M4 tool steel is a high-performance high-speed steel (HSS) その例外的なことで祝われます 耐摩耗性 そして 高い暑さ—traits driven by its high carbon content and balanced alloy blend. M2のような標準HSSとは異なります, its elevated carbon (0.95-1.20%) forms more hard carbides, making it a top choice for precision cutting tools, 形成ダイ, 航空宇宙および自動車産業の重要なコンポーネント. このガイドで, その重要な特性を分解します, 実世界の使用, 製造プロセス, そして、それが他の素材とどのように比較されますか, 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 化学組成—especially high carbon—which amplifies its mechanical strength and wear resistance, その堅牢なプロパティを形作ります.
化学組成
M4’s formula prioritizes carbide formation for wear resistance, 重要な要素の固定範囲付き:
- 炭素含有量: 0.95-1.20% (M2よりも高い, forming more tungsten/vanadium carbides to boost 耐摩耗性 およびエッジ保持)
- クロム含有量: 3.75-4.25% (追加の耐摩耗性のために耐熱性炭化物を形成し、均一な熱処理を保証します)
- タングステンコンテンツ: 5.50-6.75% (のコア要素 高い暑さ—resists softening at 600°C+ during high-speed cutting)
- モリブデンの内容: 4.75-5.50% (タングステンと連携して、熱い硬さを高め、脆性を低下させる)
- バナジウム含有量: 1.75-2.25% (粒サイズを洗練します, タフネスを改善します, そして、優れた耐摩耗性のためにハードバナジウム炭化物を形成します)
- マンガンの内容: 0.20-0.40% (鋼を弱める粗い炭化物を作成せずに硬化性を高める)
- シリコンコンテンツ: 0.15-0.35% (製造中の酸化療法と高温性能を安定させます)
- リン含有量: ≤0.03％ (冷たい脆性を防ぐために厳密に制御されます, 低温ストレージで使用されるツールにとって重要です)
- 硫黄含有量: ≤0.03％ (維持するための超低 タフネス 形成中や機械加工中にひび割れを避けてください)
物理的特性
| 財産 | Fixed Typical Value for M4 Tool Steel |
| 密度 | 〜7.85 g/cm³ (標準のHSSツール設計と互換性があります) |
| 熱伝導率 | 〜35 w/(M・k) (20°Cで - 高速切断中の効率的な熱散逸を可能にします) |
| 比熱容量 | 〜0.48 kj/(kg・k) (20°Cで) |
| 熱膨張係数 | 〜11 x10⁻⁶/°C (20-500°C-リーマーなどの精密ツールの熱歪みを最小化します) |
| 磁気特性 | 強磁性 (すべての熱処理された状態で磁気を保持します, 高速鋼と一致しています) |
機械的特性
標準的な熱処理後 (アニーリング + 消光 + 焼き戻し), M4 delivers industry-leading performance for high-demand applications:
- 抗張力: 〜2100-2600 MPa (ideal for high-cutting-force operations like milling hard tool steels)
- 降伏強度: 〜1700-2100 MPa (ツールは、重い負荷の下で永久的な変形に抵抗することを保証します)
- 伸長: 〜10-15％ (で 50 MM - モデレート延性, 機械加工振動中の突然の亀裂を避けるのに十分)
- 硬度 (ロックウェルCスケール): 63-69 HRC (熱処理後 - 調整可能: 63-65 厳しい形成ツールのHRC, 67-69 耐摩耗性の切削工具用のHRC)
- 疲労強度: 〜850-1050 MPa (at 10⁷ cycles—perfect for tools under repeated cutting, 生産ラインフライスカッターのように)
- 衝撃の靭性: 中程度から高 (室温で〜35-45 j/cm²) - セラミックツールよりも高くなっています, 使用中のチッピングリスクを減らす
その他の重要なプロパティ
- 優れた耐摩耗性: High carbon-driven carbides resist abrasion 20-25% M2よりも優れています, ideal for machining hard metals like Inconel or hardened steel.
- 高い暑さ: 600°Cで〜60 HRCを保持します (on par with premium HSS, critical for high-speed cutting at 500+ m/my).
- 良いタフネス: 硬さとバランスが取れています, したがって、それは小さな影響に耐えます (例えば。, ツールワークピースの連絡先) 壊れずに.
- 加工性: 良い (熱処理の前)—annealed M4 (硬度〜220-250ブリネル) 炭化物ツールで機械加工可能です; 硬化後の機械加工は避けてください (63-69 HRC).
- 溶接性: 注意して、高炭素含有量は亀裂リスクを増加させます; 予熱 (350-400°C) ツールの修理には、溶接後の焼き戻しが必要です.
