M4 Tool Steel: Propriedades, Aplicações, Guia de fabricação

M4 tool steel is a high-performance high-speed steel (HSS) comemorado por seu excepcional resistência ao desgaste e alta dureza quente—traits driven by its high carbon content and balanced alloy blend. Ao contrário do HSS padrão como M2, its elevated carbon (0.95-1.20%) forms more hard carbides, making it a top choice for precision cutting tools, formando matrizes, e componentes críticos nas indústrias aeroespaciais e automotivas. Neste guia, Vamos quebrar suas características principais, Usos do mundo real, processos de fabricação, e como ele se compara a outros materiais, 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 Composição química—especially high carbon—which amplifies its mechanical strength and wear resistance, moldando suas propriedades robustas.

Composição química

M4’s formula prioritizes carbide formation for wear resistance, com faixas fixas para elementos -chave:

• Teor de carbono: 0.95-1.20% (superior a M2, forming more tungsten/vanadium carbides to boost resistência ao desgaste e retenção de borda)
• Conteúdo de cromo: 3.75-4.25% (forma carbonetos resistentes ao calor para resistência adicional ao desgaste e garante tratamento térmico uniforme)
• Conteúdo de tungstênio: 5.50-6.75% (elemento central para alta dureza quente—resists softening at 600°C+ during high-speed cutting)
• Conteúdo de molibdênio: 4.75-5.50% (trabalha com o tungstênio para melhorar a dureza quente e reduzir a fragilidade)
• Conteúdo de vanádio: 1.75-2.25% (refina o tamanho do grão, melhora a resistência, e forma carbonetos de vanádio duro para resistência ao desgaste superior)
• Conteúdo de manganês: 0.20-0.40% (aumenta a hardenabilidade sem criar carbonetos grossos que enfraquecem o aço)
• Conteúdo de silício: 0.15-0.35% (Ajuda a desoxidação durante a fabricação e estabiliza o desempenho de alta temperatura)
• Teor de fósforo: ≤0,03% (estritamente controlado para evitar a fragilidade fria, crítico para ferramentas usadas em armazenamento de baixa temperatura)
• Teor de enxofre: ≤0,03% (Ultra-baixo para manter resistência e evite rachaduras durante a formação ou usinagem)

Propriedades físicas

Propriedades mecânicas

Após tratamento térmico padrão (recozimento + Tireização + temering), M4 delivers industry-leading performance for high-demand applications:

• Resistência à tracção: ~ 2100-2600 MPA (ideal for high-cutting-force operations like milling hard tool steels)
• Força de escoamento: ~ 1700-2100 MPA (Garante que as ferramentas resistam à deformação permanente sob cargas pesadas)
• Alongamento: ~ 10-15% (em 50 mm - ductilidade moderada, o suficiente para evitar rachaduras repentinas durante as vibrações de usinagem)
• Dureza (Rockwell C escala): 63-69 HRC (Após o tratamento térmico - ajustável: 63-65 HRC para ferramentas difíceis de formação, 67-69 HRC para ferramentas de corte resistentes ao desgaste)
• Força de fadiga: ~ 850-1050 MPA (at 10⁷ cycles—perfect for tools under repeated cutting, como cortadores de moagem da linha de produção)
• Tenacidade de impacto: Moderado a alto (~ 35-45 J/cm² à temperatura ambiente)- mais alto que as ferramentas de cerâmica, reduzindo o risco de lasca durante o uso

Outras propriedades críticas

• Excelente resistência ao desgaste: High carbon-driven carbides resist abrasion 20-25% melhor que m2, ideal for machining hard metals like Inconel or hardened steel.
• Alta dureza quente: Retém ~ 60 HRC a 600 ° C (on par with premium HSS, critical for high-speed cutting at 500+ m/meu).
• Boa resistência: Equilibrado com dureza, Então, ele suporta pequenos impactos (Por exemplo, Contato de trabalho da ferramenta) sem quebrar.
• MACHINABILIDADE: Bom (antes do tratamento térmico)—annealed M4 (dureza ~ 220-250 Brinell) é máquinável com ferramentas de carboneto; Evite usinagem após endurecer (63-69 HRC).
• Soldabilidade: Com cautela - o alto teor de carbono aumenta o risco de rachadura; pré -aquecimento (350-400° c) e a temperamento pós-lava-se é necessária para reparos de ferramentas.

