Vanadis 10 structural steel is a premium powder metallurgy (Премьер -министр) alloy steel celebrated for its exceptional износостойкость, стойкость, и Красная твердость- Траты, управляемые его уникальным химический состав (Высокий хром, ванадий, and tungsten content) and advanced manufacturing processes. Unlike conventional tool steels, Vanadis 10 превосходно в высокой одежде, приложения высокого стресса, making it a top choice for toolmaking, обработка, die making, аэрокосмическая, and automotive industries where durability and precision are non-negotiable. В этом руководстве, Мы разбим его ключевые свойства, Реальное мир использует, производственные методы, и как это сравнивается с другими материалами, helping you select it for projects that demand long-lasting performance.
1. Key Material Properties of Vanadis 10 Конструкционная сталь
Vanadis 10’s performance stems from its powder metallurgy origins and alloy-rich composition, which deliver a rare balance of wear resistance and toughness—critical for extreme-duty applications.
Химический состав
Vanadis 10’s formula prioritizes wear resistance and high-temperature stability, с типичными диапазонами для ключевых элементов:
- Углерод: 1.50-1.60% (high content forms hard carbides with vanadium/tungsten, повышение износостойкость)
- Хром: 8.00-9.00% (Улучшает коррозионная стойкость и укрепление, ensuring uniform strength across thick components)
- Ванадий: 4.00-4.50% (core alloying element—forms ultra-hard vanadium carbides, improving wear resistance and устойчивость к усталости)
- Молибден: 1.20-1.50% (boosts high-temperature strength and Красная твердость, critical for hot-work dies)
- Вольфрам: 1.80-2.20% (aids carbide formation, enhancing wear resistance and thermal stability)
- Марганец: ≤0,50% (modest addition improves hardenability without compromising toughness)
- Кремний: ≤0.80% (aids deoxidation during steelmaking and stabilizes high-temperature mechanical properties)
- Сера: ≤0,030% (Ультра-низкий для поддержания стойкость and avoid cracking during heat treatment)
- Фосфор: ≤0,030% (строго контролируется, чтобы предотвратить холодную хрупкость, essential for low-temperature applications)
Физические свойства
| Свойство | Typical Value for Vanadis 10 Конструкционная сталь |
| Плотность | ~ 7,85 г/см= (consistent with standard alloy steels, no extra weight penalty for tool designs) |
| Точка плавления | ~ 1450-1500 ° C. (suitable for hot working and heat treatment processes) |
| Теплопроводность | ~ 38 Вт/(м · к) (at 20°C—sufficient for heat dissipation in high-speed cutting tools) |
| Удельная теплоемкость | ~0.46 kJ/(кг · к) (при 20 ° C.) |
| Коэффициент термического расширения | ~11.0 x 10⁻⁶/°C (20-500°C—lower than high-speed steel, reducing thermal stress in hot-work dies) |
Механические свойства
После стандартной термообработки (утомить и отпуск), Vanadis 10 delivers industry-leading performance for high-wear applications:
- Предел прочности: ~ 2200-2400 МПа (ideal for heavy-duty tools like cold-work dies or high-speed cutting tools)
- Урожайность: ~ 2000-2200 МПа (ensures parts resist permanent deformation under extreme loads, such as extrusion dies or aircraft engine components)
- Удлинение: ~8-12% (в 50 mm—sufficient ductility for forming complex tool shapes without cracking)
- Твердость (Роквелл c): 60-64 HRC (После термической обработки; регулируется на 55-58 HRC for parts needing extra toughness)
- Воздействие сопротивления (Чарпи V-Notch, 20° C.): ~ 30-45 д/см² (excellent for wear-resistant steels, preventing brittle failure in high-impact tools like stamping dies)
- Устойчивость к усталости: ~900-1000 MPa (at 10⁷ cycles—critical for dynamic-load tools like high-speed milling cutters or automotive engine parts)
- Износостойкость: Отличный (vanadium and tungsten carbides resist abrasion 5-8x better than conventional tool steels, продление срока службы инструмента)
- Красная твердость: Очень хороший (retains ~58 HRC at 600°C—suitable for high-temperature applications like hot-work dies or aerospace engine components)
Другие свойства
- Коррозионная стойкость: Хороший (chromium addition forms a passive oxide layer—2-3x more resistant to atmospheric corrosion than high-speed steel; suitable for indoor tools or lightly exposed components)
- Механизм: Справедливый (отожженное состояние, HB 280-320, requires carbide tools or cubic boron nitride (CBN) tools for efficient cutting; post-heat-treatment grinding is needed for precision edges)
- Стойкость: Отличный (powder metallurgy process eliminates carbide segregation, ensuring uniform toughness across the material—critical for tools subjected to impact)
- Формируемость: Умеренный (hot forming recommended for complex shapes—heated to 1050-1100°C for forging into tool blanks; cold forming is limited due to high hardness in annealed state)
2. Real-World Applications of Vanadis 10 Конструкционная сталь
Vanadis 10’s unique combination of wear resistance and toughness makes it indispensable in industries where standard materials fail to meet extreme demands. Вот его наиболее распространенное использование:
Toolmaking
- Режущие инструменты: High-speed cutting tools for machining hard materials (НАПРИМЕР., нержавеющая сталь, Титановые сплавы) use Vanadis 10—износостойкость ручки 1000+ детали на инструмент (против. 300+ for conventional HSS), reducing tool replacement costs.
