8640鋼:特性と主要な用途
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8640鋼は、中炭素合金鋼で、主に低合金鋼として分類されます。優れた靭性、強度、耐摩耗性で知られ、多様な厳しい用途に適しています。8640鋼の主な合金元素には、ニッケル、クロム、モリブデンが含まれ、機械的特性や総合的な性能を向上させます。
包括的概要
8640鋼は、通常約0.40%の炭素、0.70%のマンガン、0.50%のクロム、0.25%のモリブデン、および1.50%のニッケルを含むバランスの取れた組成が特徴です。この元素の組み合わせは、高い引張強度と良好な延性に寄与し、重大なストレスや変形に対して故障なく耐えることを可能にします。ニッケルとクロムの存在は鋼の硬化性を向上させ、モリブデンは耐摩耗性と耐疲労性を高めます。
8640鋼の利点:
- 高い強度と靭性:8640鋼は優れた機械的特性を示し、高い強度と衝撃抵抗を必要とする用途に理想的です。
- 良好な硬化能力:合金元素により、効果的な熱処理が可能になり、硬度や耐摩耗性が向上します。
- 多用途性:自動車、航空宇宙、重機など、さまざまな用途に使用できます。
8640鋼の制限:
- 溶接性の問題:合金元素のため、適切な予熱及び溶接後の熱処理なしでは溶接が難しい場合があります。
- コスト:合金元素により、8640鋼は低品質鋼と比較して高価になることがあります。
歴史的に、8640鋼はギア、シャフト、その他の高強度と耐久性を必要とする部品に使用されてきました。その市場ポジションは強力で、特に過酷な条件下での信頼性の高い性能が要求される産業において重要です。
代替名、基準、および同等品
| 標準機関 | 指定/グレード | 原産国/地域 | 備考 |
|---|---|---|---|
| UNS | G86400 | アメリカ | AISI 8640に最も近い同等品 |
| AISI/SAE | 8640 | アメリカ | 一般的に使用される指定 |
| ASTM | A829 | アメリカ | 合金鋼の標準仕様 |
| EN | 1.6511 | ヨーロッパ | ヨーロッパ基準における同等グレード |
| JIS | SNCM439 | 日本 | 類似の特性だが、成分に若干の違いがある |
上記の表は、さまざまな基準における8640鋼のさまざまな指定を示しています。特に、SNCM439はしばしば同等品と見なされますが、硬化性や靭性の観点で特定の用途における性能に影響を与える成分のわずかな変動があるかもしれません。
主な特性
化学組成
| 元素(記号と名称) | 割合範囲 (%) |
|---|---|
| C(炭素) | 0.38 - 0.43 |
| Mn(マンガン) | 0.60 - 0.90 |
| Cr(クロム) | 0.40 - 0.60 |
| Mo(モリブデン) | 0.15 - 0.25 |
| Ni(ニッケル) | 1.30 - 1.70 |
8640鋼の主要な合金元素は重要な役割を果たします:
- ニッケル(Ni):特に低温で靭性と衝撃強度を向上させます。
- クロム(Cr):硬化性および耐摩耗性、耐腐食性を向上させます。
- モリブデン(Mo):高温での強度を増加させ、軟化に対する抵抗を強化します。
機械的特性
| 特性 | 条件/温度 | 試験温度 | 典型的値/範囲(メートル法) | 典型的値/範囲(インペリアル) | 試験方法の参照標準 |
|---|---|---|---|---|---|
| 引張強度 | 焼入れおよび焼戻し | 室温 | 850 - 1000 MPa | 123 - 145 ksi | ASTM E8 |
| 降伏強度(0.2%オフセット) | 焼入れおよび焼戻し | 室温 | 650 - 850 MPa | 94 - 123 ksi | ASTM E8 |
| 延び | 焼入れおよび焼戻し | 室温 | 15 - 20% | 15 - 20% | ASTM E8 |
| 硬度(ロックウェルC) | 焼入れおよび焼戻し | 室温 | 28 - 34 HRC | 28 - 34 HRC | ASTM E18 |
| 衝撃強度 | 焼入れおよび焼戻し | -20°C (-4°F) | 30 - 50 J | 22 - 37 ft-lbf | ASTM E23 |
8640鋼の機械的特性は、自動車や航空宇宙部品など、高強度と靭性を必要とする用途に適しています。ストレス下で強度を保持し、変形に抵抗する能力は、過酷な環境での構造の整合性にとって重要です。
物理的特性
| 特性 | 条件/温度 | 値(メートル法) | 値(インペリアル) |
|---|---|---|---|
| 密度 | - | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
| 融点 | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| 熱伝導率 | 20°C | 45 W/m·K | 31 BTU·in/h·ft²·°F |
| 比熱容量 | 20°C | 0.49 kJ/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
8640鋼の密度と融点はその堅牢性を示しており、熱伝導率と比熱容量は熱管理を伴う用途にとって重要です。
腐食抵抗性
| 腐食性物質 | 濃度 (%) | 温度 (°C/°F) | 抵抗評価 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 塩水 | 3.5% | 25°C (77°F) | 普通 | ピッティングのリスクあり |
| 硫酸 | 10% | 20°C (68°F) | 悪い | 推奨されません |
| 塩化物 | 1% | 30°C (86°F) | 普通 | 応力腐食割れに敏感 |