2. Real-World Applications of M4 Tool Steel

M4’s carbide-rich composition makes it ideal for high-wear cutting and forming applications. Aqui estão seus usos mais comuns:

Ferramentas de corte

• Cortadores de moagem: End mills for machining hardened steel (50+ HRC) use M4—resistência ao desgaste mantém a nitidez 30% mais que m2, redução da frequência de relevante.
• Turning Tools: Lathe tools for aerospace component machining (Por exemplo, titanium shafts) use M4—hot hardness resists softening at 550-600°C, melhorando a eficiência da produção por 40%.
• Broaches: Internal broaches for shaping high-strength gears use M4—toughness resists chipping, and wear resistance ensures precision over 12,000+ peças.
• Amerizadores: Reamadores de precisão para orifícios de tolerância apertada (± 0,0005 mm) in automotive engine parts use M4—wear resistance maintains consistent hole quality over 18,000+ resmas.

Exemplo de caso: A tool shop used M2 for milling 55 HRC hardened steel parts. Os cortadores M2 entristaram depois 120 peças. They switched to M4, E os cortadores duraram 180 peças (50% mais longo)—Cutando tempo de relevante por 35% e salvando $18,000 anualmente.

Ferramentas de formação

• Socos: Punchos de alta velocidade para carimbar lençóis de metal grossos (Por exemplo, 8 mm aço inoxidável) use M4—Excelente resistência ao desgaste alças 220,000+ estampamentos (40,000 mais que m2).
• Morre: Cold-forming dies for shaping high-strength fasteners use M4—toughness resists pressure, e a resistência ao desgaste reduz as partes defeituosas por 65%.
• Ferramentas de estampagem: Fine stamping tools for electronics connectors use M4—hardness (67-69 HRC) Garante limpo, cortes livres de rebarbas.

Aeroespacial & Indústrias Automotivas

• Indústria aeroespacial: Cutting tools for machining turbine blades (Inconel 718) use M4—alta dureza quente lida com temperaturas de corte de 600 ° C, which would soften lower-grade HSS.
• Indústria automotiva: High-speed cutting tools for machining transmission gears (Aço endurecido) use M4—wear resistance reduces tool replacement by 25%, cortando custos de produção.

Engenharia Mecânica

• Engrenagens: Heavy-duty gears for industrial machinery (Por exemplo, mining conveyors) use M4—wear resistance extends lifespan by 25% vs.. M2, reduzindo a manutenção.
• Eixos: Drive shafts for high-torque equipment (Por exemplo, industrial mixers) use M4—tensile strength (2100-2600 MPA) suporta cargas pesadas, e a força da fadiga resiste ao estresse repetido.
• Rolamentos: High-load bearings for construction equipment use M4—wear resistance reduces friction, redução da frequência de manutenção por 50%.

3. Manufacturing Techniques for M4 Tool Steel

Producing M4 requires precision to control carbide formation and optimize performance. Aqui está o processo detalhado:

1. Processos metalúrgicos (Controle de composição)

• Forno de arco elétrico (Eaf): Método primário - aço de arranhão, tungstênio, molibdênio, vanádio, e carbono são derretidos a 1.650-1.750 ° C. Monitor de sensores Composição química para manter o carbono (0.95-1.20%) and other elements within range—critical for carbide formation.
• Forno de oxigênio básico (BOF): Para produção em larga escala-o ferro de soltamento é misturado com sucata de aço; Oxigênio ajusta o teor de carbono. Ligas (tungstênio, vanádio) são adicionados após o sopro para evitar a oxidação.

2. Processos de rolamento

• Rolamento a quente: Liga fundida é lançada em lingotes, aquecido a 1.100-1.200 ° C., e rolou em barras, pratos, ou fio. O rolamento quente quebra os grandes carbonetos e formas em espaços em branco da ferramenta (Por exemplo, corpos cortadores).
• Rolamento frio: Usado para folhas finas (Por exemplo, Pequeno soco em branco)-Collado rolado à temperatura ambiente para melhorar o acabamento da superfície. Recozimento pós-rolamento (700-750° c) Restaura a usinabilidade.

3. Tratamento térmico (Critical for Carbide Performance)

• Recozimento: Aquecido a 850-900 ° C para 2-4 horas, resfriado lentamente (50° C/hora) a ~ 600 ° C.. Reduz a dureza para 220-250 Brinell, tornando -o máquinável e aliviando o estresse interno.
• Tireização: Aquecido a 1.200-1.250 ° C. (austenitizando) para 30-60 minutos, extinto em óleo. Endurece para 67-69 HRC; A extinção do ar reduz a distorção, mas diminui a dureza para 63-65 HRC.
• Temering: Reheated to 500-550°C for 1-2 horas, refrigerado a ar. Saldos dureza quente e resistência - crítica para ferramentas de corte; evita demais, que reduz a resistência do desgaste.
• Recozimento do alívio do estresse: Obrigatório-com raio de 600-650 ° C para 1 hora após a usinagem para reduzir o estresse, prevenindo rachaduras durante a extinção.

