Acier à outils S2: Propriétés, Applications, et guide de fabrication

L'acier à outils S2 est un acier de travail à froid à faible alliage haute performance célébré pour son mélange unique de durcissement élevé, Bonne résistance à l'usure, et une excellente résistance à la charge de choc - des traits élevés par son sur mesure composition chimique (carbone modéré, chrome, et ajouts de vanadium). Contrairement à son homologue S1 Tool Steel, S2 ajoute le vanadium pour augmenter la résistance et la résistance à l'usure, Le faire idéal pour les outils de coupe de stress moyen à élevé, former des matrices, et composants de précision dans l'aérospatiale, automobile, et industries de moulage par injection de plastique. 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 la durabilité et la résistance aux chocs.

1. Propriétés des matériaux clés de l'acier à outils S2

Les performances de S2 découlent de son optimisation composition chimique- en particulier l'ajout de vanadium - qui améliore sa résistance mécanique, se résistance à l'usure, et capacité à résister aux charges de choc.

Composition chimique

La formule de S2 priorise la ténacité, force, et résistance aux chocs, avec des gammes fixes pour les éléments clés:

• Teneur en carbone: 0.45-0.55% (supérieur à S1, former plus de carbures pour Bonne résistance à l'usure Tout en maintenant durcissement élevé)
• Teneur en chrome: 0.60-0.90% (supérieur à S1, Amélioration de la durabilité et une légère résistance à la corrosion sans réduire la machinabilité)
• Contenu du manganèse: 0.60-0.90% (stimule la résistance à la traction et la durabilité, Assurer des résultats uniformes de traitement thermique)
• Contenu en silicium: 0.15-0.35% (SIDA en désoxydation pendant la fabrication et stabilise les propriétés mécaniques)
• Contenu du phosphore: ≤0,03% (strictement contrôlé pour empêcher la fragilité froide, critique pour les outils utilisés dans les environnements à basse température)
• Teneur en soufre: ≤0,03% (ultra-faible pour maintenir la ténacité et éviter de craquer pendant l'usinage ou la formation)
• Contenu de vanadium: 0.10-0.20% (Définition de l'ajout vs. S1 - Réfiner la taille des grains, Améliore la résistance à l'usure, et améliore Résistance aux charges de choc)

Propriétés physiques

Propriétés mécaniques

Après un traitement thermique standard (recuit + éteinte + tremper), S2 offre des performances améliorées pour les applications de stress moyen à élevé:

• Résistance à la traction: ~ 1200-1400 MPA (200-300 MPA supérieur à S1, Convient pour les outils de coupe à charge moyenne et les matrices de formation)
• Limite d'élasticité: ~ 800-1000 MPA (Assure que les outils résistent à la déformation permanente sous une pression de formation à froid ou des charges de coupe modérées)
• Élongation: ~ 15-20% (dans 50 mm - suffisamment élevé pour éviter de craquer pendant l'usinage de formes complexes, correspondant à la ductilité de S1)
• Dureté (Échelle Rockwell C): 52-56 CRH (Après traitement thermique - 2-4 HRC supérieur à S1, Équilibrage de la résistance à l'usure et de la ténacité; plus doux que A2 mais plus résistant aux chocs)
• Force de fatigue: ~ 550-650 MPA (à 10⁷ cycles - 50-100 MPa supérieur à S1, critique pour les outils à volume élevé utilisés 80,000+ fois, comme les noyaux de moisissure d'injection en plastique)
• Résistance à l'impact: Modéré à élevé (~ 55-65 J / cm² à température ambiante)- plus élevé que S1, A2, ou d2, Le faire idéal pour les outils qui résistent soudainement (Par exemple, outils d'estampage manuel).

Autres propriétés critiques

• Bonne résistance à l'usure: Vanadium, carbone, et les carbures de chrome résistent à l'abrasion 15-20% Mieux que S1, Extension de la durée de vie de l'outil (Par exemple, 150,000+ cycles pour les petites matrices d'estampage).
• Durcissement élevé: Sa composition à faible alliage conserve la ductilité, S2 résiste donc à la pression de formation du froid (jusqu'à 6,000 kn pour les matrices moyennes) Sans écaillage.
• Bonne résistance aux charges de choc: Le raffinement de vanadium réduit la taille des grains, Permettre à S2 d'absorber les impacts soudains (Par exemple, Des baisses d'outils accidentels ou un tampon mal aligné) Sans casser - un avantage clé sur S1.
• Machinabilité: Bien (Avant le traitement thermique)—Anède S2 (Dureté ~ 190-230 Brinell) est facile à machine avec de l'acier à grande vitesse (HSS) ou outils en carbure; Le broyage post-traitement est simple pour les bords de précision.
• Soudabilité: Avec prudence - la teneur en carbone modérée nécessite un préchauffage (250-300° C) et la trempe après les soudages pour éviter de craquer, la rendre réparable pour les modifications des outils.

