Thép 8620: Tổng quan về tính chất và ứng dụng chính

Thép 8620 là thép hợp kim cacbon trung bình được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng kỹ thuật khác nhau do tính chất cơ học và tính linh hoạt tuyệt vời của nó. Được phân loại là thép hợp kim thấp, nó chủ yếu chứa crom và molypden làm nguyên tố hợp kim, giúp tăng đáng kể độ bền, độ dẻo dai và khả năng tôi luyện. Thành phần hóa học điển hình của thép 8620 bao gồm khoảng 0,18-0,23% cacbon, 0,70-0,90% mangan, 0,15-0,25% crom và 0,10-0,20% molypden.

Tổng quan toàn diện

Thép 8620 được biết đến với sự cân bằng tốt giữa độ bền, độ dẻo và độ dai, khiến nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống mài mòn cao và khả năng chịu tải trọng va đập. Các nguyên tố hợp kim, đặc biệt là crom và molypden, góp phần vào khả năng tôi luyện của nó, cho phép nó đạt được mức độ cứng cao thông qua các quy trình xử lý nhiệt.

Thuận lợi:
- Độ bền và độ dẻo dai cao: Thép 8620 có độ bền kéo và khả năng chống va đập tuyệt vời, lý tưởng cho các ứng dụng hạng nặng.
- Khả năng gia công tốt: Có thể dễ dàng gia công ở trạng thái ủ, điều này có lợi cho việc sản xuất các chi tiết phức tạp.
- Xử lý nhiệt đa năng: Thép có thể được xử lý nhiệt để đạt được độ cứng và độ bền mong muốn, nâng cao hiệu suất trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Hạn chế:
- Khả năng chống ăn mòn: So với thép không gỉ, 8620 có khả năng chống ăn mòn thấp hơn, điều này có thể hạn chế việc sử dụng trong môi trường có tính ăn mòn cao.
- Các vấn đề về khả năng hàn: Mặc dù có thể hàn nhưng thường cần phải gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau khi hàn để tránh nứt.

Theo truyền thống, thép 8620 đã được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ cho các thành phần như bánh răng, trục và trục khuỷu, nơi mà độ bền và độ bền cao là rất quan trọng. Vị thế thị trường của nó vẫn vững mạnh do sự cân bằng giữa hiệu suất và hiệu quả về chi phí.

Tên thay thế, Tiêu chuẩn và Tương đương

Tổ chức tiêu chuẩn	Chỉ định/Cấp bậc	Quốc gia/Khu vực xuất xứ	Ghi chú/Nhận xét
Liên Hiệp Quốc	G86200	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 8620
AISI/SAE	8620	Hoa Kỳ	Tên gọi thường dùng
Tiêu chuẩn ASTM	A829	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thép hợp kim
VI	1.6523	Châu Âu	Tính chất tương tự, sự khác biệt nhỏ về thành phần
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SCr420	Nhật Bản	Tương đương với những thay đổi nhỏ trong các nguyên tố hợp kim

Sự khác biệt giữa các cấp độ này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi 1.6523 có thể cung cấp khả năng tôi luyện tốt hơn một chút, G86200 thường được ưa chuộng vì tính sẵn có và chi phí của nó.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,18 - 0,23
Mn (Mangan)	0,70 - 0,90
Cr (Crom)	0,15 - 0,25
Mo (Molipden)	0,10 - 0,20
Si (Silic)	0,15 - 0,40
P (Phốt pho)	≤ 0,035
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,040

Các nguyên tố hợp kim chính trong thép 8620 đóng vai trò quan trọng:
- Carbon (C): Tăng độ cứng và độ bền thông qua xử lý nhiệt.
- Crom (Cr): Tăng khả năng tôi cứng và chống ăn mòn.
- Molypden (Mo): Tăng cường độ bền ở nhiệt độ cao và tăng độ dẻo dai.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị đo lường)	Giá trị/Phạm vi điển hình (Anh)	Tiêu chuẩn tham chiếu cho phương pháp thử nghiệm
Độ bền kéo	Ủ	620 - 850MPa	90 - 123 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	350 - 550MPa	51 - 80 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	20-30%	20-30%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell C)	Làm nguội & tôi luyện	28 - 34HRC	28 - 34HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động (Charpy)	-40°C	27 tháng 1	20 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp của các tính chất cơ học này làm cho thép 8620 phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo dai cao, chẳng hạn như trong bánh răng và trục chịu tải trọng động.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị đo lường)	Giá trị (Anh)
Tỉ trọng	Nhiệt độ phòng	7,85g/cm³	0,284 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	45 W/m·K	31,2 BTU·in/h·ft²·°F
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	0,46 kJ/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Hệ số giãn nở nhiệt	Nhiệt độ phòng	11,5 x 10⁻⁶/K	6,4 x 10⁻⁶/°F

Các tính chất vật lý chính như mật độ và độ dẫn nhiệt rất quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến xử lý nhiệt và chế biến nhiệt. Điểm nóng chảy tương đối cao cho phép xử lý hiệu quả ở nhiệt độ cao.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	Thay đổi	Môi trường xung quanh	Hội chợ	Nguy cơ rỗ
Axit sunfuric	Thấp	Môi trường xung quanh	Nghèo	Không khuyến khích
Natri Hydroxit	Thấp	Môi trường xung quanh	Hội chợ	Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất

Thép 8620 có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong điều kiện khí quyển. Tuy nhiên, thép này dễ bị rỗ trong môi trường clorua và nên tránh sử dụng trong điều kiện có tính axit hoặc kiềm cao. So với thép không gỉ như 304 hoặc 316, khả năng chống ăn mòn của thép 8620 thấp hơn đáng kể, khiến thép này ít phù hợp hơn cho các ứng dụng chế biến hóa chất hoặc hàng hải.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	400 °C	752 °F	Trên mức này, các thuộc tính bị suy thoái
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	500 °C	932 °F	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	600 °C	1112 °F	Nguy cơ oxy hóa ở nhiệt độ cao

Ở nhiệt độ cao, thép 8620 vẫn giữ được độ bền nhưng có thể bị oxy hóa và đóng cặn. Điều quan trọng là phải xem xét các yếu tố này khi thiết kế các thành phần cho các ứng dụng nhiệt độ cao.

