M4 Tool Steel: Propriétés, Applications, Guide de fabrication

M4 tool steel is a high-performance high-speed steel (HSS) célébré pour son exceptionnel se résistance à l'usure et dureté chaude élevée—traits driven by its high carbon content and balanced alloy blend. Contrairement à HSS standard comme M2, its elevated carbon (0.95-1.20%) forms more hard carbides, making it a top choice for precision cutting tools, 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, 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 composition chimique—especially high carbon—which amplifies its mechanical strength and wear resistance, façonner ses propriétés robustes.

Composition chimique

M4’s formula prioritizes carbide formation for wear resistance, avec des gammes fixes pour les éléments clés:

• Teneur en carbone: 0.95-1.20% (supérieur à M2, forming more tungsten/vanadium carbides to boost 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—resists softening at 600°C+ during high-speed cutting)
• 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 delivers industry-leading performance for high-demand applications:

• Résistance à la traction: ~ 2100-2600 MPA (ideal for high-cutting-force operations like milling hard tool steels)
• 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 HRC (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 (at 10⁷ cycles—perfect for tools under repeated cutting, 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: High carbon-driven carbides resist abrasion 20-25% Mieux que m2, ideal for machining hard metals like Inconel or hardened steel.
• Dureté chaude élevée: Conserve ~ 60 HRC à 600 ° C (on par with premium HSS, critical for high-speed cutting at 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)—annealed M4 (dureté ~ 220-250 Brinell) est machinable avec des outils en carbure; Évitez l'usinage après durcissement (63-69 HRC).
• 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. Real-World Applications of M4 Tool Steel

M4’s carbide-rich composition makes it ideal for high-wear cutting and forming applications. Voici ses utilisations les plus courantes:

Outils de coupe

• Frappeurs: End mills for machining hardened steel (50+ HRC) use M4—se résistance à l'usure maintient la netteté 30% plus long que m2, Réduire la fréquence de réduction.
• Outils de virage: Lathe tools for aerospace component machining (Par exemple, titanium shafts) use M4—hot hardness resists softening at 550-600°C, Amélioration de l'efficacité de la production par 40%.
• Broches: Internal broaches for shaping high-strength gears use M4—toughness resists chipping, and wear resistance ensures precision over 12,000+ parties.
• Alésus: RAMES DE PRÉCISION pour les trous de tolérance serrée (± 0,0005 mm) in automotive engine parts use M4—wear resistance maintains consistent hole quality over 18,000+ rafales.

Exemple de cas: A tool shop used M2 for milling 55 HRC hardened steel parts. Les coupeurs M2 ont terminé après 120 parties. They switched to 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) use M4—Excellente résistance à l'usure poignées 220,000+ tirettes (40,000 plus que m2).
• Décède: Cold-forming dies for shaping high-strength fasteners use M4—toughness resists pressure, et la résistance à l'usure réduit les pièces défectueuses par 65%.
• Outils d'estampage: Fine stamping tools for electronics connectors use M4—hardness (67-69 HRC) assure la propreté, coupes sans bavure.

Aérospatial & Industries automobiles

• Industrie aérospatiale: Cutting tools for machining turbine blades (Décevoir 718) use M4—dureté chaude élevée Traitement des températures de coupe 600 ° C, which would soften lower-grade HSS.
• Industrie automobile: High-speed cutting tools for machining transmission gears (acier durci) use M4—wear resistance reduces tool replacement by 25%, Réduction des coûts de production.

Génie mécanique

• Engrenages: Heavy-duty gears for industrial machinery (Par exemple, mining conveyors) use M4—wear resistance extends lifespan by 25% contre. M2, réduction de l'entretien.
• Arbres: Drive shafts for high-torque equipment (Par exemple, industrial mixers) use M4—tensile strength (2100-2600 MPA) supporte des charges lourdes, et la force de fatigue résiste au stress répété.
• Roulements: High-load bearings for construction equipment use M4—wear resistance reduces friction, abaisser la fréquence de maintenance par 50%.

3. Manufacturing Techniques for M4 Tool Steel

Producing M4 requires precision to control carbide formation and optimize performance. Voici le processus détaillé:

1. Processus métallurgiques (Contrôle de la composition)

• Fournaise à arc électrique (EAF): 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%) and other elements within range—critical for carbide formation.
• 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 (Critical for Carbide Performance)

• 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 HRC; La trempe d'air réduit la distorsion mais abaisse la dureté 63-65 HRC.
• Tremper: Reheated to 500-550°C for 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) shape M4 plates into tool blanks—done before heat treatment.
• 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: CNC mills with carbide tools shape annealed M4 into cutting geometries—coolant prevents overheating and carbide damage.
• 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, extending tool life by 2x for high-speed cutting.
• 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 HRC) 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 HRC steel at 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) to meet M4 specifications.

4. Étude de cas: 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 (chaque 100 parties) et les coûts élevés de réduction. They switched to M4, avec les résultats suivants:

• Vie de l'outil: M4 cutters lasted 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: Despite M4’s 25% coût initial plus élevé, Le fabricant a sauvé $30,000 annuellement via le remplacement réduit de l'outil et la réduction.

5. M4 Tool Steel vs. Autres matériaux

How does M4 compare to M2 and other high-performance materials? Décomposons-le:

Adéabilité de l'application

• Hardened Steel Machining: M4 outperforms M2 (meilleure résistance à l'usure) pour 50+ HRC steel—ideal for gear or die machining.
• Precision Cutting: M4 is superior to D2 (meilleure ténacité) for reamers or broaches—reduces chipping and ensures tight tolerances.
• Composants aérospatiaux: M4 balances hot hardness and cost better than titanium—suitable for cutting Inconel or titanium parts.

Yigu Technology’s View on M4 Tool Steel

À la technologie Yigu, M4 stands out as a top choice for high-wear cutting applications. Its high carbon-driven se résistance à l'usure et dureté chaude make it ideal for clients in aerospace, automobile, et outils de précision. We recommend M4 for machining hardened steel, Décevoir, and high-strength alloys—where it outperforms 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. Is M4 tool steel better than M2 for machining hardened steel?

Yes—M4’s higher carbon content forms more carbides, le faire 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 (Par exemple, aluminium)?

Oui, Mais c'est trop spécifié. 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), Réduire le risque d'écaillage. M4 also has higher hot hardness, making it better for high-speed cutting—D2 is better for cold-work dies, not high-speed tools.