M4 Tool Steel: Eigenschaften, Anwendungen, Fertigungshandbuch

M4 tool steel is a high-performance high-speed steel (HSS) für seine außergewöhnlichen Feierlichkeiten gefeiert Resistenz tragen Und hohe heiße Härte—traits driven by its high carbon content and balanced alloy blend. Im Gegensatz zu Standard -HSS wie M2, its elevated carbon (0.95-1.20%) forms more hard carbides, making it a top choice for precision cutting tools, stirbend bilden, und kritische Komponenten in der Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie. In diesem Leitfaden, Wir werden seine Schlüsselmerkmale aufschlüsseln, reale Verwendungen, Herstellungsprozesse, und wie es im Vergleich zu anderen Materialien ist, helping you select it for projects that demand extreme durability and sharpness retention.

1. Key Material Properties of M4 Tool Steel

M4’s performance is rooted in its precisely calibrated Chemische Zusammensetzung—especially high carbon—which amplifies its mechanical strength and wear resistance, seine robusten Eigenschaften formen.

Chemische Zusammensetzung

M4’s formula prioritizes carbide formation for wear resistance, mit festen Bereichen für Schlüsselelemente:

• Kohlenstoffgehalt: 0.95-1.20% (höher als M2, forming more tungsten/vanadium carbides to boost Resistenz tragen und Kantenretention)
• Chromgehalt: 3.75-4.25% (bildet hitzebeständige Carbide zur zusätzlichen Verschleißfestigkeit und sorgt für eine gleichmäßige Wärmebehandlung)
• Wolframinhalt: 5.50-6.75% (Kernelement für hohe heiße Härte—resists softening at 600°C+ during high-speed cutting)
• Molybdängehalt: 4.75-5.50% (Arbeitet mit Wolfram zusammen, um die heiße Härte zu verbessern und die Sprödigkeit zu verringern)
• Vanadiuminhalt: 1.75-2.25% (verfeinert die Korngröße, verbessert die Zähigkeit, und bildet harte Vanadiumcarbide für überlegene Verschleißfestigkeit)
• Manganinhalt: 0.20-0.40% (Steigert die Härtbarkeit, ohne grobe Carbide zu erzeugen, die den Stahl schwächen)
• Siliziumgehalt: 0.15-0.35% (AIDS-Desoxidation während der Herstellung und stabilisiert Hochtemperaturleistung)
• Phosphorgehalt: ≤ 0,03% (streng kontrolliert, um kalte Brechtigkeit zu verhindern, kritisch für Tools, die bei der Speicherung mit niedriger Temperatur verwendet werden)
• Schwefelgehalt: ≤ 0,03% (Ultra-niedrig zu pflegen Zähigkeit und vermeiden Sie das Knacken während der Bildung oder Bearbeitung)

Physische Eigenschaften

Mechanische Eigenschaften

Nach Standard -Wärmebehandlung (Glühen + Quenching + Temperieren), M4 delivers industry-leading performance for high-demand applications:

• Zugfestigkeit: ~ 2100-2600 MPA (ideal for high-cutting-force operations like milling hard tool steels)
• Ertragsfestigkeit: ~ 1700-2100 MPa (stellt sicher)
• Verlängerung: ~ 10-15% (In 50 MM - Moderate Duktilität, genug, um ein plötzliches Knacken während der Bearbeitung von Vibrationen zu vermeiden)
• Härte (Rockwell C -Skala): 63-69 HRC (Nach Wärmebehandlung - einstellbar: 63-65 HRC für harte Formwerkzeuge, 67-69 HRC für Verschleiß-resistente Schneidwerkzeuge)
• Ermüdungsstärke: ~ 850-1050 MPa (at 10⁷ cycles—perfect for tools under repeated cutting, Wie Produktionslinienfräsenschneider)
• Aufprallzählung: Moderat bis hoch (~ 35-45 J/cm² bei Raumtemperatur)- hochwertig als Keramikwerkzeuge, Reduzierung des Chipping -Risikos während des Gebrauchs

