M50 Structural Steel: Eigenschaften, Anwendungen, Fertigungshandbuch

M50 structural steel is a high-performance alloy renowned for its exceptional Resistenz tragen, hohe heiße Härte, and robust strength—traits driven by its unique Chemische Zusammensetzung (high carbon and chromium content). Im Gegensatz zu Standardstählen strukturell, es ist 27.00-30.00% chromium forms a dense protective layer, während 1.20-1.50% carbon creates hard carbides, making it ideal for demanding applications like aerospace turbine parts, Medizinische Implantate, and high-performance tools. 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 durability and precision.

1. Key Material Properties of M50 Structural Steel

M50’s performance is rooted in its precisely calibrated Chemische Zusammensetzung—especially high carbon and chromium—which amplifies its mechanical strength, Resistenz tragen, and high-temperature resilience.

Chemische Zusammensetzung

M50’s formula prioritizes durability and high-temperature performance, mit festen Bereichen für Schlüsselelemente:

• Hoher Kohlenstoffgehalt: 1.20-1.50% (forms hard carbides with chromium/vanadium to boost Resistenz tragen und Kantenretention, critical for tools and moving parts)
• Chromgehalt: 27.00-30.00% (the highest among common structural steels—forms a thick oxide layer for Hervorragende Korrosionsbeständigkeit and heat-resistant carbides)
• Vanadiuminhalt: 2.00-2.75% (verfeinert die Korngröße, verbessert die Zähigkeit, and forms ultra-hard vanadium carbides that enhance wear resistance at high temperatures)
• Manganinhalt: 0.20-0.60% (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, essential for parts used in low-temperature environments)
• 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), M50 delivers industry-leading performance for demanding applications:

• Zugfestigkeit: ~ 2000-2500 MPA (ideal for load-bearing parts like aerospace fasteners and automotive transmission components)
• Ertragsfestigkeit: ~ 1600-2000 MPa (ensures parts retain their shape under heavy loads, like engine gears or turbine shafts)
• Verlängerung: ~ 10-15% (In 50 MM - Moderate Duktilität, enough to avoid sudden cracking during installation or use)
• Härte (Rockwell C -Skala): 62-66 HRC (Nach Wärmebehandlung - einstellbar: 62-63 HRC for tough parts like bearings, 65-66 HRC for wear-resistant tools)
• Ermüdungsstärke: ~ 700-800 MPa (at 10⁷ cycles—perfect for parts under repeated stress, like aircraft turbine blades or automotive engine valves)
• Aufprallzählung: Mäßig (~25-35 J/cm² at room temperature)—lower than low-alloy steels but sufficient for non-impact applications (avoid heavy shock loads).

Andere kritische Eigenschaften

• Ausgezeichneter Verschleißfestigkeit: Chromium and vanadium carbides resist abrasion 3-4x better than standard stainless steels (like 440C), extending part lifespan.
• Hohe heiße Härte: Retains ~58 HRC at 600°C (far higher than 420 Edelstahl)—critical for high-temperature parts like turbine blades or engine exhaust components.
• Gute Zähigkeit: Mit Härte ausgeglichen, so it withstands moderate stress without breaking (Z.B., automotive transmission gears under torque).
• Verarbeitbarkeit: Gut (Vor Wärmebehandlung)—annealed M50 (Härte ~ 220-250 Brinell) ist maschinell mit Carbid -Werkzeugen; Vermeiden Sie die Bearbeitung nach Härten (62-66 HRC).
• Schweißbarkeit: With caution—high carbon and chromium content increase cracking risk; Vorheizen (350-400° C) and post-weld tempering are required for part repairs.

2. Real-World Applications of M50 Structural Steel

M50’s blend of strength, Resistenz tragen, and high-temperature performance makes it ideal for industries that demand reliability in harsh conditions. Hier sind seine häufigsten Verwendungszwecke:

Luft- und Raumfahrtindustrie

• Flugzeugkomponenten: Engine turbine blades use M50—hohe heiße Härte retains shape at 600°C+ engine temperatures, and wear resistance handles high-speed rotation.
• Turbinenklingen: Gas turbine blades in aircraft auxiliary power units (Apus) use M50—fatigue strength resists repeated stress, and corrosion resistance withstands engine fluids.
• Befestigungselemente: High-strength bolts and nuts for aircraft wings use M50—tensile strength (2000-2500 MPA) Unterstützt strukturelle Belastungen, and corrosion resistance resists atmospheric moisture.

