Acier à outils M4: Propriétés, Applications, Guide de fabrication

L'acier à outils M4 est un acier à grande vitesse haute performance (HSS) célébré pour son exceptionnel se résistance à l'usure et dureté chaude élevée—Traits entraînés par sa teneur élevée en carbone et son mélange en alliage équilibré. Contrairement à HSS standard comme M2, Son carbone élevé (0.95-1.20%) Forme plus de carbures durs, En faire un choix supérieur pour les outils de coupe de précision, former des matrices, et composants critiques dans les industries aérospatiales et automobiles. Dans ce guide, Nous allons briser ses traits clés, Utilise du monde réel, processus de fabrication, Et comment il se compare à d'autres matériaux, vous aider à le sélectionner pour des projets qui exigent une durabilité extrême et une conservation.

1. Propriétés des matériaux clés de l'acier à outils M4

Les performances de M4 sont enracinées dans son étalonnage précisément composition chimique- en particulier le carbone élevé - qui amplifie sa résistance mécanique et sa résistance à l'usure, façonner ses propriétés robustes.

Composition chimique

La formule de M4 priorise la formation de carbure pour la résistance à l'usure, avec des gammes fixes pour les éléments clés:

• Teneur en carbone: 0.95-1.20% (supérieur à M2, former plus de carbures de tungstène / vanadium pour augmenter se résistance à l'usure et rétention de bord)
• Teneur en chrome: 3.75-4.25% (Forme des carbures résistants à la chaleur pour une résistance à l'usure supplémentaire et assure un traitement thermique uniforme)
• Contenu en tungstène: 5.50-6.75% (élément de base pour dureté chaude élevée- Les résistances se ramollissent à 600 ° C + pendant la coupe à grande vitesse)
• Contenu molybdène: 4.75-5.50% (travaille avec du tungstène pour améliorer la dureté chaude et réduire la fragilité)
• Contenu de vanadium: 1.75-2.25% (affine la taille des grains, améliore la ténacité, et forme des carbures de vanadium dur pour une résistance à l'usure supérieure)
• Contenu du manganèse: 0.20-0.40% (stimule la durabilité sans créer de carbures grossiers qui affaiblissent l'acier)
• Contenu en silicium: 0.15-0.35% (Aide la désoxydation pendant la fabrication et stabilise les performances à haute température)
• Contenu du phosphore: ≤0,03% (strictement contrôlé pour empêcher la fragilité froide, critique pour les outils utilisés dans le stockage à basse température)
• Teneur en soufre: ≤0,03% (ultra-faible à maintenir dureté et éviter de craquer pendant la formation ou l'usinage)

Propriétés physiques

Propriétés mécaniques

Après un traitement thermique standard (recuit + éteinte + tremper), M4 offre des performances de pointe pour les applications à haute demande:

• Résistance à la traction: ~ 2100-2600 MPA (Idéal pour les opérations de force élevée à haute coupe comme les aciers à outil dur)
• Limite d'élasticité: ~ 1700-2100 MPA (Assure que les outils résistent à la déformation permanente sous des charges lourdes)
• Élongation: ~ 10-15% (dans 50 mm - ductilité modérée, assez pour éviter la fissuration soudaine pendant les vibrations d'usinage)
• Dureté (Échelle Rockwell C): 63-69 CRH (Après un traitement thermique - réglable: 63-65 HRC pour des outils de formation difficiles, 67-69 HRC pour les outils de coupe résistants à l'usure)
• Force de fatigue: ~ 850-1050 MPA (à 10⁷ cycles - parfait pour les outils sous coupe répétée, comme les fraises de la ligne de production)
• Résistance à l'impact: Modéré à élevé (~ 35-45 J / cm² à température ambiante)- les outils plus solides que la céramique, Réduire le risque d'écaillage pendant l'utilisation

