M4 Tool Steel: Характеристики, Приложения, Руководство по производству

M4 tool steel is a high-performance high-speed steel (HSS) праздновано за его исключительное износостойкость и Высокая горячая твердость—traits driven by its high carbon content and balanced alloy blend. В отличие от стандартных HSS, таких как M2, its elevated carbon (0.95-1.20%) forms more hard carbides, making it a top choice for precision cutting tools, Формирование умирает, и критические компоненты в аэрокосмической и автомобильной промышленности. В этом руководстве, Мы разбим его ключевые черты, Реальное мир использует, производственные процессы, и как это сравнивается с другими материалами, 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 химический состав—especially high carbon—which amplifies its mechanical strength and wear resistance, Формирование его надежных свойств.

Химический состав

M4’s formula prioritizes carbide formation for wear resistance, с фиксированными диапазонами для ключевых элементов:

• Содержание углерода: 0.95-1.20% (выше, чем M2, forming more tungsten/vanadium carbides to boost износостойкость и удержание края)
• Содержание хрома: 3.75-4.25% (формируют теплостойкие карбиды для дополнительной износостойкости и обеспечивают однородную термообработку)
• Содержание вольфрама: 5.50-6.75% (Основной элемент для Высокая горячая твердость—resists softening at 600°C+ during high-speed cutting)
• Содержание молибдена: 4.75-5.50% (Работает с вольфрамовой вольфесой, чтобы повысить горячую твердость и уменьшить хрупкость)
• Содержание ванадиума: 1.75-2.25% (Уточняет размер зерна, Улучшает прочность, и образует твердые ванадий карбидов для превосходной износостойкости)
• Содержание марганца: 0.20-0.40% (Укрепляет затвердеваемость без создания грубых карбидов, которые ослабляют сталь)
• Содержание кремния: 0.15-0.35% (СПИД-окисление во время производства и стабилизирует высокотемпературные характеристики)
• Содержание фосфора: ≤0,03% (строго контролируется, чтобы предотвратить холодную хрупкость, Критически критично для инструментов, используемых в низкотемпературном хранении)
• Содержание серы: ≤0,03% (Ультра-низкий для поддержания стойкость и избегать растрескивания во время формирования или обработки)

Физические свойства

Механические свойства

После стандартной термообработки (отжиг + гашение + отпуск), M4 delivers industry-leading performance for high-demand applications:

• Предел прочности: ~ 2100-2600 МПа (ideal for high-cutting-force operations like milling hard tool steels)
• Урожайность: ~ 1700-2100 МПа (Обеспечивает сопротивление инструментам сопротивляться постоянной деформации при тяжелых нагрузках)
• Удлинение: ~ 10-15% (в 50 ММ - модерная пластичность, Достаточно, чтобы избежать внезапного растрескивания во время вибраций обработки)
• Твердость (Роквелл C Шкала): 63-69 HRC (После термообработки - регулируемой: 63-65 HRC для жестких инструментов формирования, 67-69 HRC для резистентных режущих инструментов)
• Усталость сила: ~ 850-1050 МПа (at 10⁷ cycles—perfect for tools under repeated cutting, как производственные фрезеры)
• Воздействие на выносливость: От умеренного до высокого (~ 35-45 J/см² при комнатной температуре)- Боже, чем керамические инструменты, Снижение риска скопления во время использования

Другие критические свойства

• Отличная износостойкость: High carbon-driven carbides resist abrasion 20-25% лучше, чем М2, ideal for machining hard metals like Inconel or hardened steel.
• Высокая горячая твердость: Сохраняет ~ 60 часов при 600 ° C (on par with premium HSS, critical for high-speed cutting at 500+ м/мой).
• Хорошая прочность: Сбалансирован с твердостью, так что это выдерживает незначительные последствия (НАПРИМЕР., Контакт с инструментами) не сломавшись.
• Механизм: Хороший (Перед термообработкой)—annealed M4 (Твердость ~ 220-250 Бринелл) Оборочен с помощью карбидных инструментов; Избегайте обработки после упрочнения (63-69 HRC).
• Сварка: С осторожностью - высокое содержание углерода увеличивает риск растрескивания; предварительно нагреть (350-400° C.) и послепродажи необходимы для ремонта инструментов.