2. Applications réelles de l'acier à outils S2

La force améliorée de S2, résistance aux chocs, et la résistance à l'usure le rend idéal pour les industries qui exigent la fiabilité des tâches de stress moyen à élevé. Voici ses utilisations les plus courantes:

Outils de coupe

• Frappeurs: Les usines d'extrémité de taille moyenne pour l'usinage des alliages en acier doux ou en aluminium utilisent S2 -Bonne résistance à l'usure maintient la netteté pour 800+ parties (contre. 500+ pour S1), Réduire le temps de regrins.
• Outils de virage: Outils de tour semi-automatique pour le travail métallique petit (Par exemple, raccords en laiton) Utilisez S2—résistance aux chocs résiste aux collisions accidentelles de travail d'outils, Abaissement des taux de remplacement des outils.
• Broches: Broaches internes pour façonner des pièces en acier doux ou en plastique (Par exemple, boîtiers de capteurs automobiles) Utiliser S2 - La machinabilité crée des dents de broche précises, et porter des poignées de résistance 15,000+ parties.
• Alésus: Alésages de tolérance moyenne (± 0,008 mm) pour le travail métallique (Par exemple, trous des composants du moteur) Utiliser S2 - la rétention de bord assure une qualité de trou cohérente sans reharpelage fréquent.

Exemple de cas: Une petite boutique de pièces automobiles a utilisé S1 pour les outils de rotation en aluminium, mais une rupture d'outils face à un choc occasionnel (15% taux d'échec). Ils sont passés à S2, et les taux d'échec ont chuté à 3% - sauver $6,000 Annuellement dans les coûts de remplacement des outils, tandis que la durée de vie de l'outil étendu de 500 à 800 parties.

Outils de formation

• Coups de poing: Outils de coup de pouce à froid moyen pour tôlerie (Par exemple, Création de trous dans des supports en acier) Utilisez S2—résistance aux chocs résiste à un coup de poing manuel ou semi-automatique, et porter des poignées de résistance 120,000+ coups de poing (contre. 80,000+ pour S1).
• Décède: Empestation des matrices pour les draps en acier mince (Par exemple, panneaux de commande de l'appareil) Utiliser S2 - la tâche évite la fissuration pendant l'assemblage de la matrice, et la résistance à l'usure assure des bords de panneau propres sur 100,000 tirettes.
• Outils d'estampage: Outils d'estampage en petits lots pour les pièces intérieures automobiles Utilisez S2 - Afforbilité des combinaisons moyennes de production, et la résistance aux chocs résiste au désalignement lors de l'estampage.

Moulage par injection en plastique

• Moules pour pièces en plastique: Moules de petits composants en plastique (Par exemple, connecteurs électriques) Utilisez S2—se résistance à l'usure poignées 200,000+ cycles, et la ténacité résiste à la pression de serrage des moisissures (jusqu'à 7,000 KN).
• Composants centraux et cavité: COODS DE MOULON DE PRÉCISION POUR LES PIÈCES PLASTIQUES (Par exemple, PORTS DE CHARGE SMARTPHONE) Utiliser S2 - La stabilité dimensionnelle garantit la cohérence des pièces, et la résistance à l'usure évite la dégradation de base du flux de résine.

Aérospatial, Automobile & Génie mécanique

• Industrie aérospatiale: Petites composants porteurs (Par exemple, attaches de cabine d'avion) Utilisez S2—résistance à la traction prend en charge les charges structurelles, et la résistance aux chocs résiste aux vibrations induites par les turbulences.
• Industrie automobile: Composants à stress moyen (Par exemple, Inserts de moule de garniture en plastique ou petites dents d'engrenage) Utiliser S2 - le coût de l'efficacité convient à la production de haut volume, et la résistance à l'usure réduit la dégradation des composants.
• Génie mécanique: Engrenages et arbres pour les machines à charge moyenne (Par exemple, convoyeurs industriels) Utiliser S2 - La résistance à la folie résiste au stress répété, et la résistance aux chocs gère les poignées soudaines de convoyeur.