Autres propriétés critiques

• Excellente résistance à l'usure: Les carbures élevés en carbone résistent à l'abrasion 20-25% Mieux que m2, Idéal pour l'usinage des métaux durs comme un inconvénient ou un acier durci.
• Dureté chaude élevée: Conserve ~ 60 HRC à 600 ° C (à égalité avec HSS premium, critique pour la coupe à grande vitesse à 500+ m / mon).
• Bonne ténacité: Équilibré avec la dureté, Il résiste donc aux impacts mineurs (Par exemple, Contact de la pièce d'outils) sans rupture.
• Machinabilité: Bien (Avant le traitement thermique)—Anède M4 (dureté ~ 220-250 Brinell) est machinable avec des outils en carbure; Évitez l'usinage après durcissement (63-69 CRH).
• Soudabilité: Avec prudence - une haute teneur en carbone augmente le risque de fissuration; préchauffage (350-400° C) et la trempe post-soudage est requise pour les réparations d'outils.

2. Applications réelles de l'acier à outils M4

La composition riche en carbure de M4 le rend idéal pour les applications de coupe et de formation. Voici ses utilisations les plus courantes:

Outils de coupe

• Frappeurs: Mills de fin pour l'usinage en acier durci (50+ CRH) un ma4-se résistance à l'usure maintient la netteté 30% plus long que m2, Réduire la fréquence de réduction.
• Outils de virage: Outils de tour pour l'usinage des composants aérospatiaux (Par exemple, arbres en titane) Utiliser M4 - La dureté de la bonneté résiste à l'adoucissement à 550-600 ° C, Amélioration de l'efficacité de la production par 40%.
• Broches: Broaches internes pour façonner, et la résistance à l'usure assure la précision 12,000+ parties.
• Alésus: RAMES DE PRÉCISION pour les trous de tolérance serrée (± 0,0005 mm) Dans les pièces du moteur automobile, utilisez M4 - la résistance aux vêtements maintient la qualité du trou constant sur 18,000+ rafales.

Exemple de cas: Une boutique d'outils a utilisé M2 pour le fraisage 55 Pièces en acier durcie HRC. Les coupeurs M2 ont terminé après 120 parties. Ils sont passés à M4, Et les coupeurs ont duré 180 parties (50% plus long)- Réduire le temps de regring par 35% et sauvegarder $18,000 annuellement.

Outils de formation

• Coups de poing: Coups de poing à grande vitesse pour tamponner des feuilles de métal épaisses (Par exemple, 8 acier inoxydable mm) un ma4-Excellente résistance à l'usure poignées 220,000+ tirettes (40,000 plus que m2).
• Décède: Dies de formation à froid pour façonner les attaches à haute résistance utilisent M4 - la légèreté résiste à la pression, et la résistance à l'usure réduit les pièces défectueuses par 65%.
• Outils d'estampage: Outils d'estampage fin pour les connecteurs électroniques utilisent M4 - dureté (67-69 CRH) assure la propreté, coupes sans bavure.

Aérospatial & Industries automobiles

• Industrie aérospatiale: Outils de coupe pour l'usinage des lames de turbine (Décevoir 718) un ma4-dureté chaude élevée Traitement des températures de coupe 600 ° C, ce qui adoucirait le HSS de qualité inférieure.
• Industrie automobile: Outils de coupe à grande vitesse pour l'usinage des engrenages de transmission (acier durci) Utiliser M4 - La résistance aux vêtements réduit le remplacement de l'outil par 25%, Réduction des coûts de production.

Génie mécanique

• Engrenages: Gears lourds pour les machines industrielles (Par exemple, convoyeurs minières) Utiliser M4 - La résistance aux vêtements prolonge la durée de vie par 25% contre. M2, réduction de l'entretien.
• Arbres: Arbres d'entraînement pour un équipement à torque élevé (Par exemple, mélangeurs industriels) Utiliser M4 - Force trensile (2100-2600 MPA) supporte des charges lourdes, et la force de fatigue résiste au stress répété.
• Roulements: Roulements à chargement élevé pour l'équipement de construction Utiliser M4 - La résistance aux vêtements réduit la friction, abaisser la fréquence de maintenance par 50%.

