8620 staal:Belangrijkste specificaties, warmtebehandeling en toepassingen
SAE 8620 is een koolstofarm nikkel-chroom-molybdeenlegeringsstaal dat veel gebruikt wordt voor gecarburiseerde tandwielen, pinnen, bussen en assen. Door carboneren wordt koolstof aan het oppervlak toegevoegd; harden en temperen zorgen vervolgens voor een slijtvaste buitenlaag over een hardere kern. De sterkte en hardheid zijn afhankelijk van de samenstelling van het materiaal, de afmetingen van het profiel en de uiteindelijke warmtebehandeling.
.jpg?width=1600)
Wat zegt de aanduiding 8620 u?
De laatste twee cijfers geven een nominaal koolstofgehalte van ongeveer 0.20% aan. De kwaliteit wordt ook vermeld als UNS G86200 . Dat identificeert de legering; het specificeert niet de treksterkte, de uiteindelijke hardheid of de dikte van een geharde laag.
Het lage koolstofgehalte in de basis is geschikt voor een onderdeel dat verschillende eigenschappen aan het oppervlak en in het midden vereist. Legering met nikkel, chroom en molybdeen bevordert de hardingsreactie. Een onbehandelde staaf, een gegloeid werkstuk en een afgewerkt gecarburiseerd tandwiel zijn daarom verschillende materiaaltoestanden, ook al worden ze allemaal 8620 genoemd.
Een inkooporder moet ook een productnorm en leveringsvoorwaarden bevatten. Zo is ASTM A322 van toepassing op warmgewalste staven van gelegeerd staal; voor een buis of een speciaal smeedstuk is de bijbehorende specificatie vereist.
Kun je 530 MPa en 26% rek als eigenschappenset gebruiken?
Alleen als dezelfde gekwalificeerde bron beide waarden voor de conditie die u koopt of analyseert, vermeldt. De kwaliteitsaanduiding alleen is niet voldoende om dit paar te bepalen. Rekbaarheid moet ook gebaseerd zijn op een trekproef: rek bij breuk is niet hetzelfde als uniforme rek.
De onderstaande voorbeelden laten zien waarom het kopiëren van individuele getallen onbetrouwbaar is. Het zijn referentiewaarden van de leverancier, geen uitwisselbare ontwerptoleranties of gegarandeerde acceptatiegrenzen.
| Bron en vermelde staat | treksterkte | Vloeigrens / vloeigrens | verlenging | Hoe lees je het? |
|---|---|---|---|---|
| Online Metals 8620-handleiding De exacte warmtebehandeling en geometrie van het monster worden niet vermeld in de eigenschappentabel. | 92 ksi ≈ 634 MPa | 52 ksi ≈ 359 MPa | 26% bij pauze | Houd de volledige rij bij elkaar. Koppel de 26% niet aan een treksterktewaarde uit een andere dataset. |
| Vulcan 8620 handleiding, p. 20 Typische staat zoals het product is gewalst. | ca. 820 MPa | ca. 590 MPa 0.2% proefdruk | Ca. 22% De lengte van de meter is niet vermeld. | Deze cijfers hebben betrekking op de geleverde staaf, niet op een afgewerkte gecarburiseerde behuizing. Controleer de toepasselijke voorraad en testbasis. |
| Hillfoot 8620 datasheet Onbehandeld, zoals het is gewalst. | Niet gespecificeerd | Niet gespecificeerd | Niet gespecificeerd | Op het document staat dat dit materiaal doorgaans niet mechanisch wordt getest. Een chemisch certificaat hoeft geen treksterkteresultaten te bevatten. |
1 ksi = 6.894757 MPa; de weergegeven omrekeningen zijn afgerond. Op een telefoon kunt u over de tabel vegen; toetsenbordgebruikers kunnen de tabel selecteren en de pijltjestoetsen gebruiken.