Tính chất chế tạo

Khả năng hàn

Quy trình hàn	Kim loại phụ gia được đề xuất (Phân loại AWS)	Khí/Nhiệt che chắn điển hình	Ghi chú
MIG	ER70S-6	Hỗn hợp Argon + CO2	Nên làm nóng trước
TIG	ER80S-Ni	Khí Argon	Cần xử lý nhiệt sau khi hàn

Thép 8620 có thể được hàn bằng các quy trình thông thường như MIG và TIG. Tuy nhiên, thường cần phải gia nhiệt trước để tránh nứt, đặc biệt là ở các phần dày hơn. Xử lý nhiệt sau khi hàn cũng có thể giúp giảm ứng suất và cải thiện độ dẻo dai.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép 8620	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	60	100	Khả năng gia công tốt ở trạng thái ủ
Tốc độ cắt điển hình	30 m/phút	50 m/phút	Điều chỉnh độ mòn của dụng cụ

Thép 8620 có khả năng gia công tốt, đặc biệt là khi ở trạng thái ủ. Điều quan trọng là sử dụng các công cụ cắt và tốc độ phù hợp để tối ưu hóa hiệu suất và tuổi thọ của công cụ.

Khả năng định hình

Thép 8620 có thể được tạo hình nguội và nóng, nhưng phải cẩn thận để tránh làm cứng khi gia công. Bán kính uốn tối thiểu phải được xem xét trong quá trình tạo hình để tránh nứt.

Xử lý nhiệt

Quy trình điều trị	Phạm vi nhiệt độ (°C/°F)	Thời gian ngâm điển hình	Phương pháp làm mát	Mục đích chính / Kết quả mong đợi
Ủ	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1 - 2 giờ	Không khí	Làm mềm, cải thiện độ dẻo
Làm nguội	820 - 860 °C / 1508 - 1580 °F	30 phút	Dầu hoặc nước	Làm cứng
Làm nguội	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 giờ	Không khí	Giảm độ giòn, tăng độ dai

Các quy trình xử lý nhiệt làm thay đổi đáng kể cấu trúc vi mô của thép 8620, tăng cường độ cứng và độ bền của thép. Sự chuyển đổi từ austenit sang martensite trong quá trình tôi là rất quan trọng để đạt được các tính chất cơ học mong muốn.

Ứng dụng điển hình và mục đích sử dụng cuối cùng

Ngành/Lĩnh vực	Ví dụ ứng dụng cụ thể	Các tính chất chính của thép được sử dụng trong ứng dụng này	Lý do lựa chọn
Ô tô	Bánh răng	Độ bền cao, độ dẻo dai	Độ bền dưới tải
Hàng không vũ trụ	Trục	Khả năng gia công tốt, chịu nhiệt	Linh kiện chính xác
Dầu khí	Mũi khoan	Khả năng chống mài mòn, chịu va đập	Hiệu suất trong môi trường khắc nghiệt

Các ứng dụng khác bao gồm:
* - Xi lanh thủy lực
* - Trục khuỷu
* - Chốt

Thép 8620 được lựa chọn cho các ứng dụng này do sự kết hợp tuyệt vời giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng gia công, khiến nó phù hợp với các thành phần chịu tải trọng động và yêu cầu độ bền cao.

Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn

Tính năng/Thuộc tính	Thép 8620	Tiêu chuẩn AISI 4140	Tiêu chuẩn AISI 4340	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao, độ dẻo dai tốt	Sức mạnh cao hơn	Độ bền cao hơn	8620 tiết kiệm chi phí hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Hội chợ	Nghèo	Hội chợ	8620 tốt hơn cho môi trường vừa phải
Khả năng hàn	Vừa phải	Tốt	Vừa phải	8620 yêu cầu xử lý nhiệt trước/sau
Khả năng gia công	Tốt	Vừa phải	Nghèo	8620 dễ gia công hơn 4340
Khả năng định hình	Tốt	Hội chợ	Nghèo	8620 có thể được hình thành dễ dàng hơn
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Cao hơn	Cao hơn	8620 thường tiết kiệm hơn
Khả năng cung cấp điển hình	Cao	Vừa phải	Vừa phải	8620 có sẵn rộng rãi

Khi lựa chọn thép 8620, cần cân nhắc đến tính hiệu quả về mặt chi phí, tính khả dụng và tính phù hợp cho các ứng dụng cụ thể. Mặc dù thép này có thể không có khả năng chống ăn mòn như thép không gỉ, nhưng các đặc tính cơ học của thép này khiến thép này trở thành lựa chọn đáng tin cậy cho nhiều ứng dụng kỹ thuật. Ngoài ra, hiệu suất của thép này trong nhiều quy trình xử lý nhiệt khác nhau cho phép tùy chỉnh để đáp ứng các yêu cầu cụ thể.

Tóm lại, thép 8620 là hợp kim đa năng và được sử dụng rộng rãi, mang lại sự cân bằng giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng gia công, phù hợp với nhiều ứng dụng đòi hỏi khắt khe trong nhiều ngành công nghiệp.