3. Techniques de fabrication pour l'acier à outils M4

La production de M4 nécessite une précision pour contrôler la formation de carbure et optimiser les performances. Voici le processus détaillé:

1. Processus métallurgiques (Contrôle de la composition)

• Fournaise à arc électrique (AEP): Méthode primaire - acier de crap, tungstène, molybdène, vanadium, et le carbone sont fondus à 1 650-1,750 ° C. Moniteur des capteurs composition chimique garder le carbone (0.95-1.20%) et autres éléments à portée - Critique pour la formation de carbure.
• Fournaise de base à l'oxygène (BOF): Pour la production à grande échelle - le fer moulé est mélangé avec de la ferraille en acier; L'oxygène ajuste la teneur en carbone. Alliages (tungstène, vanadium) sont ajoutés après le soufflage pour éviter l'oxydation.

2. Procédés de roulement

• Roulement chaud: L'alliage fondu est jeté dans les lingots, chauffé à 1 100-1,200 ° C, et roulé dans des bars, assiettes, ou fil. Le roulement chaud décompose les grands carbures et formes des blancs d'outil (Par exemple, corps de coupe).
• Roulement froid: Utilisé pour les feuilles minces (Par exemple, petits blancs de punch)—Roudé à température ambiante pour améliorer la finition de surface. Recuit après le roulis (700-750° C) restaurer la machinabilité.

3. Traitement thermique (Critique pour les performances des carbures)

• Recuit: Chauffé à 850-900 ° C pour 2-4 heures, refroidi lentement (50° C / heure) à ~ 600 ° C. Réduit la dureté à 220-250 Brinell, le rendre machinable et soulager le stress interne.
• Éteinte: Chauffé à 1 200-1,250 ° C (austénidation) pour 30-60 minutes, éteint dans l'huile. Durcir 67-69 CRH; La trempe d'air réduit la distorsion mais abaisse la dureté 63-65 CRH.
• Tremper: Réchauffé à 500-550 ° C pour 1-2 heures, refroidi à l'air. Soldes dureté chaude et ténacité - critique pour la coupe des outils; Évite le débordement, qui réduit la résistance à l'usure.
• Recuit de soulagement du stress: Obligatoire - chauffée à 600-650 ° C pour 1 heure après l'usinage pour réduire le stress, empêcher la fissuration pendant la trempe.

4. Formage et traitement de surface

• Méthodes de formation:
• Press Forming: Presses hydrauliques (5,000-10,000 tonnes) Formez des plaques M4 dans des blancs d'outils - sans traitement thermique avant.
• Affûtage: Après un traitement thermique, Les roues de diamant affinent les bords à ± 0,0005 mm de tolérances (Par exemple, Flâtries) pour préserver la netteté.
• Usinage: Les moulins CNC avec des outils en carbure de forme ont recuit le M4 en géométries de coupe - le cool empêche la surchauffe et les dégâts en carbure.
• Traitement de surface:
• Nitrative: Chauffé à 500-550 ° C dans de l'azote pour former un 5-10 μm Couche de nitrure - les boosts portent une résistance 25%.
• Revêtement (PVD / CVD): Nitrure d'aluminium en titane (PVD) Les revêtements réduisent la friction, Extension de la durée de vie de l'outil par 2x pour la coupe à grande vitesse.
• Durcissement: Traitement thermique final (éteinte + tremper) est suffisant pour la plupart des applications - aucun durcissement de surface supplémentaire nécessaire.