2. Real-World Applications of M4 Tool Steel
M4’s carbide-rich composition makes it ideal for high-wear cutting and forming applications. ここに最も一般的な用途があります:
切削工具
- ミリングカッター: End mills for machining hardened steel (50+ HRC) use M4—耐摩耗性 シャープネスを維持します 30% M2より長い, 再結合周波数の削減.
- ターニングツール: Lathe tools for aerospace component machining (例えば。, titanium shafts) use M4—hot hardness resists softening at 550-600°C, 生産効率の向上 40%.
- ブローチ: Internal broaches for shaping high-strength gears use M4—toughness resists chipping, and wear resistance ensures precision over 12,000+ 部品.
- リーマー: タイトトレランスホールの精度リーマー (±0.0005 mm) in automotive engine parts use M4—wear resistance maintains consistent hole quality over 18,000+ リーム.
ケースの例: A tool shop used M2 for milling 55 HRC hardened steel parts. M2カッターが鈍くなりました 120 部品. They switched to M4, そして、カッターは続きました 180 部品 (50% 長い) - カットの再編成時間 35% と節約 $18,000 毎年.
ツールの形成
- パンチ: 厚い金属シートをスタンプするための高速パンチ (例えば。, 8 MMステンレス鋼) use M4—優れた耐摩耗性 ハンドル 220,000+ スタンピング (40,000 M2以上).
- 死ぬ: Cold-forming dies for shaping high-strength fasteners use M4—toughness resists pressure, 耐摩耗性は欠陥のある部品を減らします 65%.
- スタンピングツール: Fine stamping tools for electronics connectors use M4—hardness (67-69 HRC) きれいに保証します, バーフリーカット.
航空宇宙 & 自動車産業
- 航空宇宙産業: Cutting tools for machining turbine blades (インコネル 718) use M4—高い暑さ 600°Cの削減温度を処理します, which would soften lower-grade HSS.
- 自動車産業: High-speed cutting tools for machining transmission gears (硬化した鋼) use M4—wear resistance reduces tool replacement by 25%, 生産コストの削減.
機械工学
- ギア: Heavy-duty gears for industrial machinery (例えば。, mining conveyors) use M4—wear resistance extends lifespan by 25% vs. M2, メンテナンスの削減.
- シャフト: Drive shafts for high-torque equipment (例えば。, industrial mixers) use M4—tensile strength (2100-2600 MPA) 重い負荷に耐えます, 疲労強度は繰り返されるストレスに抵抗します.
- ベアリング: High-load bearings for construction equipment use M4—wear resistance reduces friction, メンテナンス頻度を下げる 50%.
3. Manufacturing Techniques for M4 Tool Steel
Producing M4 requires precision to control carbide formation and optimize performance. 詳細なプロセスは次のとおりです:
1. 冶金プロセス (組成制御)
- 電気弧炉 (EAF): 主要な方法 - 鉄鋼のscrap, タングステン, モリブデン, バナジウム, 炭素は1,650〜1,750°Cで溶けます. センサーモニター 化学組成 炭素を維持するため (0.95-1.20%) and other elements within range—critical for carbide formation.
- 基本的な酸素炉 (bof): 大規模な生産のために、モルテン鉄はスクラップスチールと混合されています; 酸素は炭素含有量を調整します. 合金 (タングステン, バナジウム) 酸化を避けるために爆発後に追加されます.
2. ローリングプロセス
- ホットローリング: 溶融合金はインゴットに投げ込まれます, 1,100〜1,200°Cに加熱, バーに転がります, プレート, またはワイヤー. ホットローリングは大きな炭化物と形状のツールブランクを分解します (例えば。, カッターボディ).
- コールドローリング: 薄いシートに使用されます (例えば。, 小さなパンチブランク) - 表面仕上げを改善するために、室温でコールドロールします. ロール後アニーリング (700-750°C) 加工性を回復します.
3. 熱処理 (Critical for Carbide Performance)
- アニーリング: 850-900°Cに加熱されます 2-4 時間, ゆっくりと冷却されました (50°C/時間) 〜600°Cまで. 硬度を低下させます 220-250 ブリネル, 機械加工可能にし、内部ストレスを緩和します.
- 消光: 1,200〜1,250°Cに加熱 (オーステナイト化) のために 30-60 分, オイルで消光されました. 硬化します 67-69 HRC; 空気消光は歪みを減らしますが、硬度を低下させます 63-65 HRC.
- 焼き戻し: Reheated to 500-550°C for 1-2 時間, 空冷. バランス 暑さ およびタフネス - 切削工具のためにクリティカル; 過剰な気分を避けます, 耐摩耗性が低下します.