- Тренировки: Precision drills for aerospace components (НАПРИМЕР., турбинные лезвия) use Vanadis 10—твердость (60-64 HRC) поддерживает резкость, и стойкость avoids breakage in deep-hole drilling.
- Конец мельницы: High-performance end mills for milling cast iron or hardened steel use Vanadis 10—Красная твердость сохраняет силу при 600 ° C, enabling faster cutting speeds (400+ м/мой) and improving production efficiency.
- Разрушители: Точные повреждения для отверстий. (± 0,0005 мм) in medical implants use Vanadis 10—износостойкость maintains hole accuracy over 20,000+ reams, reducing quality control rejects.
- Расщепления: Internal broaches for shaping gear teeth or keyways use Vanadis 10—uniform toughness ensures consistent tooth quality, and wear resistance extends broach life by 4x vs. standard tool steel.
Пример случая: A tool shop used M2 high-speed steel for end mills machining hardened steel (50 HRC) but faced tool dulling after 250 части. Switching to Vanadis 10 extended tool life to 800 части (220% дольше)- вытягивая поступки времени 65% и сохранение $60,000 Ежегодно в родах и затратах на инструмент.
Обработка
- Токарные инструменты: Turning tools for aerospace components (НАПРИМЕР., Помещение самолетов) use Vanadis 10—предел прочности (2200-2400 МПА) withstands high cutting forces, и устойчивость к усталости обеспечивает 15,000+ turns per tool.
- Фрезеры: Heavy-duty milling cutters for industrial gear manufacturing use Vanadis 10—износостойкость reduces tooth wear by 70% против. conventional steel, extending cutter life to 500+ передачи.
- Shaper tools: Shaper tools for machining large metal plates (НАПРИМЕР., Корабль корпус) use Vanadis 10—стойкость resists impact from uneven surfaces, и Красная твердость handles prolonged cutting without softening.
- Planer tools: Planer tools for flattening large machine bases use Vanadis 10—износостойкость maintains surface finish consistency, reducing post-machining grinding time by 50%.
Die Making
- Cold work dies: Cold-heading dies for fastener manufacturing (НАПРИМЕР., болты, винты) use Vanadis 10—износостойкость ручки 500,000+ штампы (против. 150,000+ for D2 tool steel), reducing die replacement frequency.
- Горячая работа умирает: Hot-extrusion dies for aluminum or brass use Vanadis 10—Красная твердость сохраняет силу при 600 ° C, включает в себя 10,000+ extrusion cycles before maintenance.
- Штамповка умирает: Stamping dies for thick steel sheets (НАПРИМЕР., 10-15 mm automotive body panels) use Vanadis 10—стойкость resists die cracking from high stamping forces, и износостойкость extends die life by 3x.
- Extrusion dies: Extrusion dies for plastic or metal profiles (НАПРИМЕР., оконные рамы, aircraft structural parts) use Vanadis 10—точность ensures consistent profile dimensions, and wear resistance reduces die reworking costs.
Аэрокосмическая
- Самолетные компоненты: High-wear aircraft components (НАПРИМЕР., landing gear bushings, turbine blade retainers) use Vanadis 10—износостойкость выдерживает 10,000+ летные циклы, сокращение времени простоя технического обслуживания.
- Части двигателя: Высокотемпературные детали двигателя (НАПРИМЕР., fuel injector nozzles, compressor blades) use Vanadis 10—Красная твердость сохраняет силу при 600 ° C, ensuring reliable performance in jet engines.
- High-performance tools: Aerospace tooling for machining titanium or composite components uses Vanadis 10—стойкость avoids tool breakage in expensive materials, and wear resistance reduces tool costs.
Автомобиль
- Компоненты двигателя: High-performance car engine parts (НАПРИМЕР., распределительные валы, Клапанские лифтеры) use Vanadis 10—износостойкость reduces component degradation, extending engine life to 300,000+ км.
- Высокопрочные детали: Heavy-duty truck transmission gears or axle components use Vanadis 10—предел прочности ручки 1500+ N · M крутящий момент, и устойчивость к усталости предотвращает отказ от повторного стресса.
- Tooling for manufacturing: Automotive stamping dies for body panels or chassis components use Vanadis 10—долговечность ручки 1 million+ stampings per die, reducing production downtime for die changes.