5. Contrôle de qualité (Assurance des performances)

• Test de dureté: Les tests Rockwell C vérifient la dureté après le tempérament (63-69 CRH) et dureté chaude (≥60 HRC à 600 ° C).
• Analyse de microstructure: Confirme la distribution de carbure uniforme (Pas de gros carbures qui provoquent l'écaillage ou la défaillance du bord).
• Inspection dimensionnelle: CMMS Vérifiez les dimensions de l'outil pour la précision (Par exemple, Espacement des dents de frappeur).
• Tests d'usure: Simule la coupe à grande vitesse (Par exemple, usinage 55 Acier HRC à 450 m / mon) Pour mesurer la vie de l'outil.
• Tests de traction: Vérifie la force de traction (2100-2600 MPA) et la limite d'élasticité (1700-2100 MPA) Pour répondre aux spécifications M4.

4. Étude de cas: Acier à outils M4 en usinage en acier durci

Un fabricant de pièces automobiles a utilisé M2 pour le fraisage 58 Grandes en acier durcie HRC mais les changements d'outils fréquents face (chaque 100 parties) et les coûts élevés de réduction. Ils sont passés à M4, avec les résultats suivants:

• Vie de l'outil: Les coupeurs M4 ont duré 160 parties (60% plus long que m2)- Réduire les changements d'outil par 37%.
• Regrinding Coûts: Moins de regrins enregistrés $12,000 chaque année en travail et en réparation d'outils.
• Économies de coûts: Malgré les M4 25% coût initial plus élevé, Le fabricant a sauvé $30,000 annuellement via le remplacement réduit de l'outil et la réduction.

5. Acier à outils M4 VS. Autres matériaux

Comment M4 se compare-t-il à M2 et à d'autres matériaux haute performance? Décomposons-le:

Adéabilité de l'application

• Usinage en acier durci: M4 surpasse M2 (meilleure résistance à l'usure) pour 50+ HRC Steel - Idéal pour l'équipement ou l'usinage.
• Coupure de précision: M4 est supérieur à D2 (meilleure ténacité) pour les alésages ou les broches - réduit l'écaillage et assure des tolérances étroites.
• Composants aérospatiaux: M4 équilibre la dureté et le coût chaud que le titane - capable de couper des pièces Inconel ou Titane.

Vue de la technologie Yigu sur l'acier à outils M4

À la technologie Yigu, M4 se démarque comme un choix supérieur pour les applications de coupe à haute teneur. Son fort carbone se résistance à l'usure et dureté chaude le rendre idéal pour les clients en aérospatiale, automobile, et outils de précision. Nous recommandons M4 pour l'usinage en acier durci, Décevoir, et les alliages à haute résistance - où il surpasse M2 (Vie à l'outil plus longue) et d2 (meilleure ténacité). Bien que Costlier à l'avance, Sa durabilité réduit les coûts d'entretien et de remplacement, s'aligner sur notre objectif de durable, Solutions de fabrication haute performance.

FAQ

1. L'acier à outils M4 est-il meilleur que M2 pour l'usinage en acier durci?

Oui - Le contenu en carbone plus élevé de M4 forme plus de carbures, le faire 20-25% plus résistant à l'usure que M2. C'est idéal pour l'usinage 50+ HRC ACIER DURÉ, car il conserve la netteté plus longtemps et réduit la réduction.

2. Peut être utilisé pour les matériaux non durcis (Par exemple, aluminium)?

Oui, Mais c'est trop spécifié. M4 fonctionne pour l'usinage en aluminium, Mais M2 est moins cher et suffisant pour la plupart des applications non durcis. Réserver M4 pour les métaux durs afin de maximiser la rentabilité.

3. Comment M4 se compare-t-il à l'acier à outils D2 pour les outils de coupe?

M4 a une résistance d'usure similaire à D2 mais une meilleure ténacité (35-45 J / CM² VS. La faible ténacité de D2), Réduire le risque d'écaillage. M4 a également une dureté chaude plus élevée, Le rendre meilleur pour la coupe à grande vitesse - D2 est meilleur pour les matrices de travail à froid, pas d'outils à grande vitesse.