S390 Bohell HSS Steel: Propriétés, Applications, Guide de fabrication

S390 Bohell HSS Steel (acier à grande vitesse) est un alliage premium développé par Bohler, réputé pour son exceptionnel dureté chaude élevée, Excellente résistance à l'usure, et la ténacité équilibrée - les traits entraînés par son optimisation composition chimique (Molybdène élevé et vanadium, tungstène modéré). Contrairement à HSS standard comme M2, Son mélange d'alliage unique conserve la dureté à des températures extrêmes (jusqu'à 650 ° C) et résiste à l'abrasion dans la coupe à grande vitesse, Le rendre idéal pour exiger des applications en aérospatiale, automobile, et fabrication d'outils de précision. 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 des performances sans compromis.

1. Propriétés des matériaux clés de l'acier S390 Bohler HSS

Les performances de S390 découlent de son calibré précisément composition chimique- en particulier le molybdène et le vanadium élevés - ce qui améliore sa résilience à haute température et sa résistance, Le distinguer du HSS conventionnel.

Composition chimique

La formule de S390 priorise les performances de coupe à grande vitesse, avec des gammes fixes pour les éléments clés:

• Teneur en carbone: 0.60-0.70% (équilibre la formation en carbure pour se résistance à l'usure et la ténacité, Éviter la fragilité dans une utilisation à haute température)
• Teneur en chrome: 3.50-4.00% (Forme des carbures résistants à la chaleur, améliore la durabilité, et assure des résultats uniformes de traitement thermique)
• Contenu en tungstène: 1.00-1.50% (complète le molybdène à booster dureté chaude élevée, résister à l'adoucissement à 650 ° C +)
• Contenu molybdène: 5.00-5.50% (élément central pour la dureté chaude - plus élevé que m2, Permettre à S390 de conserver la netteté dans la coupe à grande vitesse)
• Contenu de vanadium: 1.50-2.00% (affine la taille des grains, améliore la ténacité, et forme des carbures de vanadium ultra-durs qui amplifient se résistance à l'usure)
• 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), S390 offre des performances de pointe pour les applications à grande vitesse:

• Résistance à la traction: ~ 2200-2400 MPA (Idéal pour les opérations de force élevée comme le moulage des alliages durs ou la fonte)
• Limite d'élasticité: ~ 1800-2000 MPA (Assure que les outils résistent à la déformation permanente sous des charges d'usinage lourdes)
• Élongation: ~ 10-15% (dans 50 mm - ductilité modérée, assez pour éviter la fissuration soudaine pendant les vibrations d'usinage)
• Dureté (Échelle Rockwell C): 64-68 HRC (Après un traitement thermique - réglable: 64-65 HRC pour des outils de formation difficiles, 67-68 HRC pour les outils de coupe résistants à l'usure)
• Force de fatigue: ~ 850-950 MPA (à 10⁷ cycles - parfait pour les outils sous coupe à grande vitesse répétée, Comme des outils de virage en ligne de production)
• Résistance à l'impact: Modéré à élevé (~ 40-50 J / cm² à température ambiante)- les outils plus solides que la céramique, Réduire le risque d'écaillage pendant le contact accidentel d'ouvrages d'outils.

Autres propriétés critiques

• Excellente résistance à l'usure: Les carbures de vanadium et de molybdène résistent à l'abrasion 20-25% Mieux que M2 HSS, Extension de la durée de vie de l'outil (Par exemple, 300,000+ Cycles pour l'estampage des matrices).
• Dureté chaude élevée: Conserve ~ 62 hrc à 650 ° C (4 HRC supérieur à M2 à 600 ° C)- Critique pour une coupe extrême à grande vitesse (Par exemple, 600+ m / min pour les alliages en aluminium ou 300+ m / min pour l'acier doux).
• Bonne ténacité: Équilibré avec la dureté, S390 résiste donc aux impacts mineurs (Par exemple, Contact de la pièce mal alignée) Sans casser - un avantage clé sur les aciers à haute époux fragile comme D2.
• Machinabilité: Bien (Avant le traitement thermique)- S390. (dureté ~ 220-250 Brinell) est machinable avec des outils en carbure; Évitez l'usinage après durcissement (64-68 HRC) Pour éviter les dommages causés par les outils.
• Soudabilité: Avec prudence - le contenu en alliage élevé augmente le risque de fissuration; préchauffage (350-400° C) et la température post-soudante (500-550° C) sont requis pour les réparations d'outils.