8640鋼は、中程度の腐食抵抗性を示し、特に塩性環境ではピッティングが発生することがあります。酸性環境での使用は推奨されず、重大な劣化を引き起こす可能性があります。4140や4340などのグレードと比較すると、これらはクロム含有量が高いため腐食抵抗性が優れているため、8640は腐食性環境での保護コーティングや処理が必要な場合があります。
熱抵抗性
| 特性/限界 | 温度 (°C) | 温度 (°F) | 備考 |
|---|---|---|---|
| 連続使用最大温度 | 400°C | 752°F | 中程度の熱に適している |
| 断続使用最大温度 | 500°C | 932°F | 短期間の曝露のみ |
| スケーリング温度 | 600°C | 1112°F | この温度を超えると酸化のリスクあり |
高温で、8640鋼は強度を維持しますが、適切に保護されていない場合は酸化が始まることがあります。高温用途における性能は適切ですが、極限条件への長期的な曝露を避けるように注意が必要です。
加工特性
溶接性
| 溶接プロセス | 推奨するフィラーメタル(AWS分類) | 典型的なシールドガス/フラックス | 備考 |
|---|---|---|---|
| MIG | ER80S-Ni1 | アルゴン + CO2 | 予熱を推奨 |
| TIG | ER80S-Ni1 | アルゴン | 溶接後の熱処理を推奨 |
8640鋼の溶接には、ひび割れを避け、溶接の整合性を確保するために事前に予熱し、溶接後の熱処理を慎重に考慮する必要があります。推奨されるフィラーメタルは、溶接の特性を強化し、母材との互換性を保ちます。
切削性
| 加工パラメータ | 8640鋼 | AISI 1212 | 備考/ヒント |
|---|---|---|---|
| 相対切削性インデックス | 60 | 100 | 中程度の切削性 |
| 典型的な切削速度(旋削) | 30 m/min | 50 m/min | 最良の結果を得るためにカーバイト工具を使用 |
8640鋼の加工はその硬度から困難である場合があり、最適な結果を得るためには適切な工具と切削速度が必要です。カーバイト工具を使用し、適切な冷却液の流れを維持することが工具寿命を延ばすために望ましいです。
成形性
8640鋼は中程度の成形性を示し、冷間および熱間加工プロセスに適しています。しかし、作業硬化を受けるため、適切な技術がないと形成の能力に制限がかかることがあります。成形操作中にひび割れを避けるために、曲げ半径は慎重に計算する必要があります。
熱処理
| 処理プロセス | 温度範囲 (°C/°F) | 典型的な浸漬時間 | 冷却方法 | 主目的 / 期待される結果 |
|---|---|---|---|---|
| アニーリング(焼きなまし) | 700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F | 1 - 2時間 | 空気または炉 | 軟化、延性の向上 |
| 焼入れ | 850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F | 30分 | 油または水 | 硬化、強度の向上 |
| 焼戻し | 400 - 600 °C / 752 - 1112 °F | 1時間 | 空気 | 脆性の低下、靭性の向上 |
熱処理プロセスは8640鋼の微細構造に大きな影響を及ぼし、柔らかく延性の高い状態から、硬く脆い状態へと変化させる焼入れ、続いて硬さと靭性のバランスを達成するための焼戻しが行われます。
典型的な用途と最終用途
| 産業/分野 | 具体的な応用例 | この応用で利用される鋼の主要特性 | 選定理由(簡潔に) |
|---|---|---|---|
| 自動車 | ギア | 高強度、靭性 | 負荷を支える部品に必要 |
| 航空宇宙 | 航空機部品 | 高い強度対重量比 | 性能と安全性に重要 |
| 重機 | シャフト | 耐摩耗性、疲労強度 | ストレス下での耐久性に不可欠 |
その他の用途には、
- 石油およびガス掘削装置
- 軍用車両部品
- 工具および金型
これらの用途における8640鋼の選択は、主にその高い強度、靭性、および厳しい運用条件に耐える能力によるものです。
重要な考慮事項、選定基準、およびさらなる見識
| 特性/特性 | 8640鋼 | AISI 4140 | AISI 4340 | 簡潔な利点/欠点またはトレードオフのメモ |
|---|---|---|---|---|
| 主要機械的特性 | 高強度 | より高い靭性 | より優れた疲労抵抗 | 4140はより延性があり、4340は優れた靭性を提供 |
| 主要腐食側面 | 中程度 | 普通 | 良好 | 4140および4340は優れた腐食抵抗を持つ |
| 溶接性 | 中程度 | 良好 | 普通 | 4140は溶接が容易で、4340はより注意が必要 |
| 切削性 | 中程度 | 良好 | 普通 | 4140は加工が容易 |
| 概算相対コスト | 中程度 | 中程度 | 高い | 4340はより高価になりがち |
| 典型的な入手可能性 | 一般的 | 一般的 | あまり一般的でない | 4340は入手可能性が限られている場合がある |
8640鋼を選定する際の考慮事項には、その機械的特性、コスト対効果、および入手可能性が含まれます。強度と靭性の良好なバランスを提供する一方で、4140および4340のような代替案が、特に高い靭性または腐食抵抗が要求される特定の用途に対してより適している場合があります。さらに、溶接および加工特性は最終用途での最適な性能を確保するために、意図された加工プロセスに基づいて評価されるべきです。
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