3. Techniques de fabrication pour l'acier à outils S2

La production de S2 nécessite une précision pour maintenir sa composition améliorée au vanadium et assurer une résistance aux chocs cohérente, tout en maintenant les coûts compétitifs. Voici le processus détaillé:

1. Processus métallurgiques (Contrôle de la composition)

• Fournaise à arc électrique (AEP): Méthode primaire - acier de crap, carbone, chrome, et le vanadium est fondu à 1 600 à 1 700 ° C. Moniteur des capteurs composition chimique Pour garder les éléments dans les gammes de S2 (Par exemple, 0.10-0.20% vanadium), critique pour la résistance aux chocs et la résistance à l'usure.
• Fournaise de base à l'oxygène (BOF): Pour la production à grande échelle - le fer mouillé d'un haut fourneau est mélangé avec de la ferraille en acier; L'oxygène ajuste la teneur en carbone. Le vanadium et le chrome sont ajoutés après le soufflage pour éviter l'oxydation et assurer une composition précise.

2. Procédés de roulement

• Roulement chaud: L'alliage fondu est jeté dans les lingots, chauffé à 1 050-1 150 ° C, et roulé dans des bars, assiettes, ou fil. Le roulement chaud décompose les gros carbures et façonne le matériau en blancs d'outils (Par exemple, 250×250 Blocs MM pour les matrices moyennes).
• Roulement froid: Utilisé pour les composants de l'outil mince (Par exemple, pointes ou inserts de moisissure)—Roudé à température ambiante pour améliorer la finition de surface. Recuit après le roulis (650-700° C) adoucit l'acier pour l'usinage ultérieur.

3. Traitement thermique (Adapté à la résistance aux chocs)

Le traitement thermique de la S2 hiérartisse la ténacité et la résistance aux chocs, Tout en augmentant la résistance à l'usure sur S1:

• Recuit: Chauffé à 750-800 ° C pour 2-3 heures, refroidi lentement à ~ 600 ° C. Réduit la dureté à 190-230 Brinell, le rendre machinable et soulager le stress interne.
• Éteinte: Chauffé à 830-870 ° C (austénidation) pour 20-30 minutes, éteint dans l'huile. Durcit l'acier à 58-60 HRC - extinction de fleur (contre. D2) conserve le raffinement des grains du vanadium.
• Tremper: Réchauffé à 270-320 ° C pour 1-2 heures, refroidi à l'air. Réduit la dureté à 52-56 HRC - les équilibres portent la résistance et la résistance aux chocs; températures de tempérament plus élevées (350-400° C) Peut être utilisé pour une ductilité supplémentaire.
• Recuit de soulagement du stress: Appliqué après l'usinage - chauffé à 550-600 ° C pour 1 heure pour réduire le stress de coupe, Empêcher la déformation des outils pendant le traitement thermique final.

4. Formage et traitement de surface

• Méthodes de formation:
• Press Forming: Presses hydrauliques moyennes (3,000-5,000 tonnes) Formez S2 Blanks dans les contours de la matrice ou de l'outil - prévu avant le traitement thermique.
• Usinage: CNC Mills ou Lathes semi-automatiques coupent S2 en formes d'outil (Par exemple, Flustes de réamours ou pointes de punch)—Les outils HSS fonctionnent pour recuits S2, Réduire les coûts d'usinage.
• Affûtage: Après un traitement thermique, Les roues d'oxyde d'aluminium affinent les bords de l'outil à RA 0.1 μm Rugosité - Supplémentaire pour les applications de tolérance moyenne comme les noyaux de moisissure en plastique.
• Traitement de surface:
• Nitrative: Chauffé à 480-520 ° C dans une atmosphère d'azote pour former un 3-5 μm Couche de nitrure - les boosts portent une résistance 25% (Idéal pour les matrices d'estampage à haut volume ou les noyaux de moule).
• Revêtement (PVD / CVD): Nitrure de titane mince (PVD) Les revêtements sont facultatifs pour les outils de coupe - réduit la friction, Extension de la durée de vie de l'outil de 1,8x pour l'usinage en acier doux (contre. 1.5X pour S1).
• Durcissement: Traitement thermique final (éteinte + tremper) est suffisant pour la plupart des applications - aucun durcissement de surface supplémentaire nécessaire.

