S5ツールスチール: プロパティ, アプリケーション, および製造ガイド

S5ツールスチールは、バランスのとれたブレンドで祝われる多目的な冷静な合金です 高いタフネス, 良い耐摩耗性, そして素晴らしい 衝撃負荷抵抗 - テーラードによって可能になった特性 化学組成 (中程度の炭素, クロム, およびバナジウムの追加). 低グレードのS1またはS2ツールスチールとは異なります, S5の最適化された合金ブレンドは、その強度と耐久性を高めます, 切削工具のような中程度から高さの応力アプリケーションに最適になる, 形成ダイ, 航空宇宙の精密成分, 自動車, プラスチック射出成形産業. 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, 信頼性と回復力を要求するプロジェクトのためにそれを選択するのに役立ちます.

1. S5ツールスチールの主要な材料特性

S5のパフォーマンスは、その正確に調整されたものに起因します 化学組成 - 特にバナジウム, 穀物のサイズを改良し、耐摩耗性と衝撃耐性の両方を高めます。.

化学組成

S5のフォーミュラは、靭性を優先します, 耐摩耗性, ショックレジリエンス, 重要な要素の固定範囲付き:

炭素含有量: 0.50-0.60% (バランスカーバイドフォーメーション 良い耐摩耗性 の延性 高いタフネス, 寒い形成の脆弱性を避けます)
クロム含有量: 0.50-0.80% (硬化性と軽度の耐食性を高めます, 均一な熱処理結果を確保します)
マンガンの内容: 0.60-0.90% (引張強度と硬化性を高めます, 頑丈な機械加工荷重をサポートします)
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, 低温環境で使用されるツールにとって重要です)
硫黄含有量: ≤0.03％ (タフネスを維持し、形成または機械加工中に亀裂を避けるための超低)
バナジウム含有量: 0.10-0.20% (追加の定義 - グレインサイズをリファインします, 強化 耐摩耗性, そして改善します 衝撃負荷抵抗 vs. S1/S2)

物理的特性

財産	S5ツールスチールの典型的な値を修正しました
密度	〜7.85 g/cm³ (標準ツールとコンポーネントの設計と互換性があります)
熱伝導率	〜35 w/(M・k) (20°Cで - 切断中の効率的な熱散逸を可能にします, ツールの過熱を減らす)
比熱容量	〜0.48 kj/(kg・k) (20°Cで)
熱膨張係数	〜11 x10⁻⁶/°C (20-500°C-精密ツールの次元の変化を最小化します, 一貫した部分品質を確保します)
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, コールドワークツール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), S5は、中程度のストレスタスクに信頼できるパフォーマンスを提供します:

抗張力: 〜1200-1400 MPa (ハードプラスチックや軟鋼を切るのに最適です, 薄い金属シートを形成します)
降伏強度: 〜800-1000 MPa (ツールは、冷たい形成圧力または機械加工荷重の下で永久変形に抵抗することを保証します)
伸長: 〜15-20％ (で 50 MM - 高延性, ひび割れずにカビの虫歯のような複雑な形状を簡単に機械加工できるようにする)
硬度 (ロックウェルCスケール): 52-56 HRC (熱処理後 - 調整可能: 52-53 厳しい形成のためのHRC, 55-56 耐摩耗性の切削工具用のHRC)
疲労強度: 〜550-650 MPa (10℃のサイクルで - 生産ラインスタンピングダイやリーマーなどの大量のツールに最適)
衝撃の靭性: 中程度から高 (室温で〜50-60 j/cm²) - S2またはA2より高くなっています, 突然の影響に耐性にします (例えば。, ワークピースの誤った連絡先).

その他の重要なプロパティ

良い耐摩耗性: バナジウムと炭素炭化物は摩耗に耐えます 15-20% S2ツールスチールよりも優れています, ツールの寿命を延ばします (例えば。, 180,000+ スタンピングダイのサイクル).
高いタフネス: その低合金組成は延性を保持します, したがって、S5は冷たい形成の圧力に耐えます (まで 7,000 中程度のダイのkn) チッピングなし.
衝撃負荷に対する良好な抵抗: バナジウムが施した穀物は突然の衝撃を吸収します (例えば。, 偶発的なツールのドロップまたはワークピースの不整合) 壊れることなく - D2のような脆性鋼に対する重要な利点.
加工性: 良い (熱処理の前) - 鳴り響くS5 (硬度〜190-230ブリネル) 炭化物または高速鋼で機械加工可能です (HSS) ツール; 加熱後の粉砕は、精密なエッジの場合は簡単です.
溶接性: 注意すると、炭素炭素含有量は予熱する必要があります (250-300°C) 溶けた後の気性 (450-500°C) ひび割れを避けるため, ツールの変更のために修理可能にします.