2. Applications réelles du S390 Bohler HSS Steel

La dureté chaude élevée et la résistance à l'usure du S390 le rendent idéal pour les industries qui exigent la vitesse, précision, et durabilité. Voici ses utilisations les plus courantes:

Outils de coupe

• Frappeurs: Fin de usines pour l'usinage à grande vitesse des alliages durs (Par exemple, Décevoir 718 ou titane) Utilisez S390—dureté chaude élevée maintient la netteté 40% plus long que m2, Réduire le regrinsage de la fréquence et des temps d'arrêt.
• Outils de virage: Les outils de tour pour les vileliers automobiles ou les arbres de turbine aérospatiale utilisent S390 - les poignées de résistance aux vêtements 800+ pièces par outil (contre. 500+ pour m2), Amélioration de l'efficacité de la production par 35%.
• Broches: Broaches internes pour façonner les engrenages à haute résistance (Par exemple, Wind Turbine Gears) Utiliser S390 - Toughness résiste à l'écaillage, Et la dureté chaude maintient la précision 20,000+ cycles de broche.
• Alésus: RAMES DE PRÉCISION pour les trous de tolérance serrée (± 0,0005 mm) Dans les dispositifs médicaux ou les composants aérospatiaux, utilisent S390 - la résistance aux vêtements garantit une qualité de trou cohérente sur 25,000+ rafales.

Exemple de cas: Une boutique d'usinage aérospatiale a utilisé M2 HSS pour mourir un inconvénient 718 Pares de turbine mais outil face à l'outil après 180 parties. Ils sont passés à S390, Et les coupeurs ont duré 300 parties (67% plus long)- Réduire le temps de regring par 40% et sauvegarder $36,000 annuellement dans les coûts de main-d'œuvre et d'outils.

Outils de formation

• Coups de poing: Coups de poing à grande vitesse pour tamponner des feuilles de métal épaisses (Par exemple, 10 MM en acier inoxydable pour les cadres automobiles) Utilisez S390—Excellente résistance à l'usure poignées 250,000+ tirettes (80,000 plus que m2).
• Décède: Dies de formation à froid pour façonner les attaches à haute résistance (Par exemple, boulons en titane) Utiliser S390 - Toughness résiste à la pression, et la résistance à l'usure réduit les pièces défectueuses par 70%.
• Outils d'estampage: Outils d'estampage fin pour les connecteurs électroniques (Par exemple, 5G broches de l'appareil G) Utiliser S390 - dureté (67-68 HRC) assure la propreté, coupes sans bavure, Rencontre des tolérances strictes de l'industrie.

Aérospatial, Automobile & Génie mécanique

• Industrie aérospatiale: Des outils de coupe pour l'usinage des lames de turbine en titane ou des moules composites utilisent S390 -dureté chaude élevée résister aux températures de coupe 650 ° C, qui adoucirait M2 ou M35.
• Industrie automobile: Outils de coupe à grande vitesse pour l'usinage des blocs moteurs (fonte) ou les engrenages de transmission utilisent S390 - la résistance aux vêtements réduit le remplacement de l'outil par 40%, Réduction des coûts de production.
• Génie mécanique: Les engrenages lourds pour les compresseurs industriels ou l'équipement d'extraction utilisent S390 - Force Force (850-950 MPA) résiste au stress répété, Extension de la durée de vie des composants par 2,5x vs. ADAILS STANDARDS.

3. Fabrication Techliques pour S390 Bohler HSS Steel

La production de S390 nécessite une précision pour maintenir son équilibre en alliage - en particulier le molybdène et le vanadium - pour assurer des performances cohérentes à haute température. Voici le processus détaillé:

1. Processus métallurgiques (Contrôle de la composition)

• Fournaise à arc électrique (EAF): Méthode primaire - acier de crap, molybdène, vanadium, tungstène, et d'autres alliages sont fondus à 1 650-1,750 ° C. Moniteur des capteurs composition chimique Pour garder le molybdène (5.00-5.50%) et vanadium (1.50-2.00%) Dans la gamme - critique pour la dureté chaude et la résistance à l'usure.
• 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 (molybdène, vanadium) 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 1 100-1,200 ° 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, 400×400 Blocs MM pour les corps de fraises).
• Roulement froid: Utilisé pour les composants de l'outil mince (Par exemple, petits blancs de punch)—Roudé à température ambiante pour améliorer la finition de surface. Recuit après le roulis (700-750° C) restaure la machinabilité en adoucissant l'acier.