Fallbeispiel: An aerospace manufacturer used 440C stainless steel for turbine blades but faced replacement every 3,000 Flugstunden. They switched to M50, and blades lasted 5,000 Std. (67% länger)—cutting maintenance costs by $400,000 jährlich.

Automobilindustrie

• Hochleistungskomponenten: Racing engine valves use M50—hohe heiße Härte withstands 550°C+ exhaust temperatures, and wear resistance reduces valve seat wear.
• Motorteile: High-performance engine camshafts use M50—toughness resists torque, and wear resistance extends service life by 2x vs. Standardstahl.
• Übertragungskomponenten: Heavy-duty transmission gears use M50—tensile strength handles high torque, and fatigue strength resists repeated shifting stress.

Industriemaschinerie & Medizinische Industrie

• Industriemaschinerie:
• Getriebe: Large industrial gearbox gears use M50—wear resistance reduces tooth wear, und Kraft behandelt schwere Lasten.
• Wellen: Drive shafts for mining equipment use M50—corrosion resistance withstands mine water, and toughness resists bending.
• Lager: High-load bearings for steel mills use M50—wear resistance reduces friction, Senkung der Wartungsfrequenz durch 50%.
• Medizinische Industrie:
• Chirurgische Instrumente: Precision scalpels and forceps use M50—Ausgezeichneter Verschleißfestigkeit retains sharpness, und Korrosionsresistenz stand der Autoklavensterilisation.
• Orthopädische Implantate: Hip joint components use M50—biocompatibility (Keine giftigen Elemente) ensures safety, and wear resistance reduces implant degradation.

Werkzeugherstellung

• Schneidwerkzeuge: High-speed drill bits and end mills use M50—Resistenz tragen drills 2x more holes than M2 tool steel before dulling.
• Forming tools: Cold-forming dies for metal stamping use M50—toughness resists pressure, and wear resistance maintains die precision over 100,000+ Stempel.

3. Manufacturing Techniques for M50 Structural Steel

Producing M50 requires precision to control its high chromium and carbon content, Gewährleistung einer konsequenten Leistung. Hier ist der detaillierte Prozess:

1. Metallurgische Prozesse (Kompositionskontrolle)

• Elektrischer Lichtbogenofen (EAF): Primärmethode - STAELSCHRAFT, Chrom, Vanadium, und Kohlenstoff werden bei 1.650-1.750 ° C geschmolzen. Sensoren Monitor Chemische Zusammensetzung to keep chromium (27.00-30.00%) und Kohlenstoff (1.20-1.50%) within range—critical for wear resistance.
• Basis -Sauerstoffofen (Bof): Für groß an; Sauerstoff passt den Kohlenstoffgehalt ein. Chromium and vanadium are added post-blowing to avoid oxidation.

2. Rollprozesse

• Heißes Rollen: Geschmolzene Legierung wird ingots geworfen, erhitzt auf 1.100-1.200 ° C., und rollte in Stangen, Teller, oder Blätter. Hot rolling breaks down large carbides and shapes the material into part blanks (Z.B., turbine blade forging stock).
• Kaltes Rollen: Für dünne Blätter verwendet (Z.B., surgical instrument blanks)-Schnalte mit Raumtemperatur, um die Oberflächenbeschaffung zu verbessern. Nach dem Rollenglühen (700-750° C) stellt die Verarbeitbarkeit wieder her.

3. Wärmebehandlung (Für die Leistung kritisch)

• 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: Heated to 1,050-1,100°C (Austenitisierung) für 30-60 Minuten, in Öl gelöscht. Verhärtet 65-66 HRC; Luftlöschung reduziert die Verzerrung, senkt jedoch die Härte zu 62-63 HRC (ideal for precision parts like implants).
• Temperieren: Reheated to 500-550°C for 1-2 Std., luftgekühlt. Balden heiße Härte and toughness—critical for high-temperature parts; 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 (especially for thin parts like surgical blades).