Voordat u een opgegeven waarde van 530 MPa gebruikt, dient u de oorspronkelijke materiaaltoestand, de doorsnede, de locatie van het testmonster en de testmethode op te vragen. Een numerieke waarde kan geldig zijn voor één testmonster, maar hoeft niet geldig te zijn voor uw uiteindelijke product.
Vulcan geeft een hardheid van het gecarburiseerde oppervlak op tot 62 HRC. Dit is een specificatie van de leverancier, geen standaardhardheid van 8620 bar of een universele streefwaarde voor trekproeven. Voor de hardheid van het oppervlak, de effectieve hardingsdiepte en de eigenschappen van de kern zijn aparte acceptatie-eisen vereist.
8620 chemische samenstelling
De volgende waarden geven het gewichtspercentage en het restijzergehalte weer, zoals vermeld in de SAE 8620-referentie van Laxcon . Ze beschrijven het basisstaal vóór het carboneren. Gebruik de geldende materiaalspecificatie en warmteanalyse om een bestelling te accepteren.
Zorgt ervoor dat het basisstaal een relatief laag koolstofgehalte heeft voor de taaiheid en bewerkbaarheid van de kern vóór het carboniseren.
Ondersteunt de taaiheid en hardbaarheid, wat vooral belangrijk is voor de dragende kern.
Verbetert de hardbaarheid en slijtvastheid, in combinatie met de koolstofverrijkte behuizing.
Ondersteunt de hardbaarheid en het ontlaatgedrag en helpt tegelijkertijd verweking tegen te gaan.
Het bevordert de hardbaarheid en de deoxidatie en draagt bij aan de sterkteontwikkeling.
Werkt hoofdzakelijk als deoxidatiemiddel en draagt in bescheiden mate bij aan de sterkte.
Meestal beperkt omdat een te hoog fosforgehalte de taaiheid kan verminderen en de kans op segregatie kan vergroten.
Gecontroleerd, omdat insluitingen de vermoeiingssterkte, taaiheid en directionele eigenschappen kunnen beïnvloeden.
Het chroomgehalte ligt aanzienlijk lager dan dat van roestvrij staal. Onbehandeld 8620-staal kan corroderen en heeft mogelijk olie, een coating, een galvanische laag of een ander goedgekeurd beschermingssysteem nodig, afhankelijk van de gebruiksomstandigheden.
Wat verandert er door carboneren?
Bij hoge temperaturen diffundeert koolstof in het oppervlak. Door het daaropvolgende afkoelen kan een harde, koolstofverrijkte laag ontstaan; temperen zorgt voor de bruikbare conditie. Dit is een verandering in het staal zelf, geen extra coating. Het overzicht van Bodycote over carboneren legt de verrijkings-, hardings- en temperingsfasen uit.
De buitenlaag gaat geleidelijk over in de kern met een lager koolstofgehalte. De kern kan tijdens de thermische cyclus ook harder worden: "hardere kern" betekent niet dat deze in zijn oorspronkelijke, zachte toestand blijft. De reactie hangt af van de hardbaarheid van de legering, de doorsnede en de afkoeling.
Oppervlaktehardheid, effectieve diepte en totale diepte verschillen.
- Oppervlakte hardheid: een meting nabij de buitenkant, uitgevoerd met een geschikte test voor het onderdeel en de laag.
- Effectieve casusdiepte: afstand van het oppervlak tot een gespecificeerd hardheidscriterium, gemeten op de gespecificeerde locatie.
- Totale diepte van de zaak: De mate waarin de coating is gewijzigd door de gespecificeerde metallurgische of chemische methode. Dit is niet hetzelfde als de effectieve diepte.
- Kernhardheid: Een afzonderlijk resultaat op een vooraf afgesproken interne locatie. Dezelfde oppervlaktehardheid kan gepaard gaan met verschillende reacties van de kern.
Plan de warmtebehandelingsroute rondom het afgewerkte onderdeel.