5. Contrôle de qualité (Assurance de la performance et de la résistance aux chocs)

• Test de dureté: Les tests Rockwell C vérifient la dureté après le tempérament (52-56 CRH)—Assure la cohérence pour les performances de l'outil.
• Analyse de microstructure: Examine l'alliage au microscope pour confirmer le raffinement des grains de vanadium et la distribution de carbure uniforme (Pas de gros carbures qui réduisent la résistance aux chocs).
• Inspection dimensionnelle: Étriers ou coordonnées des machines à mesurer (CMMS) Vérifiez les dimensions de l'outil à ± 0,005 mm - Critique pour les applications de tolérance moyenne comme les moules en plastique.
• Test de choc: Simule un impact soudain (Par exemple, laisser tomber un outil à partir de 1 mètre) Pour vérifier la résistance à la rupture - l'insurre S2 répond aux exigences de charge de choc.
• Tests de traction: Vérifie la force de traction (1200-1400 MPA) et la limite d'élasticité (800-1000 MPA) Pour répondre aux spécifications S2.

4. Étude de cas: Acier à outils S2 dans les noyaux de moisissure d'injection en plastique

Un petit fabricant de pièces en plastique a utilisé S1 pour les noyaux de moule pour les connecteurs électriques (150,000 pièces / an) mais a fait face à deux numéros: usure de base après 120,000 cycles et rupture occasionnelle du choc de serrage des moisissures (8% taux d'échec). Ils sont passés à S2, avec les résultats suivants:

• Vie fondamentale: La résistance à l'usure de S2 a étendu la vie centrale à 200,000 cycles (67% plus long que S1)—Butant les coûts de remplacement de base par $7,000 annuellement.
• Résistance aux chocs: Le taux de défaillance a chuté à 2% - économiser $4,000 annuellement dans des moules gaspillés et des temps d'arrêt de la production.
• Économies de coûts: Malgré 15% Coût des matériaux initiaux plus élevés, Le fabricant a sauvé $10,000 annuellement - critique pour les marges de production à volume moyen.

5. Acier à outils S2 VS. Autres matériaux

Comment S2 se compare-t-il à S1 et à d'autres aciers à outils pour les applications de stress moyen à élevé? Décomposons-le:

Adéabilité de l'application

• Outils de coupe à stress moyen: La résistance à l'usure de S2 et la résistance aux chocs surperforment S1 (vie plus longue, moins de pauses) et sont plus rentables que A2 - idéaux pour les petits à médiums.
• Dies de formation sujets aux chocs: La forte résistance aux chocs de S2 le rend meilleur que A2 / D2 pour l'emboutissant manuel ou semi-automatique - Évasion de la rupture coûteuse.
• Cœurs de moule d'injection en plastique: S2 équilibre la résistance et la ténacité mieux que S1 (durée de vie du cycle plus long) et est moins cher que 420 Acier inoxydable - Partage pour les pièces en plastique à volume moyen.
• Composants mécaniques: Rival de résistance à la traction et de résistance à la tension de S2 420 acier inoxydable à 20% Coût moindre - Idéal pour les engrenages ou les arbres à chargement moyen.

Vue de la technologie Yigu sur l'acier à outils S2

À la technologie Yigu, S2 se démarque comme une étape de S1 pour les tâches de stress moyen à élevé. Son vanadium amélioré résistance aux chocs, se résistance à l'usure, et la résistance le rend idéal pour les fabricants de petits et médiums ayant besoin d'une durabilité sans le coût des aciers à haut alliage. Nous recommandons S2 pour les noyaux de moisissure en plastique, Dies d'estampage moyen, et les outils de coupe sujets aux chocs - où il surpasse S1 (vie plus longue, moins de pauses) et offre une meilleure valeur que A2 / D2. Bien qu'il manque une résistance à l'usure extrême, sa polyvalence et sa rentabilité s'alignent sur notre objectif de fiable, Solutions de fabrication accessibles.

FAQ

1. L'acier à outils S2 est-il meilleur que S1 pour les applications sujettes aux chocs?

Oui, l'ajout de vanadium de S2 s'améliore résistance aux chocs En affinant la taille des grains, le rendant 2-3x plus résistant aux impacts soudains (Par exemple, Trop d'outils ou estampage mal aligné) que S1. Choisissez S2 si votre application implique des charges de choc occasionnelles.