2. S5ツールスチールの実際のアプリケーション

S5の強度のバランス, タフネス, 衝撃的な耐性は、中程度のストレスタスクで耐久性を要求する産業に最適です. 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: 軟鋼または硬質プラスチックを機械加工するための小〜mediumエンドミル (例えば。, ナイロン) S5を使用します - 良い耐摩耗性 の鋭さを維持します 900+ 部品 (vs. 600+ S2の場合), 調節時間の短縮.
ターニングツール: 真鍮またはアルミニウム成分の半自動旋盤ツール (例えば。, 自動車継手) S5を使用します - 衝撃耐性 偶発的なツールワークピースの衝突に抵抗します, 故障率を下げる 30%.
ブローチ: 柔らかい鋼部品を形作るための内部ブローチ (例えば。, 家電製品の歯車) S5を使用します, 抵抗ハンドルを摩耗させます 18,000+ 部品.
リーマー: 中耐性リーマー (±0.008 mm) メタルワーク用 (例えば。, 電気ジャンクションボックスの穴) S5 -EDED保持を使用すると、一貫した穴の品質が保証されます 15,000+ リーム.

ケースの例: アルミニウムターニングツールにS2を使用した小さなマシニングショップ 12% ショックからのツールの破損. 彼らはS5に切り替えました, 破損は3％に低下しました $5,000 毎年ツール交換を行います, ツールの寿命が延びている間 600 に 900 部品.

ツールの形成

パンチ: 板金用の中程度のコールドパンチツール (例えば。, 家具用のスチールブラケットに穴を開ける) S5を使用します - 衝撃耐性 マニュアルまたは半自動パンチングに耐えます, 抵抗ハンドルを摩耗させます 180,000+ パンチ (vs. 120,000+ S2の場合).
死ぬ: 薄い鋼板のためにスタンピングが死にます (例えば。, HVACダクトコンポーネント) S5を使用します - ダイアセンブリ中に亀裂を避けます, 耐摩耗性により、きれいなエッジが保証されます 150,000 スタンピング.
スタンピングツール: 自動車のインテリアトリム使用S5のための小さなバッチスタンピングツール - 手頃な性質の中程度のプロダクションのニーズ, 衝撃耐性は、スタンピング中の不整合に抵抗します.

プラスチック射出成形

プラスチック部品の型: 小さなプラスチックコンポーネント用の金型 (例えば。, おもちゃホイールまたは電気コネクタ) S5を使用します - 耐摩耗性 ハンドル 250,000+ サイクル, 靭性は、カビのクランプ圧力に耐えます (まで 8,000 kn).
コアおよびキャビティコンポーネント: プラスチック部品の精密金型コア (例えば。, ラップトップ充電器ハウジング) S5を使用します。次元の安定性により、一部の一貫性が保証されます, 加工性により、複雑なコア形状が可能になります.

航空宇宙, 自動車 & 機械工学

航空宇宙産業: 小さな非負荷含有コンポーネント (例えば。, 航空機のキャビンファスナーまたはセンサーブラケット) S5を使用します - 抗張力 光構造荷重をサポートします, 衝撃耐性は乱流誘発性振動に耐えます.
自動車産業: 中間ストレス成分 (例えば。, フロントガラスワイパー用のプラスチックトリム金型インサートまたは小さなギア歯) S5-コスト効率の高い生産スーツを使用します, 耐摩耗性は成分の劣化を減らします.
機械工学: 中荷重機械用のギアとシャフト (例えば。, 包装ライン用のコンベアシステム) S5-脂肪強度を使用して、繰り返しストレスに抵抗します, 衝撃耐性は突然のコンベア衝動を処理します.

3. S5ツールスチールの製造技術

S5を生産するには、バナジウム強化組成を維持し、一貫した衝撃耐性を確保するために精度が必要です。. 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, 炭素, クロム, バナジウムは1,600〜1,700°Cで溶けます. センサーモニター 化学組成 S5の範囲内に要素を保つため (例えば。, 0.10-0.20% バナジウム), 衝撃耐性と耐摩耗性に重要です.
基本的な酸素炉 (bof): 大規模な生産のために - 爆風炉からの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. 酸化を避け、正確な組成を確保するために、バナジウムとクロムが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, 1,050-1,150°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を分解し、材料をツールブランクに形作ります (例えば。, 300×300 中ダイ用のMMブロック).
コールドローリング: 薄いツールコンポーネントに使用されます (例えば。, パンチのヒントまたは金型インサート) - 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 (650-700°C) その後の機械加工のために鋼を柔らかくします.

3. 熱処理 (衝撃抵抗に合わせて調整されました)

S5の熱処理は、靭性と衝撃耐性を優先します, 低グレードの鋼に耐摩耗性を高める間:

アニーリング: 750-800°Cに加熱されます 2-3 時間, ゆっくりと約600°Cまで冷却します. 硬度を低下させます 190-230 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: 840-880°Cに加熱 (オーステナイト化) のために 20-30 分, オイルで消光されました. スチールを硬化させます 58-60 HRC-服の消光 (vs. D2) 衝撃耐性のためにバナジウムが切った穀物を保持します.
焼き戻し: 280-330°Cに再加熱されます 1-2 時間, 空冷. 硬度を低下させます 52-56 HRC-耐摩耗性と耐衝撃性のバランス; 高温の温度 (350-400°C) ダイを形成する際に余分な延性に使用できます.
ストレス緩和アニーリング: 機械加工後に適用されます - 550〜600°Cに加えて 1 切断ストレスを減らす時間, 最終熱処理中のツールワーピングの防止.