4. Bildung und Oberflächenbehandlung

• Formenmethoden:
• Drücken Sie die Formung: Hydraulische Pressen (5,000-8,000 Tonnen) shape M50 plates into large parts like turbine blade blanks—done before heat treatment.
• Schleifen: Nach Wärmebehandlung, Diamanträder verfeinern Präzisionsteile (Z.B., Medizinische Implantate) to tolerances of ±0.001 mm, ensuring fit and function.
• Bearbeitung: CNC mills with carbide tools shape annealed M50 into complex parts (Z.B., Zahnradzähne)—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 30% (ideal for bearings or gears).
• Beschichtung (PVD/CVD): Titanaluminiumnitrid (PVD) Beschichtungen werden zum Schneiden von Werkzeugen aufgetragen - reduziert die Reibung, extending tool life by 2x.
• 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 (62-66 HRC) und heiße Härte (≥58 HRC at 600°C).
• Mikrostrukturanalyse: Bestätigt eine gleichmäßige Carbidverteilung (no large carbides that cause part failure) und ordnungsgemäßes Temperieren (Kein spröde Martensit).
• Dimensionale Inspektion: CMMs check precision parts (Z.B., Medizinische Implantate) for size accuracy—ensures compliance with industry standards.
• Korrosionstest: Salzspray -Tests (Per ASTM B117) verifizieren Hervorragende Korrosionsbeständigkeit—critical for aerospace and medical parts.
• Zugprüfung: Überprüft die Zugfestigkeit (2000-2500 MPA) und Ertragsfestigkeit (1600-2000 MPA) to meet M50 specifications.

4. Fallstudie: M50 Structural Steel in Medical Orthopedic Implants

A medical device manufacturer used 316L stainless steel for hip joint implants but faced complaints of wear after 5-7 Jahre (requiring revision surgery). They switched to M50, mit den folgenden Ergebnissen:

• Resistenz tragen: M50 implants showed 70% Weniger Verschleiß danach 10 years—reducing revision surgery rates by 60%.
• Biokompatibilität: M50’s composition (Keine giftigen Elemente) met FDA standards, with no adverse patient reactions.
• Kosteneinsparungen: While M50 implants cost 40% mehr im Voraus, the lower revision rate saved hospitals $2.1 million annually in surgery costs.

5. M50 Structural Steel vs. Andere Materialien

How does M50 compare to other high-performance steels and metals? Lassen Sie es uns aufschlüsseln:

Anwendungseignung

• Aerospace Turbine Parts: M50 balances hot hardness (near M35) und Kosten (40% lower than M35)—ideal for turbine blades.
• Medizinische Implantate: M50 has better wear resistance than 316L and lower cost than titanium—safe for long-term use.
• Automotive High-Performance Parts: M50 outperforms 440C (höhere Stärke) and is cheaper than M35—perfect for racing engine components.
• Industriewerkzeuge: M50 has similar wear resistance to D2 but better machinability—suitable for cutting and forming tools.

Yigu Technology’s View on M50 Structural Steel

Bei Yigu Technology, M50 stands out as a versatile solution for high-demand applications. Es ist Ausgezeichneter Verschleißfestigkeit, hohe heiße Härte, and balanced strength make it ideal for clients in aerospace, medizinisch, und Automobilindustrie. We recommend M50 for turbine blades, orthopedic implants, and high-performance gears—where it outperforms 440C (längeres Leben) and offers better value than M35/titanium. While costlier than standard steels, its durability cuts maintenance/replacement costs, Übereinstimmung mit unserem Ziel, nachhaltig zu sein, Hochleistungslösungen für leistungsstarke Herstellungslösungen.

FAQ

1. Is M50 structural steel suitable for medical implants?

Yes—M50 is biocompatible (no toxic elements like nickel) and has Ausgezeichneter Verschleißfestigkeit, making it ideal for long-term implants like hip joints or knee replacements. It withstands body fluids and avoids wear-related complications.

2. Can M50 be used for low-temperature applications (Z.B., Kaltes Klima)?

Ja, but with caution—M50’s impact toughness decreases slightly at sub-zero temperatures. For cold-climate parts (Z.B., aerospace components in polar regions), temper it to 62-63 HRC (weicher, härter) Um das Knacken zu vermeiden.

3. How does M50 compare to titanium for aerospace parts?

M50 has higher hot hardness (58 HRC vs. titanium’s 25 HRC bei 600 ° C.) und niedrigere Kosten (1/4 the price of titanium). Titanium has better corrosion resistance, but M50 is sufficient for most aerospace applications (Z.B., Turbinenklingen) with proper surface treatment.