Het koolstofpotentieel – de neiging van de atmosfeer om koolstof te leveren – werkt samen met temperatuur en tijd. Ovenbelasting, uniformiteit van de atmosfeer, eerdere microstructuur, doorsnede, afkoelingsoverdracht, olieconditie, roeren en temperen beïnvloeden allemaal het uiteindelijke profiel en de vervorming.
Machine- en planvergoedingen
Bewerk het onderdeel grofweg in een geschikte, soepele toestand. Zorg voor voldoende materiaal voor de nabewerking en identificeer vervormingsgevoelige kenmerken, scherpe overgangen, dunne wanden en afgedekte oppervlakken.
Carburiseren tot een gecontroleerd profiel
Beheers de atmosfeer, temperatuur en tijd om de gewenste koolstofgradiënt te ontwikkelen. De indringdiepte kan niet alleen op basis van uren worden gegarandeerd zonder bewijs van procescapaciteit.
Blus en temperen
Kies de hardingsmethode op basis van de structuur van de buitenlaag, de reactie van de kern en het dimensionale risico. Ontlaten vermindert spanning en zorgt voor de optimale balans tussen bruikbare hardheid en taaiheid.
Voltooi en inspecteer
Slijp of bewerk de kritieke onderdelen en controleer vervolgens de effectieve indringdiepte, de hardheid van de kern en de buitenlaag, de microstructuur (indien nodig), de afmetingen, scheuren en de oppervlaktekwaliteit.
Houd rekening met het oppervlak dat tijdens de afwerking wordt verwijderd.
Illustratieve berekening van de tolerantie: stel dat de effectieve hardingsdiepte vóór het slijpen 0.90 mm bedraagt. Door 0.15 mm loodrecht op dat oppervlak te verwijderen, blijft er ongeveer 0.75 mm over tot dezelfde hardheidsgrens, mits het slijpen het profiel niet thermisch verandert. Bij een buitendiameter verwijdert een diameterreductie van 0.30 mm 0.15 mm radiaal aan elke zijde.
Als de uiteindelijke tekening een minimale dikte van 0.80 mm op die locatie vereist, is dit voorbeeld te kort, zelfs als een oppervlaktehardheidstest slaagt. De berekening verklaart waarom de vereisten voor de hardingsdiepte moeten aangeven of ze vóór of na de afwerking gelden. Bij de eindinspectie moet ook worden gelet op slijpschade en het daadwerkelijke profiel.
Houd de casus en de kernvereisten aan elkaar gekoppeld.
Een dunne pen en een dikke tandwielnaaf koelen mogelijk niet met dezelfde snelheid af. Een klein proefstukje kan helpen bij het monitoren van een proces, maar het moet representatief zijn voor het onderdeel waarvan de eigenschappen ermee worden aangetoond. Oppervlaktehardheid garandeert niet de vermoeiingssterkte van de tandwortel, de taaiheid in het midden of de afwezigheid van afschrikbarsten.
8620, 8620H of 4140: welke vraag ben je aan het oplossen?
Kies 8620 voor een gecarburiseerd oppervlak en een ondersteunende kern.
Het is een veelgebruikt uitgangspunt voor tandwielen, spiebanen, pinnen en bussen waar oppervlakteslijtage een rol speelt. De keuze hangt echter nog steeds af van de belasting, geometrie, smering, laagdikte, kernrespons en vereiste levensduur. Een componentnaam is geen garantie voor goedkeuring voor elk gebruiksniveau.
Specificeer 8620H wanneer controle over de hardbaarheid van belang is.
De toevoeging H duidt op een hardbaarheidsgecontroleerde kwaliteit. Dit betekent niet dat een geleverde staaf al gehard is of een hogere oppervlaktehardheid zal bereiken. Toegestane chemische samenstellingen kunnen afwijken van die van gewoon staal 8620; acceptatie is gebaseerd op de gespecificeerde hardbaarheidslimieten en niet alleen op de chemische samenstelling. ASTM A304 beschrijft deze eisen voor H-kwaliteit staven.