4. 形成と表面処理

形成方法:
フォーミングを押します: 中程度の油圧プレス (3,000-6,000 トン) S5ブランクをダイやツールの輪郭に形作る - 熱処理の前に.
機械加工: CNCミルまたは半自動旋盤はS5をツール形状にカットします (例えば。, リーマーフルートまたはパンチのヒント)—HSSツールは、アニールされたS5で動作します, 加工コストの削減対. 炭化物のみの鋼.
研削: 熱処理後, アルミニウム酸化物のホイールは、ツールのエッジをRAに改良します 0.1 μM粗さ - プラスチックカビコアなどの中耐性アプリケーションに適しています.
表面処理:
ニトリッド: 窒素雰囲気で480-520°Cに加熱して、 3-5 μM窒化物層 - ブースト耐摩耗性 25% (大量のスタンピングダイまたは切削工具に最適です).
コーティング (PVD/CVD): 薄窒化薄いチタン (PVD) コーティングは、切削工具でオプションであり、摩擦を減らします, 軟鋼加工のためにツール寿命を1.8倍延長します.
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 (52-56 HRC) - ツールのパフォーマンスのための保存の一貫性.
微細構造分析: 顕微鏡下で合金を調べて、バナジウムの穀物の洗練と均一なカーバイド分布を確認します (衝撃耐性を低下させる大きな炭化物はありません).
寸法検査: 測定機を調整します (CMMS) ±0.005 mmのツール寸法を確認してください - プラスチック部品型のような中耐性アプリケーションのために批判.
ショックテスト: 突然の影響をシミュレートします (例えば。, からツールをドロップします 1 メーター) 破損に対する抵抗を検証するために - 保存S5は衝撃負荷要件を満たしています.
引張試験: 引張強度を検証します (1200-1400 MPA) そして、降伏強度 (800-1000 MPA) S5仕様を満たすため.

4. ケーススタディ: プラスチック射出金型コアのS5ツールスチール

小さなプラスチック部品メーカーは、電気コネクタ用の金型コアにS2を使用しました (200,000 部品/年) しかし、2つの問題に直面しました: 後のコアウェア 150,000 金型クランプショックからのサイクルと時折の破損 (10% 故障率). 彼らはS5に切り替えました, 次の結果があります:

コアライフ: S5の耐摩耗性はコアライフを拡張しました 250,000 サイクル (67% S2より長い) - コア交換コストをカットします $8,000 毎年.
衝撃耐性: 故障率は2％に低下しました $5,000 毎年無駄な金型と生産のダウンタイムで.
コスト削減: にもかかわらず 20% より高い前払い材料コスト, メーカーは保存しました $12,000 毎年 - 中容量生産で利益率を改善します.

5. S5 Tool Steel Vs. その他の材料

S5は、中程度のストレス用途向けの低グレードS鋼やその他のツール鋼と比較してどうですか? それを分解しましょう:

材料	料金 (vs. S5)	硬度 (HRC)	耐摩耗性	衝撃耐性	タフネス	加工性
S5ツールスチール	ベース (100%)	52-56	良い	高い	高い	良い
S2ツールスチール	80%	52-56	公平	適度	高い	良い
A2ツールスチール	120%	52-60	とても良い	適度	適度	良い
D2ツールスチール	150%	60-62	素晴らしい	低い	低い	難しい
420 ステンレス鋼	130%	50-55	良い	適度	適度	良い

アプリケーションの適合性

中程度のストレス切削工具: S5の耐摩耗性と衝撃耐性はS2を上回ります (長寿命, 休憩が少ない) A2よりも費用対効果が高く、小規模から中規模の機械加工ショップの場合.
衝撃を受けやすい形成は死にます: S5の高い衝撃耐性により、手動または半自動スタンピングの場合、A2/D2よりも優れています。.
プラスチック射出金型コア: S5バランスは、抵抗性と靭性をS2よりも優れています (より長いサイクル寿命) より安い 420 ステンレス鋼 - 中容量のプラスチック部品に適しています.
機械コンポーネント: S5の引張強度と疲労抵抗のライバル 420 ステンレス鋼 20% 低コスト - 中程度の荷重またはシャフト用のideal.

S5ツールスチールに関するYiguテクノロジーの見解

Yiguテクノロジーで, S5は、中程度のストレスタスクの低グレードS鋼からの信頼できるアップグレードとして際立っています. そのバナジウムが強化されています 衝撃耐性, 耐摩耗性, タフネスは、高合金の鋼のコストなしに耐久性を必要とする小規模メーカーに理想的です. プラスチック型コアにはS5をお勧めします, 中程度のスタンピングが死にます, ショックを受けやすい切削工具 - S2よりも優れている場所 (長寿命) A2/D2よりも優れた価値を提供します. 極度の耐摩耗性がありませんが, その汎用性は、アクセス可能な目標と一致しています, 高性能製造ソリューション.