8620H сталь: свойства и ключевые применения

Сталь 8620H - это среднеуглеродистая легированная сталь, которая в основном классифицируется как низколегированная сталь. Она известна своим отличным способностью к закалке, прочностью и жесткостью, что делает ее подходящей для различных инженерных приложений. Основные легирующие элементы в стали 8620H включают хром (Cr), молибден (Mo) и никель (Ni), которые улучшают ее механические свойства и устойчивость к износу и усталости.

Комплексный обзор

Сталь 8620H характеризуется сбалансированным составом, который обычно включает около 0.18-0.23% углерода, 0.70-0.90% марганца, 0.40-0.60% хрома, 0.15-0.25% молибдена и 1.00-1.50% никеля. Эта комбинация элементов способствует высокой прочности на растяжение, хорошей пластичности и отличной жесткости, что делает ее предпочтительным выбором для приложений, требующих высокой прочности и долговечности.

Преимущества:
- Высокая прочность и жесткость: 8620H демонстрирует отличные механические свойства, что делает ее подходящей для тяжелых приложений.
- Хорошая способность к закалке: Легирующие элементы обеспечивают хорошую закаливаемость, позволяя эффективно проводить термическую обработку.
- Универсальность: Она может использоваться в различных приложениях, включая шестерни, валы и другие компоненты, требующие высокой прочности.

Ограничения:
- Проблемы с сваркой: Хотя сварка возможна, необходимо принимать особые меры предосторожности, чтобы избежать трещин.
- Стоимость: Легирующие элементы могут сделать ее дороже, чем стали более низкого сорта.
- Устойчивость к коррозии: Она не так устойчива к коррозии, как нержавеющие стали, что может ограничить ее использование в определенных условиях.

Исторически сталь 8620H использовалась в автомобилестроении и авиакосмической промышленности, где ее свойства критически важны для производительности и безопасности. Ее рыночная позиция сильна, особенно в секторах, которые требуют высокопроизводительных материалов.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Сорт	Страна/Регион происхождения	Примечания/Комментарии
UNS	G86200	США	Ближайший эквивалент AISI 8620
AISI/SAE	8620	США	Распространенное обозначение
ASTM	A29/A29M	США	Общая спецификация для легированных сталей
EN	1.6523	Европа	Незначительные композиционные различия
DIN	20CrMo	Германия	Сходные свойства, но разные легирующие элементы
JIS	SCM420	Япония	Сравнимо, но с другими механическими свойствами

Различия между этими эквивалентными сортами могут повлиять на производительность, особенно в отношении закаливаемости и жесткости. Например, хотя AISI 8620 и UNS G86200 схожи, последний может иметь более строгие композиционные ограничения, которые могут повлиять на его механические свойства.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и название)	Диапазон процентного содержания (%)
C (Углерод)	0.18 - 0.23
Mn (Марганец)	0.70 - 0.90
Cr (Хром)	0.40 - 0.60
Mo (Молибден)	0.15 - 0.25
Ni (Никель)	1.00 - 1.50
Si (Кремний)	0.15 - 0.40
P (Фосфор)	≤ 0.035
S (Сера)	≤ 0.040

Основная роль ключевых легирующих элементов в стали 8620H включает:
- Хром: Увеличивает закаливаемость и устойчивость к коррозии.
- Молибден: Улучшает прочность при повышенных температурах и увеличивает жесткость.
- Никель: Повышает жесткость и улучшает способность стали выдерживать удары.

Механические свойства

Свойство	Условие/Температура	Типичное значение/Диапазон (Метрические - SI единицы)	Типичное значение/Диапазон (Имперские единицы)	Справочный стандарт для метода испытания
Прочность на растяжение	Закаленная и отпущенная	850 - 1000 МПа	123 - 145 ksi	ASTM E8
Кратковременная прочность (с учетом 0.2% отклонения)	Закаленная и отпущенная	650 - 850 МПа	94 - 123 ksi	ASTM E8
Удлинение	Закаленная и отпущенная	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
Снижение площади	Закаленная и отпущенная	50 - 60%	50 - 60%	ASTM E8
Цветность (Rockwell C)	Закаленная и отпущенная	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
Ударная прочность (Charpy)	Комнатная температура	40 - 60 Дж	30 - 44 фут-фунт	ASTM E23

Комбинация этих механических свойств делает сталь 8620H особенно подходящей для приложений, связанных с динамической нагрузкой и структурной целостностью, таких как в производстве шестерен и валов. Ее высокая прочность на растяжение и кратковременная прочность, наряду с хорошей пластичностью, позволяют ей хорошо работать под напряжением.

Физические свойства

Свойство	Условие/Температура	Значение (Метрические - SI единицы)	Значение (Имперские единицы)
Плотность	Комнатная температура	7.85 г/см³	0.284 фунт/дюйм³
Температура плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	45 Вт/м·К	31 BTU·дюйм/(ч·фут²·°F)
Удельная теплоемкость	Комнатная температура	0.46 кДж/кг·К	0.11 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	0.00065 Ом·м	0.00038 Ом·дюйм
Коэффициент теплового расширения	Комнатная температура	11.5 x 10⁻⁶ /K	6.4 x 10⁻⁶ /°F

Практическое значение физических свойств 8620H включает:
- Плотность: Предоставляет представление о весовых соображениях для структурных приложений.
- Теплопроводность: Важно для приложений, где критически важно рассеивание тепла.
- Температура плавления: Указывает на пригодность для высокотемпературных приложений.