3. Manufacturing Techniques for Vanadis 10 Конструкционная сталь
Producing Vanadis 10 requires advanced powder metallurgy processes to control carbide distribution and ensure uniform properties—critical for its performance. Вот подробный процесс:
1. Первичное производство
- Порошковая металлургия: High-purity iron, хром, ванадий, and other alloy powders are mixed in precise ratios (matching Vanadis 10’s chemical composition). The mixture is compacted into green compacts under high pressure (800-1000 МПА) to form dense blanks.
- Vacuum sintering: Compacts are sintered in a vacuum furnace at 1200-1250°C for 2-4 часы. This fuses the powder particles into a solid material, eliminating porosity and ensuring uniform carbide distribution—key to Vanadis 10’s toughness.
- Электрическая дуговая печь (Eaf): For small batches—scrap steel and alloying elements are melted at 1650-1750°C. Real-time sensors monitor composition to meet Vanadis 10’s standards, though powder metallurgy is preferred for premium properties.
- Вакуумная дуга переворачивает (НАШ): Необязательный, for ultra-pure Vanadis 10—sintered ingots are remelted in a vacuum to remove impurities (НАПРИМЕР., кислород, азот), further improving material uniformity and toughness.
2. Вторичная обработка
- Прокатывание: Sintered ingots are heated to 1050-1100°C and rolled into plates, батончики, or tool blanks via hot rolling mills. Hot rolling refines grain structure and shapes Vanadis 10 into standard tool forms (НАПРИМЕР., cutter bars, Бланки).
- Ковкость: Нагретая сталь (1000-1050° C.) прижат к сложным формам (НАПРИМЕР., die cavities, cutter heads) using hydraulic presses—improves material density and aligns carbide structure, Усиление износостойкость.
- Термическая обработка:
- Отжиг: Нагревается до 850-900 ° C для 3-5 часы, slow-cooled to 600°C. Снижает твердость до HB 280-320, making Vanadis 10 machinable and relieving internal stress from rolling/forging.
- Утомить и отпуск: Heated to 1020-1060°C (утомил в масле) then tempered at 500-550°C for 2-3 часы. Увеличивает твердость до 60-64 HRC and tensile strength to 2400 MPa—used for high-wear tools like cutting dies.
3. Поверхностная обработка
- Покрытие: Физическое осаждение пара (Pvd) покрытия (НАПРИМЕР., Титановый алюминий нитрид, Тилн) are applied to cutting tools—reduces friction, boosts wear resistance by 2-3x, and extends tool life in high-speed machining.
- Нитринг: Low-temperature nitriding (500-550° C.) forms a hard nitride layer (5-10 мкм) on tool surfaces—ideal for dies or cutting tools, enhancing wear resistance without compromising core toughness.
- Карбинизирует: Used for parts needing hard surfaces and tough cores (НАПРИМЕР., stamping die edges)—heated in a carbon-rich atmosphere (900-950° C.) to add carbon to surfaces, then quenched for extra hardness.
- Полировка: Precision polishing creates a smooth surface (Раствор 0.1-0.4 мкм) for tools like reamers or dies—reduces material adhesion during cutting/forming, improving part quality and tool life.
4. Контроль качества
- Осмотр: Визуальные проверки проверки на поверхностные дефекты (НАПРИМЕР., трещины, пористость) in sintered or forged Vanadis 10—critical for tool safety and performance.
- Тестирование:
- Тестирование на растяжение: Образцы вытягиваются в результате проверки растяжения (2200-2400 МПА) и доход (2000-2200 МПА) strength—ensures compliance with industry standards (НАПРИМЕР., Iso 4957).
- Тестирование износа: Pin-on-disk tests measure wear rate—Vanadis 10 should show 5-8x lower wear than conventional tool steels.
- Неразрушающее тестирование: Ультразвуковое тестирование обнаруживает внутренние дефекты (НАПРИМЕР., voids in sintered material) in large components like dies—avoids tool failure during use.
- Сертификация: Each batch of Vanadis 10 receives a material certificate, verifying chemical composition and mechanical properties—mandatory for aerospace (AS9100) and automotive (IATF 16949) приложения.
4. Тематическое исследование: Vanadis 10 Structural Steel in Cold-Heading Dies for Fasteners
A fastener manufacturer used D2 tool steel for cold-heading dies (stamping M10 bolts) но столкнулся с двумя проблемами: die wear after 150,000 stampings and high reworking costs. Switching to Vanadis 10 delivered transformative results:
- Die Life Extension: Vanadis 10’s износостойкость extended die life to 550,000 штампы (267% дольше)—cutting die replacement frequency by 70% и сохранение $45,000 annually in die costs.
- Quality Improvement: Vanadis 10’s uniform carbide distribution reduced bolt surface defects (НАПРИМЕР., нормы) к 90%, lowering quality control rejects and saving $12,000 annually in rework.
- Экономическая эффективность: Despite Vanadis 10’s 60% Более высокая стоимость материала, Производитель спас $108,000 annually via longer die life and better quality—achieving ROI in 2.8 годы.