2. Real-World Applications of M4 Tool Steel

M4’s carbide-rich composition makes it ideal for high-wear cutting and forming applications. Вот его наиболее распространенное использование:

Режущие инструменты

• Фрезеры: End mills for machining hardened steel (50+ HRC) use M4—износостойкость поддерживает резкость 30% дольше, чем м2, Снижение отзывной частоты.
• Поворотные инструменты: Lathe tools for aerospace component machining (НАПРИМЕР., titanium shafts) use M4—hot hardness resists softening at 550-600°C, повышение эффективности производства 40%.
• Расщепления: Internal broaches for shaping high-strength gears use M4—toughness resists chipping, and wear resistance ensures precision over 12,000+ части.
• Разрушители: Точные повреждения для отверстий. (± 0,0005 мм) in automotive engine parts use M4—wear resistance maintains consistent hole quality over 18,000+ reams.

Пример случая: A tool shop used M2 for milling 55 HRC hardened steel parts. Резаки M2 притухали к 120 части. They switched to M4, И резаки продолжались 180 части (50% дольше)- вытягивая поступки времени 35% и сохранение $18,000 ежегодно.

Формирование инструментов

• Удары: Высокоскоростные удары для штамповки толстых металлических листов (НАПРИМЕР., 8 ММ нержавеющая сталь) use M4—Отличная износостойкость ручки 220,000+ штампы (40,000 больше, чем M2).
• Умирает: Cold-forming dies for shaping high-strength fasteners use M4—toughness resists pressure, и износостойкость уменьшает дефектные части на 65%.
• Инструменты штамповки: Fine stamping tools for electronics connectors use M4—hardness (67-69 HRC) обеспечивает чистоту, Без зары.

Аэрокосмическая & Автомобильная промышленность

• Аэрокосмическая промышленность: Cutting tools for machining turbine blades (Insonel 718) use M4—Высокая горячая твердость Обрабатывает температуру резки 600 ° C, which would soften lower-grade HSS.
• Автомобильная промышленность: High-speed cutting tools for machining transmission gears (закаленная сталь) use M4—wear resistance reduces tool replacement by 25%, сокращение производственных затрат.

Машиностроение

• Передачи: Heavy-duty gears for industrial machinery (НАПРИМЕР., mining conveyors) use M4—wear resistance extends lifespan by 25% против. М2, сокращение технического обслуживания.
• Валы: Drive shafts for high-torque equipment (НАПРИМЕР., industrial mixers) use M4—tensile strength (2100-2600 МПА) выдерживает тяжелые грузы, и сила усталости сопротивляется повторному стрессу.
• Подшипники: High-load bearings for construction equipment use M4—wear resistance reduces friction, снижение частоты обслуживания 50%.

3. Manufacturing Techniques for M4 Tool Steel

Producing M4 requires precision to control carbide formation and optimize performance. Вот подробный процесс:

1. Металлургические процессы (Контроль композиции)

• Электрическая дуговая печь (Eaf): Основной метод - сталь, вольфрам, молибден, ванадий, и углерод расплавлен при 1650-1,750 ° C. Датчики мониторинг химический состав Чтобы сохранить углерод (0.95-1.20%) and other elements within range—critical for carbide formation.
• Основная кислородная печь (Боф): Для крупномасштабного производства-Молтенское железо смешивается с лом; кислород корректирует содержание углерода. Сплавы (вольфрам, ванадий) добавляются после взрыва, чтобы избежать окисления.

2. Процессы прокатки

• Горячая катящика: Расплавленный сплав бросает в слитки, Нагревается до 1100-1,200 ° C., и перевернулся в бары, тарелки, или провод. Горячие катания разрываются большие карбиды и формы инструментов (НАПРИМЕР., режущие тела).
• Холодный катание: Используется для тонких листов (НАПРИМЕР., Маленькие пуншины)—Оолд-рост при комнатной температуре, чтобы улучшить отделку поверхности. Отжиг после роллинга (700-750° C.) Восстанавливает механизм.

3. Термическая обработка (Critical for Carbide Performance)

• Отжиг: Нагревается до 850-900 ° C для 2-4 часы, медленно охлаждался (50° C/час) до ~ 600 ° C.. Уменьшает твердость 220-250 Бринелл, Сделать его обработкой и снятие внутреннего стресса.
• Гашение: Нагревается до 1200-1,250 ° C. (Austenitizing) для 30-60 минуты, утомил в масле. Затвердевает 67-69 HRC; Утоивание воздуха уменьшает искажение, но снижает твердость, чтобы 63-65 HRC.
• Отпуск: Reheated to 500-550°C for 1-2 часы, воздушное охлаждение. Баланс Горячая твердость и выносливость - критическая для режущих инструментов; избегает переоценки, который снижает устойчивость к износу.
• Снятие стресса отжиг: Обязательно-до 600-650 ° C для 1 Час после обработки, чтобы уменьшить стресс, предотвращение растрескивания во время гашения.

