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0,18 - 0,23
Mn (Mangan)	0,70 - 0,90
Cr (Chrom)	0,40 - 0,60
Mo (Molybdän)	0,15 - 0,25
Ni (Nickel)	1,00 - 1,50
Si (Silizium)	0,15 - 0,40
P (Phosphor)	≤ 0,035
S (Schwefel)	≤ 0,040

Die Hauptrolle der wichtigen Legierungselemente in 8620H-Stahl umfasst:
- Chrom: Erhöht die Härtbarkeit und Korrosionsbeständigkeit.
- Molybdän: Verbessert die Festigkeit bei erhöhten Temperaturen und erhöht die Zähigkeit.
- Nickel: Steigert die Zähigkeit und verbessert die Fähigkeit des Stahls, Stößen standzuhalten.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Typischer Wert/Bereich (Metrisch - SI-Einheiten)	Typischer Wert/Bereich (Imperiale Einheiten)	Referenzstandard für die Prüfmethode
Zugfestigkeit	Abgeschreckt & Vergütet	850 - 1000 MPa	123 - 145 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2 % Offset)	Abgeschreckt & Vergütet	650 - 850 MPa	94 - 123 ksi	ASTM E8
Elongation	Abgeschreckt & Vergütet	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
Flächenreduktion	Abgeschreckt & Vergütet	50 - 60%	50 - 60%	ASTM E8
Härte (Rockwell C)	Abgeschreckt & Vergütet	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
Zähigkeitsfestigkeit (Charpy)	Raumtemperatur	40 - 60 J	30 - 44 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination dieser mechanischen Eigenschaften macht 8620H-Stahl besonders geeignet für Anwendungen mit dynamischer Beanspruchung und struktureller Integrität, wie z.B. in der Herstellung von Zahnrädern und Wellen. Seine hohe Zug- und Streckgrenze sowie gute Duktilität ermöglichen eine gute Leistung unter Stress.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (Metrisch - SI-Einheiten)	Wert (Imperiale Einheiten)
Dichte	Raumtemperatur	7,85 g/cm³	0,284 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Wärmeleitfähigkeit	Raumtemperatur	45 W/m·K	31 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Spezifische Wärmekapazität	Raumtemperatur	0,46 kJ/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Elektrischer Widerstand	Raumtemperatur	0,00065 Ω·m	0,00038 Ω·in
Wärmeausdehnungskoeffizient	Raumtemperatur	11,5 x 10⁻⁶ /K	6,4 x 10⁻⁶ /°F

Die praktische Bedeutung der physikalischen Eigenschaften von 8620H umfasst:
- Dichte: Gibt Aufschluss über Gewichtserwägungen für strukturelle Anwendungen.
- Wärmeleitfähigkeit: Wichtige Aspekte für Anwendungen, bei denen die Wärmeableitung kritisch ist.
- Schmelzpunkt: Wird verwendet, um die Eignung für Hochtemperaturanwendungen zu beurteilen.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Medium	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandsklasse	Hinweise
Chloride	Variiert	Umgebung	Befriedigend	Risikoproblems bei Lochfraß
Schwefelsäure	10%	25 °C / 77 °F	Schlecht	Nicht empfohlen
Natriumhydroxid	5%	25 °C / 77 °F	Befriedigend	Empfindlich gegenüber SCC
Atmosphärisch	-	Umgebung	Gut	Mittlere Beständigkeit

8620H-Stahl weist eine moderate Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere unter atmosphärischen Bedingungen. Allerdings ist er in chloridehaltigen Umgebungen anfällig für Lochfraß und sollte nicht in sauren oder stark alkalischen Bedingungen verwendet werden. Im Vergleich zu Edelstählen wie 304 oder 316, die hervorragende Korrosionsbeständigkeit bieten, ist 8620H weniger geeignet für Anwendungen in harten Umgebungen.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenzwert	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale Dauerbetriebstemperatur	400 °C	752 °F	Eignet sich für längere Belastungen
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	500 °C	932 °F	Kurzfristige Belastung
Skalierungstemperatur	600 °C	1112 °F	Oxidationsrisiko über dieser Temperatur
Berücksichtigung der Kriechfestigkeit beginnt	300 °C	572 °F	Wichtig für Hochtemperaturanwendungen

Bei erhöhten Temperaturen behält 8620H-Stahl seine Festigkeit und Zähigkeit, aber Oxidation kann ein Problem werden. Er ist für Anwendungen geeignet, bei denen die Temperaturen die maximalen Betriebsgrenzen nicht überschreiten, was ihn ideal für Komponenten in Motoren und Maschinen macht.