4. Formação e tratamento de superfície

• Métodos de formação:
• Pressione formação: Imprensa hidráulica (5,000-10,000 toneladas) shape M4 plates into tool blanks—done before heat treatment.
• Moagem: Após o tratamento térmico, Rodas de diamante refinam as bordas para ± 0,0005 mm de tolerâncias (Por exemplo, flautas de revendedores) para preservar a nitidez.
• Usinagem: CNC mills with carbide tools shape annealed M4 into cutting geometries—coolant prevents overheating and carbide damage.
• Tratamento de superfície:
• Nitretagem: Aquecido a 500-550 ° C em nitrogênio para formar um 5-10 Camada de nitreto de μM - Boosts Wear Resistência por 25%.
• Revestimento (PVD/CVD): Nitreto de alumínio de titânio (PVD) Os revestimentos reduzem o atrito, extending tool life by 2x for high-speed cutting.
• Endurecimento: Tratamento térmico final (Tireização + temering) é suficiente para a maioria das aplicações - não é necessário endurecer a superfície adicional.

5. Controle de qualidade (Garantia de desempenho)

• Teste de dureza: Rockwell C Testes Verifique a dureza pós-temperamento (63-69 HRC) e dureza quente (≥60 HRC a 600 ° C).
• Análise de microestrutura: Confirma a distribuição uniforme de carboneto (sem carbonetos grandes que causam lascas ou falha de borda).
• Inspeção dimensional: CMMS Verifique as dimensões da ferramenta para precisão (Por exemplo, Espaçamento de dentes cortadores de moagem).
• Teste de desgaste: Simula o corte de alta velocidade (Por exemplo, usinagem 55 HRC steel at 450 m/meu) Para medir a vida da ferramenta.
• Teste de tração: Verifica a força de tração (2100-2600 MPA) e força de escoamento (1700-2100 MPA) to meet M4 specifications.

4. Estudo de caso: 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 (todo 100 peças) e altos custos de relevante. They switched to M4, com os seguintes resultados:

• Vida da ferramenta: M4 cutters lasted 160 peças (60% mais que m2)- Redução de mudanças da ferramenta por 37%.
• Custos de relevante: Menos regra salvos $12,000 anualmente em trabalho de parto e ferramenta.
• Economia de custos: Despite M4’s 25% maior custo inicial, o fabricante salvo $30,000 anualmente por meio de substituição e relevante reduzida de ferramentas.

5. M4 Tool Steel vs. Outros materiais

How does M4 compare to M2 and other high-performance materials? Vamos quebrá -lo:

Adequação do aplicativo

• Hardened Steel Machining: M4 outperforms M2 (melhor resistência ao desgaste) para 50+ HRC steel—ideal for gear or die machining.
• Precision Cutting: M4 is superior to D2 (melhor resistência) for reamers or broaches—reduces chipping and ensures tight tolerances.
• Componentes aeroespaciais: M4 balances hot hardness and cost better than titanium—suitable for cutting Inconel or titanium parts.

Yigu Technology’s View on M4 Tool Steel

Na tecnologia Yigu, M4 stands out as a top choice for high-wear cutting applications. Its high carbon-driven resistência ao desgaste e dureza quente make it ideal for clients in aerospace, Automotivo, e ferramentas de precisão. We recommend M4 for machining hardened steel, Inconel, and high-strength alloys—where it outperforms M2 (Vida de ferramenta mais longa) e d2 (melhor resistência). Enquanto mais caro, Sua durabilidade reduz os custos de manutenção e reposição, alinhando com nosso objetivo de sustentável, Soluções de fabricação de alto desempenho.

Perguntas frequentes

1. Is M4 tool steel better than M2 for machining hardened steel?

Yes—M4’s higher carbon content forms more carbides, fazendo isso 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 (Por exemplo, alumínio)?

Sim, Mas é especificado demais. 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), reduzindo o risco de lasca. M4 also has higher hot hardness, making it better for high-speed cutting—D2 is better for cold-work dies, not high-speed tools.