3. Traitement thermique (Adapté aux performances à grande vitesse)

Le traitement thermique de S390 est optimisé pour déverrouiller sa dureté chaude et sa résistance à l'usure:

• 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 1 220-1,260 ° C (austénidation) pour 30-60 minutes (plus long que m2 pour dissoudre les carbures de molybdène), éteint dans l'huile. Durcir 67-68 HRC; La trempe d'air réduit la distorsion mais abaisse la dureté 64-65 HRC (Idéal pour les grands outils).
• Tremper: Réchauffé à 520-560 ° C pour 1-2 heures, refroidi à l'air. Soldes dureté chaude élevée et ténacité - critique pour la coupe des outils; Évite le débordement, ce qui réduirait 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 de coupe, Empêcher la déformation des outils pendant la trempe.

4. Formage et traitement de surface

• Méthodes de formation:
• Press Forming: Presses hydrauliques (5,000-10,000 tonnes) Formez des plaques S390 dans des blancs d'outils - sans traitement thermique avant.
• Usinage: Les moulins CNC avec des outils en carbure coupent les géométries complexes (Par exemple, De dents de frappeur ou des flûtes de réamours) en S390 recuit - Coolant empêche la surchauffe et les dégâts en carbure.
• Affûtage: Après un traitement thermique, Les roues de diamant affine des bords de l'outil à ± 0,0005 mm de tolérances - l'insurpation nette, Surfaces de coupe cohérentes pour les applications de précision.
• Traitement de surface:
• Nitrative: Chauffé à 500-550 ° C dans une atmosphère d'azote pour former un 5-10 μm Couche de nitrure - les boosts portent une résistance 30% (Idéal pour les outils de coupe à haut volume).
• Revêtement (PVD / CVD): Nitrure d'aluminium en titane (PVD) Les revêtements sont appliqués aux outils de coupe - réduit la friction, Extension de la durée de vie de l'outil de 2,5x pour l'usinage à grande vitesse des alliages durs.
• 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 (64-68 HRC) et dureté chaude (≥62 HRC à 650 ° C)—Critique pour les performances à grande vitesse.
• Analyse de microstructure: Confirme la distribution de carbure uniforme (Pas de gros carbures de molybdène / vanadium qui provoquent l'écaillage ou la défaillance du bord).
• Inspection dimensionnelle: Coordonner les machines de mesure (CMMS) Vérifiez les dimensions de l'outil pour la précision (Par exemple, Espacement des dents ou diamètre du trou de l'atteinte).
• Tests d'usure: Simule la coupe à grande vitesse (Par exemple, Inconvaleur d'usinage 718 à 550 m / mon) Pour mesurer la vie de l'outil - l'insurre S390 répond aux attentes de durabilité.
• Tests de traction: Vérifie la force de traction (2200-2400 MPA) et la limite d'élasticité (1800-2000 MPA) Pour répondre aux spécifications S390.

4. Étude de cas: S390 Bohler HSS Steel in Automotive Gear Usining

Un grand fournisseur automobile a utilisé M35 HSS pour les engrenages de transmission à brocher (acier durci, 58 HRC) mais a fait face à deux numéros: Broach Wear après 12,000 pièces et coûts de réduction élevés. Ils sont passés à S390, avec les résultats suivants:

• Vie de l'outil: Les broches S390 ont duré 20,000 parties (67% plus long que m35)—Réduire le remplacement de la broche par 40%.
• Regrinding Coûts: Moins de regrins enregistrés $18,000 chaque année en travail et en réparation d'outils.
• Économies de coûts: Malgré les S390 30% coût initial plus élevé, Le fournisseur a sauvé $54,000 annuellement via le remplacement réduit des outils et la réduction de l'outil - améliorer les marges bénéficiaires sur la production d'équipement à haut volume.

5. S390 Bohell HSS Steel VS. Autres matériaux

Comment S390 se compare-t-il à M2, M35, et d'autres aciers haute performance? Décomposons-le:

Adéabilité de l'application

• Usinage en alliage à grande vitesse: S390 surpasse M2 / M35 (dureté chaude plus élevée) Pour Inconel / Titanium - Idéal pour les pièces de turbine aérospatiale ou les composants de dispositifs médicaux.
• Outils de coupe de précision: S390 équilibre les performances et le coût que M42 (plus facile à machine, 30% coût inférieur)—Assuible pour l'usinage de l'équipement automobile ou du moteur.
• Outils de formation: S390 est supérieur à D2 (meilleure ténacité) Pour l'estampage à haut volume - réduit l'écaillage et prolonge la vie.
• Composants mécaniques: La résistance à la fatigue du S390 rivalise à M35 à 15% Coût moindre - Idéal pour les engrenages ou les arbres à usage lourd dans les machines industrielles.