4. Формирование и обработка поверхности

• Формирующие методы:
• Нажатие формирования: Гидравлические прессы (5,000-10,000 тонны) shape M4 plates into tool blanks—done before heat treatment.
• Шлифование: После термической обработки, Алмазные колеса уточняют края до допусков ± 0,0005 мм (НАПРИМЕР., Разработанные флейты) чтобы сохранить резкость.
• Обработка: CNC mills with carbide tools shape annealed M4 into cutting geometries—coolant prevents overheating and carbide damage.
• Поверхностная обработка:
• Нитринг: Нагревается до 500-550 ° C в азоте, чтобы сформировать 5-10 мкм нитридного слоя - устойчивости к износу 25%.
• Покрытие (PVD/CVD): Титановый алюминий нитрид (Pvd) Покрытия уменьшают трение, extending tool life by 2x for high-speed cutting.
• Укрепление: Окончательная термообработка (гашение + отпуск) Достаточно для большинства применений - не требуется дополнительного упрочнения поверхности.

5. Контроль качества (Обеспечение производительности)

• Тест на твердость: Тесты Rockwell C Проверяют твердость после тему (63-69 HRC) и горячая твердость (≥60 HRC при 600 ° C).
• Анализ микроструктуры: Подтверждает равномерное распределение карбида (Нет больших карбидов, которые вызывают скопление или сбой края).
• Проверка размерных: CMMS Проверьте размеры инструмента на точность (НАПРИМЕР., Пересеяние).
• Тестирование износа: Имитирует высокоскоростной резки (НАПРИМЕР., обработка 55 HRC steel at 450 м/мой) Чтобы измерить срок службы инструмента.
• Тестирование на растяжение: Проверяет прочность на растяжение (2100-2600 МПА) и уход (1700-2100 МПА) to meet M4 specifications.

4. Тематическое исследование: 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 (каждый 100 части) и высокие отзывчивые затраты. They switched to M4, со следующими результатами:

• Жизнь инструмента: M4 cutters lasted 160 части (60% дольше, чем м2)- Изменение изменений инструмента 37%.
• Регулирующие затраты: Меньше сохранения сохранения $12,000 Ежегодно в ремонте труда и инструментов.
• Экономия стоимости: Despite M4’s 25% Более высокая предварительная стоимость, Производитель спас $30,000 Ежегодно с помощью уменьшенной замены инструмента и ареста.

5. M4 Tool Steel vs. Другие материалы

How does M4 compare to M2 and other high-performance materials? Давайте разберем это:

Применение пригодности

• Hardened Steel Machining: M4 outperforms M2 (Лучше износостойкость) для 50+ HRC steel—ideal for gear or die machining.
• Precision Cutting: M4 is superior to D2 (Лучшая прочность) for reamers or broaches—reduces chipping and ensures tight tolerances.
• Аэрокосмические компоненты: M4 balances hot hardness and cost better than titanium—suitable for cutting Inconel or titanium parts.

Yigu Technology’s View on M4 Tool Steel

В Yigu Technology, M4 stands out as a top choice for high-wear cutting applications. Its high carbon-driven износостойкость и Горячая твердость make it ideal for clients in aerospace, Автомобиль, и точный инструмент. We recommend M4 for machining hardened steel, Insonel, and high-strength alloys—where it outperforms M2 (Более длинный срок службы инструмента) и D2 (Лучшая прочность). В то время как более дорогой, Его долговечность сокращает обслуживание и затраты на замену, соответствовать нашей цели устойчивого, Высокопроизводительные производственные решения.

Часто задаваемые вопросы

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

Yes—M4’s higher carbon content forms more carbides, делая это 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 (НАПРИМЕР., алюминий)?

Да, Но это чрезмерно определено. 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 против. D2’s low toughness), Снижение риска сколов. M4 also has higher hot hardness, making it better for high-speed cutting—D2 is better for cold-work dies, not high-speed tools.