Устойчивость к коррозии

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг сопротивления	Примечания
Хлориды	Изменяется	Окружающая среда	Умеренная	Риск образования коррозионных ямок
Серная кислота	10%	25 °C / 77 °F	Плохо	Не рекомендуется
Гидроксид натрия	5%	25 °C / 77 °F	Умеренная	Подвержен SCC
Атмосферные условия	-	Окружающая среда	Хорошая	Умеренная устойчивость

Сталь 8620H демонстрирует умеренную коррозионную стойкость, особенно в атмосферных условиях. Однако она подвержена образованию коррозионных ямок в хлоридной среде и не должна использоваться в кислых или сильно щелочных условиях. В сравнении с нержавеющими сталями, такими как 304 или 316, которые предлагают отличную коррозионную стойкость, 8620H менее подходит для применений, подвергающимся жестким условиям.

Тепловая стойкость

Свойство/Лимит	Температура (°C)	Температура (°F)	Комментарии
Макс. температура непрерывной эксплуатации	400 °C	752 °F	Подходит для длительного воздействия
Макс. температура прерывистого воздействия	500 °C	932 °F	Краткосрочное воздействие
Температура масштабирования	600 °C	1112 °F	Риск окисления при превышении этой температуры
Начало рассмотрения прочности при течи	300 °C	572 °F	Важно для высокотемпературных приложений

При повышенных температурах сталь 8620H сохраняет свою прочность и жесткость, но окисление может стать проблемой. Она подходит для приложений, где температура не превышает предельные значения ее эксплуатации, что делает ее идеальной для деталей в двигателях и машинах.

Свойства обработки

Сварка

Процесс сварки	Рекомендуемый наполнитель (Классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
MIG	ER70S-6	Аргон + CO2	Рекомендуется предварительный подогрев
TIG	ER80S-Ni	Аргон	После сварки термическая обработка
Сварка электродом	E7018	-	Требует подогрева

Сталь 8620H можно сваривать различными методами, но часто необходим предварительный подогрев, чтобы минимизировать риск трещин. Также рекомендуется термическая обработка после сварки для снятия напряжений и улучшения жесткости.

Обрабатываемость

Параметр обработки	[Сталь 8620H]	AISI 1212	Примечания/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	60%	100%	Умеренная обрабатываемость
Типичная скорость резания (Токарная обработка)	30-50 м/мин	80-100 м/мин	Используйте карбидные инструменты для лучших результатов

Обрабатываемость 8620H умеренная; она требует тщательного выбора инструмента и скорости резания. Рекомендуются карбидные инструменты для оптимальной производительности.

Формация

Сталь 8620H демонстрирует хорошую формуемость, позволяя осуществлять как холодную, так и горячую формовку. Однако важно учитывать эффекты упрочнения при холодной обработке, которые могут увеличить прочность материала, но также могут привести к трещинам, если не управлять ими должным образом.

Термическая обработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время нагрева	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1 - 2 часа	Воздух или печь	Смягчение, улучшенная пластичность
Закалка	800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F	30 минут	Масло или вода	Закалка, увеличение прочности
Отпуск	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 час	Воздух	Улучшение жесткости

В процессе термической обработки сталь 8620H претерпевает значительные металлургические преобразования. Закалка увеличивает твердость, в то время как отпуск снижает хрупкость, что приводит к сбалансированной комбинации прочности и жесткости.

Типичные применения и конечные использования

Отрасль/Сектор	Конкретный пример применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора (кратко)
Автомобильная	Шестерни	Высокая прочность, жесткость	Критично для производительности
Авиакосмическая	Валы	Хорошая закаливаемость, усталостная стойкость	Безопасность и надежность
Машиностроение	Коленчатые валы	Отличная жесткость, устойчивость к износу	Долговечность под напряжением

Другие применения включают:
- Компоненты в нефтяной и газовой промышленности
- Части тяжелой техники
- Структурные компоненты в строительстве

Сталь 8620H выбирается для этих приложений благодаря своей способности выдерживать высокие нагрузки и усталость, что делает ее идеальной для критически важных компонентов.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие сведения

Особенность/Свойство	Сталь 8620H	AISI 4140	AISI 4340	Краткая заметка о преимуществах/недостатках или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Умеренная прочность	Высокая прочность	8620H предлагает хорошую жесткость против более высокой твердости 4140
Ключевой коррозионный аспект	Умеренная	Плохо	Умеренная	8620H лучше для умеренных условий
Сварка	Умеренно	Хорошо	Умеренно	8620H требует предварительного подогрева
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошо	Умеренно	8620H менее обрабатываемая, чем 4140
Формация	Хорошая	Умеренно	Плохо	8620H легче формовать
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Умеренная	Высокая	8620H является экономически эффективной для своих свойств
Типичная доступность	Хорошая	Хорошая	Умеренная	8620H широко доступна

При выборе стали 8620H необходимо учитывать ее экономическую эффективность, доступность и пригодность для конкретных приложений. Ее умеренная коррозионная стойкость и свариваемость делают ее универсальным выбором, в то время как ее механические свойства обеспечивают надежность в требующих средах.

В заключение, сталь 8620H является прочным материалом, который балансирует между прочностью, жесткостью и универсальностью, что делает ее предпочтительным выбором в различных инженерных приложениях. Ее уникальные свойства и характеристики производительности следует тщательно оценить в соответствии с требованиями проекта, чтобы обеспечить оптимальный выбор материала.