8640 сталь: свойства и ключевые применения

Сталь 8640 - это среднеуглеродистая легированная сталь, которая в первую очередь классифицируется как низколегированная сталь. Она известна своей превосходной прочностью, устойчивостью к износу и отличной вязкостью, что делает ее подходящей для различных требовательных приложений. Основные легирующие элементы в стали 8640 включают никель, хром и молибден, которые улучшают ее механические свойства и общую производительность.

Всеобъемлющий обзор

Сталь 8640 характеризуется сбалансированным составом, который обычно включает примерно 0,40% углерода, 0,70% марганца, 0,50% хрома, 0,25% молибдена и 1,50% никеля. Эта комбинация элементов способствует ее высокой прочности на растяжение и хорошей пластичности, позволяя ей выдерживать значительные нагрузки и деформации без поломки. Наличие никеля и хрома улучшает закаливаемость стали, в то время как молибден повышает ее устойчивость к износу и усталости.

Преимущества стали 8640:
- Высокая прочность и вязкость: Сталь 8640 обладает отличными механическими свойствами, что делает ее идеальной для приложений, требующих высокой прочности и устойчивости к ударам.
- Хорошая способность к закаливанию: Легирующие элементы позволяют эффективно закаливать, что приводит к улучшенной твердости и износостойкости.
- Универсальность: Она может использоваться в различных приложениях, включая автомобильную, аэрокосмическую и тяжелую промышленность.

Ограничения стали 8640:
- Проблемы с сваркой: Из-за своих легирующих элементов сталь 8640 может быть трудной для сварки без надлежащего предварительного нагрева и термообработки после сварки.
- Стоимость: Легирующие элементы могут делать сталь 8640 более дорогой по сравнению с более низкокачественными сталями.

Исторически сталь 8640 использовалась в критически важных приложениях, таких как шестерни, валы и другие компоненты, требующие высокой прочности и долговечности. Ее рыночная позиция сильна, особенно в отраслях, которые требуют надежной работы в экстремальных условиях.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Грейд	Страна/Регион происхождения	Примечания
UNS	G86400	США	Ближайший эквивалент AISI 8640
AISI/SAE	8640	США	Широко используемое обозначение
ASTM	A829	США	Стандартная спецификация для легированной стали
EN	1.6511	Европа	Эквивалентный класс в европейских стандартах
JIS	SNCM439	Япония	Похожие свойства, но с небольшими различиями в составе

В таблице выше выделены различные обозначения для стали 8640 по различным стандартам. Примечательно, что хотя SNCM439 часто рассматривается как эквивалент, у него могут быть незначительные вариации в составе, которые могут повлиять на производительность в специфических приложениях, особенно с точки зрения закаливаемости и вязкости.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и Название)	Процентный диапазон (%)
C (Углерод)	0,38 - 0,43
Mn (Марганец)	0,60 - 0,90
Cr (Хром)	0,40 - 0,60
Mo (Молибден)	0,15 - 0,25
Ni (Никель)	1,30 - 1,70

Ключевые легирующие элементы в стали 8640 играют значительную роль:
- Никель (Ni): Улучшает вязкость и ударную прочность, особенно при низких температурах.
- Хром (Cr): Улучшает закаливаемость и сопротивление износу и коррозии.
- Молибден (Mo): Увеличивает прочность при повышенных температурах и улучшает устойчивость к размягчению.

Механические свойства

Свойство	Условие/Температура	Температура тестирования	Типичное значение/Диапазон (метрически)	Типичное значение/Диапазон (дюймовый)	Справочный стандарт для метода испытания
Прочность на растяжение	Закаленная и отпускная	Комнатная температура	850 - 1000 МПа	123 - 145 ksi	ASTM E8
Предельная прочность (0,2% сдвиг)	Закаленная и отпускная	Комнатная температура	650 - 850 МПа	94 - 123 ksi	ASTM E8
Удлинение	Закаленная и отпускная	Комнатная температура	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
Твердость (по Роквеллу C)	Закаленная и отпускная	Комнатная температура	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
Ударная прочность	Закаленная и отпускная	-20°C (-4°F)	30 - 50 Дж	22 - 37 фут-фунт	ASTM E23

Механические свойства стали 8640 делают ее подходящей для приложений, требующих высокой прочности и вязкости, например, в автомобильных и аэрокосмических компонентах. Ее способность сохранять прочность под нагрузкой и сопротивляться деформациям критически важна для структурной целостности в требовательных условиях.

Физические свойства

Свойство	Условие/Температура	Значение (метрически)	Значение (дюймовый)
Плотность	-	7,85 г/см³	0,284 фунт/дюйм³
Температура плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	20°C	45 Вт/м·K	31 BTU·дюйм/ч·фт²·°F
Удельная теплоемкость	20°C	0,49 кДж/кг·K	0,12 BTU/фунт·°F

Плотность и температура плавления стали 8640 указывают на ее прочность, в то время как теплопроводность и удельная теплоемкость важны для приложений, связанных с тепловым управлением.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг устойчивости	Примечания
Морская вода	3,5%	25°C (77°F)	Удовлетворительно	Риск точечной коррозии
Серная кислота	10%	20°C (68°F)	Плохо	Не рекомендуется
Хлориды	1%	30°C (86°F)	Удовлетворительно	Уязвимость к коррозионным трещинам

Сталь 8640 демонстрирует умеренную коррозионную стойкость, особенно в соленой среде, где может возникнуть точечная коррозия. Она не рекомендуется для использования в кислых средах, так как может подвергаться значительному разрушению. В сравнении с такими марками, как 4140 и 4340, которые имеют лучшую коррозионную стойкость благодаря более высокому содержанию хрома, стали 8640 может потребоваться защита в коррозионных условиях.