- ストレス緩和アニーリング: 必須 - 600〜650°Cに加えて 1 機械加工の1時間後、ストレスを軽減します, 消光中の割れを防ぐ.
4. 形成と表面処理
- 形成方法:
- フォーミングを押します: 油圧プレス (5,000-10,000 トン) shape M4 plates into tool blanks—done before heat treatment.
- 研削: 熱処理後, ダイヤモンドホイールは、エッジを±0.0005 mmの許容範囲に改良します (例えば。, リーマーフルート) シャープネスを維持する.
- 機械加工: CNC mills with carbide tools shape annealed M4 into cutting geometries—coolant prevents overheating and carbide damage.
- 表面処理:
- ニトリッド: 窒素で500〜550°Cに加熱してa 5-10 μM窒化物層 - ブースト耐摩耗性 25%.
- コーティング (PVD/CVD): チタンアルミニウム窒化物 (PVD) コーティングは摩擦を減らします, extending tool life by 2x for high-speed cutting.
- 硬化: 最終熱処理 (消光 + 焼き戻し) ほとんどのアプリケーションでは十分です。追加の表面硬化は必要ありません.
5. 品質管理 (パフォーマンス保証)
- 硬度テスト: Rockwell Cテストは、拡張後の硬度を検証します (63-69 HRC) そして暑さ (600°Cで60 HRC以上).
- 微細構造分析: 均一な炭化物分布を確認します (チッピングまたはエッジの故障を引き起こす大きな炭化物はありません).
- 寸法検査: CMMSは、精度のツール寸法をチェックします (例えば。, ミリングカッター歯の間隔).
- テストを着用してください: 高速切削をシミュレートします (例えば。, 機械加工 55 HRC steel at 450 m/my) ツール寿命を測定する.
- 引張試験: 引張強度を検証します (2100-2600 MPA) そして、降伏強度 (1700-2100 MPA) to meet M4 specifications.
4. ケーススタディ: 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 (毎 100 部品) および高度再導入コスト. They switched to M4, 次の結果があります:
- ツールライフ: M4 cutters lasted 160 部品 (60% M2より長い) - ツールの変化を減らす 37%.
- 再編成コスト: 節約された再成形が少なくなります $12,000 毎年労働とツールの修理.
- コスト削減: Despite M4’s 25% より高い前払いコスト, メーカーは保存しました $30,000 毎年、ツールの交換と再編成を減らして.
5. M4 Tool Steel vs. その他の材料
How does M4 compare to M2 and other high-performance materials? それを分解しましょう:
| 材料 | 料金 (vs. M4) | 硬度 (HRC) | 暑さ (600°CのHRC) | 衝撃の靭性 | 耐摩耗性 | 加工性 |
| M4 Tool Steel | ベース (100%) | 63-69 | 〜60 | 中程度の高さ | 素晴らしい | 良い |
| M2ツールスチール | 75% | 62-68 | 〜58 | 中程度の高さ | とても良い | 良い |
| D2ツールスチール | 65% | 60-62 | 〜30 | 低い | 素晴らしい | 難しい |
| H13ツールスチール | 90% | 58-62 | 〜48 | 高い | とても良い | 良い |
| チタン合金 (TI-6AL-4V) | 480% | 30-35 | 〜25 | 高い | 良い | 貧しい |
アプリケーションの適合性
- Hardened Steel Machining: M4 outperforms M2 (より良い耐摩耗性) のために 50+ HRC steel—ideal for gear or die machining.
- Precision Cutting: M4 is superior to D2 (より良いタフネス) for reamers or broaches—reduces chipping and ensures tight tolerances.
- 航空宇宙コンポーネント: M4 balances hot hardness and cost better than titanium—suitable for cutting Inconel or titanium parts.
Yigu Technology’s View on M4 Tool Steel
Yiguテクノロジーで, M4 stands out as a top choice for high-wear cutting applications. Its high carbon-driven 耐摩耗性 そして 暑さ make it ideal for clients in aerospace, 自動車, および精密ツール. We recommend M4 for machining hardened steel, インコネル, and high-strength alloys—where it outperforms M2 (より長いツール寿命) およびd2 (より良いタフネス). 前もって費用がかかりますが, その耐久性は、メンテナンスと交換コストを削減します, Sustainableの目標を調整します, 高性能製造ソリューション.
よくある質問
1. Is M4 tool steel better than M2 for machining hardened steel?
Yes—M4’s higher carbon content forms more carbides, それを作る 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 (例えば。, アルミニウム)?
はい, しかし、それは過度に指定されています. 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対. D2’s low toughness), チッピングリスクを減らす. M4 also has higher hot hardness, making it better for high-speed cutting—D2 is better for cold-work dies, not high-speed tools.