Andere kritische Eigenschaften

• Ausgezeichneter Verschleißfestigkeit: High carbon-driven carbides resist abrasion 20-25% Besser als M2, ideal for machining hard metals like Inconel or hardened steel.
• Hohe heiße Härte: Behält ~ 60 HRC bei 600 ° C (on par with premium HSS, critical for high-speed cutting at 500+ m/my).
• Gute Zähigkeit: Mit Härte ausgeglichen, Es stand also geringfügigen Auswirkungen (Z.B., Werkzeugwerkkontakt) ohne zu brechen.
• Verarbeitbarkeit: Gut (Vor Wärmebehandlung)—annealed M4 (Härte ~ 220-250 Brinell) ist maschinell mit Carbid -Werkzeugen; Vermeiden Sie die Bearbeitung nach Härten (63-69 HRC).
• Schweißbarkeit: Mit Vorsicht - Hochkohlenstoffgehalt erhöht das Rissrisiko; Vorheizen (350-400° C) Für die Reparatur von Werkzeugen sind die Nachscheiben-Temperatur erforderlich.

2. Real-World Applications of M4 Tool Steel

M4’s carbide-rich composition makes it ideal for high-wear cutting and forming applications. Hier sind seine häufigsten Verwendungszwecke:

Schneidwerkzeuge

• Fräser: End mills for machining hardened steel (50+ HRC) use M4—Resistenz tragen Schärfe beibehält 30% länger als M2, Reduzierung der Häufigkeit der Regler.
• Drehwerkzeuge: Lathe tools for aerospace component machining (Z.B., titanium shafts) use M4—hot hardness resists softening at 550-600°C, Verbesserung der Produktionseffizienz durch 40%.
• Ränen: Internal broaches for shaping high-strength gears use M4—toughness resists chipping, and wear resistance ensures precision over 12,000+ Teile.
• Reibahlen: Präzisionsreamer für enge Toleranzlöcher (± 0,0005 mm) in automotive engine parts use M4—wear resistance maintains consistent hole quality over 18,000+ Reichen.

Fallbeispiel: A tool shop used M2 for milling 55 HRC hardened steel parts. Die M2 -Schneiden stumpften danach 120 Teile. They switched to M4, Und die Cutter dauerten 180 Teile (50% länger)—Regieren Sie die Zeit nach der Zeit von 35% und sparen $18,000 jährlich.

Werkzeuge bilden

• Schläge: Hochgeschwindigkeitsschläge zum Stempeln dicker Metallblätter (Z.B., 8 MM Edelstahl) use M4—Ausgezeichneter Verschleißfestigkeit Griffe 220,000+ Stempel (40,000 mehr als M2).
• Stirbt: Cold-forming dies for shaping high-strength fasteners use M4—toughness resists pressure, und Verschleißfestigkeit reduziert defekte Teile durch 65%.
• Stempelwerkzeuge: Fine stamping tools for electronics connectors use M4—hardness (67-69 HRC) sorgt sauber, burr-freie Schnitte.

Luft- und Raumfahrt & Automobilindustrie

• Luft- und Raumfahrtindustrie: Cutting tools for machining turbine blades (Inconel 718) use M4—hohe heiße Härte Griff 600 ° C Schneidtemperaturen, which would soften lower-grade HSS.
• Automobilindustrie: High-speed cutting tools for machining transmission gears (Ausgehärteter Stahl) use M4—wear resistance reduces tool replacement by 25%, Produktionskosten senken.

Maschinenbau

• Getriebe: Heavy-duty gears for industrial machinery (Z.B., mining conveyors) use M4—wear resistance extends lifespan by 25% vs. M2, Reduzierung der Wartung.
• Wellen: Drive shafts for high-torque equipment (Z.B., industrial mixers) use M4—tensile strength (2100-2600 MPA) stand den schweren Lasten, und Müdigkeitstärke widersetzt sich wiederholten Stress.
• Lager: High-load bearings for construction equipment use M4—wear resistance reduces friction, Senkung der Wartungsfrequenz durch 50%.