De Jominy-eindafschrikproef meet de hardheid op toenemende afstanden van een in water afgeschrikt uiteinde. Deze proef karakteriseert de reactie op veranderende afkoelingsomstandigheden. Deze afstand is niet gelijk aan de diepte van de gecarburiseerde laag en is niet automatisch gelijk aan de hardingsdiepte in uw onderdeel. ASTM A255 beschrijft de proef en de rapportagebasis.
Vergelijk 4140 wanneer de kracht in het gedeelte domineert.
4140 heeft een hoger nominaal koolstofgehalte en wordt doorgaans gehard en getemperd voor een hogere bulksterkte. Indien nodig kan het ook een aparte oppervlaktebehandeling ondergaan. Voor een as waarbij de sterkte in de doorsnede belangrijker is dan de gecarburiseerde slijtlaag, is het aan te raden de geschikte productiemethode te vergelijken met 8620. Zie de eigenschappen en warmtebehandeling van 4140 voor een gedetailleerde beschrijving van het alternatief.
Hardheid beschrijft de weerstand tegen indrukking op een bepaalde plaats. Hardbaarheid beschrijft het vermogen om onder bepaalde afkoelingsomstandigheden een geharde structuur te ontwikkelen. Geen van beide eigenschappen op zich bepaalt de vermoeiingslevensduur van een component.
Verspanen, lassen en repareren zijn afhankelijk van de actuele toestand.
Bewerk de onderdelen met de machine voordat de uiteindelijke harding plaatsvindt.
Draaien, boren, frezen en ruimen worden doorgaans gepland in een geschikte, zachtere toestand. Specificeer de inkomende hardheid als bewerkingsconsistentie belangrijk is, houd de afgesproken afwerkingskwaliteit aan en identificeer oppervlakken die beschermd moeten worden tegen carboneren. Een afgedekt kenmerk en een blootgesteld tandoppervlak kunnen verschillende behandelingsvereisten hebben.
Na het harden kan slijpen, honen of een andere geschikte harde bewerking nodig zijn. Controleer de materiaalafname, rondloopnauwkeurigheid, afwerking en oppervlakteschade. Een onderdeel kan aan de afmetingseisen voldoen, maar niet aan de eisen voor hardingsdiepte of oppervlaktekwaliteit.
Behandel een gecarburiseerd onderdeel niet op dezelfde manier als onbehandeld staal tijdens het lassen.
Lassen verandert plaatselijk de materiaaleigenschappen. De met koolstof verrijkte laag en een snel afkoelende warmtebeïnvloede zone kunnen leiden tot scheurvorming en risico's voor de materiaaleigenschappen. Indien lassen onderdeel is van het ontwerp, plan de volgorde ervan dan vóór de uiteindelijke oppervlakteharding en beoordeel het volledige proces. Reparatie van een reeds gehard tandwiel vereist specifieke technische goedkeuring.
Bij een booggelaste constructie moet de procedure rekening houden met waterstofbeheersing, de feitelijke samenstelling, dikte, fixatie, warmte-inbreng, voorverwarming/tussenlaagcondities en eventuele nabewerking. De richtlijnen van TWI met betrekking tot waterstofscheuren leggen uit waarom deze factoren samenhangen. Een keuze voor een vulmateriaal of een voorverwarmingstemperatuur die is overgenomen van een andere klus, is niet voldoende om een 8620-reparatie te kwalificeren.
Laserlassen, reinigen en markeren vereisen ook proeven onder de daadwerkelijke omstandigheden. Een succesvol resultaat op onbehandeld staafmateriaal bewijst niet dat een afgewerkt gecarburiseerd oppervlak zijn hardheidsprofiel, afmetingen of vermoeiingsrelevante oppervlaktekwaliteit behoudt.
Wat moet er op de tekening en in de bestelling vermeld staan?