Bearbeitungswerte

Schweißeignung

Schweißverfahren	Empfohlener Zusatzwerkstoff (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Hinweise
MIG	ER70S-6	Argon + CO2	Vorwärmung empfohlen
TIG	ER80S-Ni	Argon	Nachschweißbehandlung
Elektrode	E7018	-	Benötigt Vorwärmung

8620H-Stahl kann mit verschiedenen Methoden geschweißt werden, aber Vorwärmung ist oft notwendig, um das Risiko der Rissbildung zu minimieren. Eine Nachschweißbehandlung wird ebenfalls empfohlen, um Spannungen abzubauen und die Zähigkeit zu verbessern.

Zerspanbarkeit

Zerspanungsparameter	[8620H-Stahl]	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Zerspanungsindex	60%	100%	Moderate Zerspanbarkeit
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30-50 m/min	80-100 m/min	Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge für beste Ergebnisse

Die Zerspanbarkeit von 8620H ist moderat; sie erfordert eine sorgfältige Auswahl der Werkzeuge und Schnittgeschwindigkeiten. Hartmetallwerkzeuge werden für optimale Leistung empfohlen.

Formbarkeit

8620H-Stahl weist eine gute Formbarkeit auf, die sowohl kalte als auch heiße Umformprozesse ermöglicht. Es ist jedoch wichtig, die Auswirkungen der Verfestigung beim Kaltumformen zu berücksichtigen, die die Festigkeit des Materials erhöhen, aber auch zu Rissen führen können, wenn sie nicht richtig gemanagt werden.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Primäres Ziel / Erwünschtes Ergebnis
Glühen	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1 - 2 Stunden	Luft oder Ofen	Weichmachen, verbesserte Duktilität
Abschrecken	800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F	30 Minuten	Öl oder Wasser	Härten, erhöhte Festigkeit
Vergüten	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 Stunde	Luft	Verbesserung der Zähigkeit

Während der Wärmebehandlung durchläuft 8620H signifikante metallurgische Transformationen. Das Abschrecken erhöht die Härte, während das Vergüten die Sprödigkeit verringert und zu einer ausgewogenen Kombination aus Stärke und Zähigkeit führt.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Konkretes Anwendungsbeispiel	Wichtigste Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl (Kurzfassung)
Automobil	Zahnräder	Hohe Festigkeit, Zähigkeit	Kritisch für die Leistung
Luftfahrt	Schellen	Gute Härtbarkeit, Ermüdungsbeständigkeit	Sicherheit und Zuverlässigkeit
Maschinenbau	Kurbelwellen	Exzellente Zähigkeit, Abriebfestigkeit	Haltbarkeit unter Stress

Weitere Anwendungen umfassen:
- Komponenten der Öl- und Gasindustrie
- Teile von schweren Maschinen
- Strukturkomponenten im Bauwesen

8620H-Stahl wird für diese Anwendungen aufgrund seiner Fähigkeit gewählt, hohen Stress und Ermüdung standzuhalten, was ihn ideal für kritische Komponenten macht.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Eigenschaft/Eigenschaft	8620H Stahl	AISI 4140	AISI 4340	Kurzfassung Pro/Contra oder Trade-off Hinweis
Wichtigste mechanische Eigenschaft	Hohe Festigkeit	Moderate Festigkeit	Hohe Festigkeit	8620H bietet gute Zähigkeit im Vergleich zu 4140's höherer Härte
Wichtiger Korrosionsaspekt	Befriedigend	Schlecht	Befriedigend	8620H besser für moderate Umgebungen
Schweißeignung	Moderat	Gut	Befriedigend	8620H benötigt Vorwärmung
Zerspanbarkeit	Moderat	Gut	Befriedigend	8620H ist weniger zerspanbar als 4140
Formbarkeit	Gut	Befriedigend	Schlecht	8620H ist leichter zu formen
Ungefährer relativer Preis	Moderat	Moderat	Höher	8620H ist kosteneffektiv für seine Eigenschaften
Typische Verfügbarkeit	Gut	Gut	Moderat	8620H ist weit verbreitet verfügbar

Bei der Auswahl von 8620H-Stahl sind Überlegungen wie Kosteneffektivität, Verfügbarkeit und Eignung für spezifische Anwendungen wichtig. Seine moderate Korrosionsbeständigkeit und Schweißeignung machen ihn zu einer vielseitigen Wahl, während seine mechanischen Eigenschaften Zuverlässigkeit in anspruchsvollen Umgebungen gewährleisten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass 8620H-Stahl ein robustes Material ist, das Festigkeit, Zähigkeit und Vielseitigkeit ausbalanciert, was ihn zu einer bevorzugten Wahl in verschiedenen Ingenieuranwendungen macht. Seine einzigartigen Eigenschaften und Leistungsmerkmale sollten sorgfältig im Hinblick auf die Anforderungen des Projekts bewertet werden, um die optimale Materialauswahl sicherzustellen.