Тепловая стойкость

Свойство/Ограничение	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура непрерывной эксплуатации	400°C	752°F	Подходит для умеренного тепла
Максимальная температура прерывистой эксплуатации	500°C	932°F	Только для краткосрочного воздействия
Температура окисления	600°C	1112°F	Риск окисления при превышении этой температуры

При повышенных температурах сталь 8640 сохраняет свою прочность, но может начать окисляться, если не защищена должным образом. Ее производительность в высокотемпературных приложениях адекватна, однако необходимо быть осторожным, чтобы избежать длительного воздействия экстремальных условий.

Свойства обработки

Сварка

Процесс сварки	Рекомендуемый наполнитель (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
MIG	ER80S-Ni1	Аргон + CO2	Рекомендуется предварительный нагрев
TIG	ER80S-Ni1	Аргон	Рекомендуется термообработка после сварки

Сварка стали 8640 требует внимательного подхода к предварительному нагреву и термообработке после сварки, чтобы избежать трещин и обеспечить целостность сварки. Рекомендуемые filler metals улучшают свойства сварочного шва и поддерживают совместимость с основным материалом.

Обрабатываемость

Параметр обработки	Сталь 8640	AISI 1212	Примечания/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	60	100	Умеренная обрабатываемость
Типичная скорость резания (торцевание)	30 м/мин	50 м/мин	Используйте карбидные инструменты для наилучших результатов

Обработка стали 8640 может быть сложной из-за ее твердости, требуя соответствующих инструментов и скоростей резания для достижения оптимальных результатов. Рекомендуется использовать карбидные инструменты и поддерживать надлежащую подачу охлаждающей жидкости для продления срока службы инструмента.

Формуемость

Сталь 8640 демонстрирует умеренную формуемость, подходящую для холодной и горячей обработки. Однако она подвержена упрочнению при обработке, что может ограничить ее возможность формовки без надлежащих техник. Радиусы изгиба должны быть тщательно рассчитаны, чтобы избежать трещин в процессе формования.

Термическая обработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / ожидаемый результат
Отжиг	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1 - 2 часа	Воздух или печь	Умягчение, улучшенная пластичность
Закалка	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	30 минут	Масло или вода	Закалка, увеличение прочности
Отпуск	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 час	Воздух	Снижение хрупкости, улучшение вязкости

Процессы тепловой обработки значительно влияют на микроструктуру стали 8640, превращая ее из более мягкого и пластичного состояния в более твердое и хрупкое состояние через закалку, за которой следует отпуск для достижения баланса между твердостью и вязкостью.

Типичные применения и конечные использования

Отрасль/Сектор	Конкретный пример применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора (кратко)
Автомобильная	Шестерни	Высокая прочность, вязкость	Необходимо для несущих компонентов
Аэрокосмическая	Компоненты самолетов	Высокое соотношение прочности к весу	Критично для производительности и безопасности
Тяжелая техника	Валы	Устойчивость к износу, усталостная прочность	Необходимо для долговечности при нагрузках

Другие применения включают:
- Оборудование для бурения нефти и газа
- Компоненты военной техники
- Инструменты и пресс-формы

Выбор стали 8640 в этих приложениях в первую очередь обусловлен ее высокой прочностью, вязкостью и способностью выдерживать жесткие рабочие условия.

Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения

Особенность/Свойство	Сталь 8640	AISI 4140	AISI 4340	Краткая заметка о плюсах/минусах или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Высокая вязкость	Лучшая усталостная прочность	4140 более пластична, 4340 предлагает превосходную вязкость
Ключевой аспект коррозии	Умеренная	Удовлетворительно	Хорошо	4140 и 4340 имеют лучшую коррозионную стойкость
Сварка	Умеренная	Хорошая	Удовлетворительно	4140 легче сваривать, 4340 требует больше аккуратности
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошая	Удовлетворительно	4140 легче обрабатывать
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Умеренная	Выше	4340, как правило, дороже
Типичное наличие	Обычное	Обычное	Менее распространенное	4340 может иметь ограниченное наличие

При выборе стали 8640 необходимо учитывать ее механические свойства, рентабельность и доступность. Хотя она предлагает хороший баланс прочности и вязкости, альтернативы, такие как 4140 и 4340, могут быть более подходящими для специфических приложений, особенно там, где требуется высокая вязкость или коррозионная стойкость. Кроме того, характеристики сварки и обработки должны оцениваться на основе предполагаемых процессов производства, чтобы обеспечить оптимальную производительность в конечном применении.