3. Manufacturing Techniques for M4 Tool Steel

Producing M4 requires precision to control carbide formation and optimize performance. Hier ist der detaillierte Prozess:

1. Metallurgische Prozesse (Kompositionskontrolle)

• Elektrischer Lichtbogenofen (EAF): Primärmethode - STAELSCHRAFT, Wolfram, Molybdän, Vanadium, und Kohlenstoff werden bei 1.650-1.750 ° C geschmolzen. Sensoren Monitor Chemische Zusammensetzung Kohlenstoff halten (0.95-1.20%) and other elements within range—critical for carbide formation.
• Basis -Sauerstoffofen (Bof): Für groß an; Sauerstoff passt den Kohlenstoffgehalt ein. Legierungen (Wolfram, Vanadium) werden nach dem Blowing hinzugefügt, um Oxidation zu vermeiden.

2. Rollprozesse

• Heißes Rollen: Geschmolzene Legierung wird ingots geworfen, erhitzt auf 1.100-1.200 ° C., und rollte in Stangen, Teller, oder Draht. Heiße Rolling bricht große Carbide und Formen Werkzeugblanks nieder (Z.B., Cutterkörper).
• Kaltes Rollen: Für dünne Blätter verwendet (Z.B., Kleine Punschblanks)-Schnalte mit Raumtemperatur, um die Oberflächenbeschaffung zu verbessern. Nach dem Rollenglühen (700-750° C) stellt die Verarbeitbarkeit wieder her.

3. Wärmebehandlung (Critical for Carbide Performance)

• Glühen: Erhitzt auf 850-900 ° C für 2-4 Std., langsam abgekühlt (50° C/Stunde) bis ~ 600 ° C.. Reduziert die Härte zu 220-250 Brinell, Machenschaft machen und interne Stress lindern.
• Quenching: Erhitzt auf 1.200-1.250 ° C. (Austenitisierung) für 30-60 Minuten, in Öl gelöscht. Verhärtet 67-69 HRC; Luftlöschung reduziert die Verzerrung, senkt jedoch die Härte zu 63-65 HRC.
• Temperieren: Reheated to 500-550°C for 1-2 Std., luftgekühlt. Balden heiße Härte und Zähigkeit - kritisch zum Schneiden von Werkzeugen; vermeidet Übertemperatur, was den Verschleißfestigkeit verringert.
• Stressabbau Glühen: Obligatorisch-auf 600-650 ° C erhitzt für 1 Stunde nach der Bearbeitung, um Stress zu reduzieren, Verhinderung von Rissen beim Löschen.

4. Bildung und Oberflächenbehandlung

• Formenmethoden:
• Drücken Sie die Formung: Hydraulische Pressen (5,000-10,000 Tonnen) shape M4 plates into tool blanks—done before heat treatment.
• Schleifen: Nach Wärmebehandlung, Diamanträder refinieren Kanten auf ± 0,0005 mm Toleranzen (Z.B., Reamer -Flöten) Schärfe bewahren.
• Bearbeitung: CNC mills with carbide tools shape annealed M4 into cutting geometries—coolant prevents overheating and carbide damage.
• Oberflächenbehandlung:
• Nitriding: Erhitzt auf 500-550 ° C in Stickstoff, um a zu bilden 5-10 μm Nitridschicht - steigt den Verschleiß Widerstand durch 25%.
• Beschichtung (PVD/CVD): Titanaluminiumnitrid (PVD) Beschichtungen reduzieren die Reibung, extending tool life by 2x for high-speed cutting.
• Härten: Endgültige Wärmebehandlung (Quenching + Temperieren) reicht für die meisten Anwendungen aus - keine zusätzliche Oberflächenhärten benötigt.