Definieer het aan te schaffen materiaal en het bewijsmateriaal dat na de behandeling nodig is. Een materiaaltestrapport (MTR) voor de oorspronkelijke warmtebron ondersteunt de traceerbaarheid en de chemische samenstelling; het certificeert de uiteindelijke zaak echter niet automatisch.
- Product en conditie: Kwaliteit, productnorm, vorm, formaat, leveringsvoorwaarden, hoeveelheid en traceerbaarheid van warmte/batch.
- Hardbaarheid indien nodig: De H-score of overeengekomen band, de methode en hoe deze zich verhoudt tot het bepalende onderdeel.
- Eindoppervlak en diepte: Hardheidsbereik, effectieve diepte en tolerantie, hardheidscriterium, testlocatie, methode en of de resultaten na afwerking nog van toepassing zijn.
- Kern en metallurgie: Kerntestlocatie en eigenschapslimieten; microstructuur, resterend austeniet of reinheidslimieten waar het ontwerp dit vereist.
- Afmetingen en releasedatum: Maskeren, slijpen van materiaal, vervormingstolerantie, uiteindelijke afmeting/rondloop, oppervlakteafwerking, scheurinspectie en wie bevoegd is om reparatie of afwijking goed te keuren.
Resterend austeniet is austeniet dat overblijft na het afkoelen; de hoeveelheid ervan kan van belang zijn voor de dimensionale stabiliteit en het gedrag tijdens gebruik. Vraag alleen om een limiet en meetmethode wanneer dit gerechtvaardigd is door de eisen van het onderdeel, in plaats van een algemene materiaallijst als specificatie te beschouwen.
Zijn internationale "equivalenten" onderling verwisselbaar?
De aanduidingen 20NiCrMo2-2 / 1.6523 en SNCM220-familie komen voor in commerciële kruisverwijzingstabellen. Deze dienen als uitgangspunt voor vergelijking. Controleer de daadwerkelijke standaarduitgaven, samenstelling, hardbaarheid, leveringsconditie, productvorm en testen, en vraag vervolgens goedkeuring aan de tekenautoriteit alvorens een vervanging uit te voeren.
Bronnen en gegevensbereik
- Laxcon Steels — SAE 8620: basissamenstelling en het onderscheid tussen gewone en hardbaarheidsgecontroleerde kwaliteiten.
- Online Metals — Productgids 8620De referentiewaarden van 92 ksi, 52 ksi en 26% worden niet in de tabel vermeld; de tabel zelf specificeert geen volledige warmtebehandeling/testconditie.
- Vulcan — Oppervlaktehardingsstaal, gedrukt op p. 20: typische eigenschappen van het gewalste materiaal en de hardheid van het gecarburiseerde oppervlak. De samenstellingstabel omvat bredere bereiken; deze is niet samengevoegd met de bovenstaande SAE-samenstelling.
- Hillfoot — 8620, onbehandeld/zoals opgerold: beschrijving van de leveringsvoorwaarden en afwezigheid van een gespecificeerde set mechanische eigenschappen. De chemische limieten verschillen van die in andere leverancierstabellen.
- Bodycote — Atmosferische carbonisatie: koolstofverrijking gevolgd door harden en temperen.
- ASTM A322, ASTM A304 en ASTM A255: reikwijdte van legeringsstaven, acceptatie van H-kwaliteit en testmethoden voor hardbaarheid.
- TWI — Waterstofscheuren in staal: mechanismen en bijdragende variabelen bij lasscheuren.
Plan een proefvaart op het echte 8620-oppervlak.
Voor een laserprocesbeoordeling met Oceanplayer Laser dient u de materiaalspecificaties, de huidige warmtebehandeling en behuizingsconditie, de geometrie van het onderdeel, eventuele coatings of verontreinigingen en het gewenste resultaat door te geven. Geef aan welke oppervlakken hun hardheid, laagdikte of afmetingen moeten behouden.