5. Qualitätskontrolle (Leistungssicherung)

• Härteprüfung: Rockwell C-Tests überprüfen die Härte nach der Temperation (63-69 HRC) und heiße Härte (≥ 60 h bei 600 ° C).
• Mikrostrukturanalyse: Bestätigt eine gleichmäßige Carbidverteilung (Keine großen Carbide, die ein Splitter- oder Kantenausfall verursachen).
• Dimensionale Inspektion: CMMS -Überprüfungswerkzeugabmessungen für Präzision (Z.B., Mahlschneiderzahnabstand).
• Tragen Sie Tests: Simuliert Hochgeschwindigkeitsschnitte (Z.B., Bearbeitung 55 HRC steel at 450 m/my) Um das Werkzeugleben zu messen.
• Zugprüfung: Überprüft die Zugfestigkeit (2100-2600 MPA) und Ertragsfestigkeit (1700-2100 MPA) to meet M4 specifications.

4. Fallstudie: M4 Tool Steel in Hardened Steel Machining

A automotive parts manufacturer used M2 for milling 58 HRC hardened steel gears but faced frequent tool changes (jeder 100 Teile) und hohe Kosten für die Kosten. They switched to M4, mit den folgenden Ergebnissen:

• Werkzeugleben: M4 cutters lasted 160 Teile (60% länger als M2)- Reduzierungswerkzeugänderungen nach 37%.
• Kosten beruhigen: Weniger Regrinds gespeichert $12,000 Jährlich in der Arbeit und der Werkzeugreparatur.
• Kosteneinsparungen: Despite M4’s 25% höhere Voraussetzungen, Der Hersteller spart $30,000 Jährlich über reduziertes Werkzeugersatz und Regler.

5. M4 Tool Steel vs. Andere Materialien

How does M4 compare to M2 and other high-performance materials? Lassen Sie es uns aufschlüsseln:

Anwendungseignung

• Hardened Steel Machining: M4 outperforms M2 (Besserem Widerstand) für 50+ HRC steel—ideal for gear or die machining.
• Precision Cutting: M4 is superior to D2 (Bessere Zähigkeit) for reamers or broaches—reduces chipping and ensures tight tolerances.
• Luft- und Raumfahrtkomponenten: M4 balances hot hardness and cost better than titanium—suitable for cutting Inconel or titanium parts.

Yigu Technology’s View on M4 Tool Steel

Bei Yigu Technology, M4 stands out as a top choice for high-wear cutting applications. Its high carbon-driven Resistenz tragen Und heiße Härte make it ideal for clients in aerospace, Automobil, und Präzisionswerkzeug. We recommend M4 for machining hardened steel, Inconel, and high-strength alloys—where it outperforms M2 (längeres Werkzeugleben) und D2 (Bessere Zähigkeit). Während teurer im Voraus, Die Haltbarkeit senkt die Wartungs- und Ersatzkosten, Übereinstimmung mit unserem Ziel, nachhaltig zu sein, Hochleistungslösungen für leistungsstarke Herstellungslösungen.

FAQ

1. Is M4 tool steel better than M2 for machining hardened steel?

Yes—M4’s higher carbon content forms more carbides, es machen 20-25% more wear-resistant than M2. It’s ideal for machining 50+ HRC hardened steel, as it retains sharpness longer and reduces regrinding.

2. Can M4 be used for non-hardened materials (Z.B., Aluminium)?

Ja, Aber es ist übergeklagt. M4 works for aluminum machining, but M2 is cheaper and sufficient for most non-hardened applications. Reserve M4 for hard metals to maximize cost-effectiveness.

3. How does M4 compare to D2 tool steel for cutting tools?

M4 has similar wear resistance to D2 but better toughness (35-45 J/cm² vs. D2’s low toughness), Reduzierung des Chipping -Risikos. M4 also has higher hot hardness, making it better for high-speed cutting—D2 is better for cold-work dies, not high-speed tools.