A2工具鋼:特性と主要な用途
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A2ツール鋼は、高炭素、高クロムのツール鋼に分類され、主に冷間加工ツール鋼のグループに属しています。主な合金元素にはクロム(Cr)、炭素(C)、マンガン(Mn)が含まれ、これらはさまざまな用途における特性と性能に大きく影響を与えます。A2ツール鋼は、優れた耐摩耗性、靭性、寸法安定性で知られており、ツールや金型の製造に人気の選択肢です。
包括的な概要
A2ツール鋼は、高温での硬度と耐摩耗性を維持する能力を特徴としており、これはツール用途にとって重要です。この鋼は通常、約1.0%の炭素と5.0%のクロムを含み、硬化性と耐摩耗性に寄与しています。また、クロムの存在は、他のツール鋼と比較して耐食性を高めます。
利点(長所):
- 耐摩耗性: A2は優れた耐摩耗性を示し、工具が摩耗条件にさらされる用途に適しています。
- 靭性: 使用中のチッピングや亀裂を防ぐのに役立つ優れた靭性を提供します。
- 寸法安定性: A2は熱処理中に形状を維持し、精密ツーリング用途にとって重要です。
制限(短所):
- 耐食性: 一部のツール鋼よりは優れていますが、A2はステンレス鋼ほど耐食性が高くなく、特定の環境での使用を制限する可能性があります。
- 加工性: A2はその硬度のために加工が難しいことがあり、専門的なツーリングと技術が必要です。
歴史的に、A2ツール鋼は切削工具、金型、モールドの製造に広く使用されてきました。硬さと靭性のバランスにより、ツールと金型業界での必需品となっています。精密さと耐久性が最も重要です。
代替名、基準、および同等品
基準機関 | 指定/グレード | 原産国/地域 | 備考/コメント |
---|---|---|---|
UNS | T30102 | アメリカ | 組成に小さな違いがあるAISI D2に最も近い同等物。 |
AISI/SAE | A2 | アメリカ | 北アメリカで一般的に使用される指定。 |
ASTM | A681 | アメリカ | ツール鋼の標準仕様。 |
EN | 1.2363 | ヨーロッパ | ヨーロッパ基準の同等グレード。 |
JIS | SKD11 | 日本 | 類似の特性を持つが、合金元素に若干の違いがある。 |
A2とその同等物(D2やSKD11など)との違いは、しばしば炭素およびクロムの含有量にあり、これが硬化性や耐摩耗性に影響を与えます。例えば、D2はより高い耐摩耗性を提供しますが、A2はより優れた靭性を提供し、特定の用途で好まれる選択肢となっています。
主要特性
化学組成
元素(記号と名称) | 含有率範囲(%) |
---|---|
C (炭素) | 0.90 - 1.05 |
Cr (クロム) | 4.75 - 5.50 |
Mn (マンガン) | 0.60 - 1.00 |
Si (シリコン) | 0.20 - 0.50 |
Mo (モリブデン) | 0.30 - 0.50 |
A2ツール鋼における主要な合金元素の役割は以下の通りです:
- 炭素(C): カーバイドの形成を通じて硬度と耐摩耗性を増加させます。
- クロム(Cr): 一部の耐食性を提供しながら、硬化性と耐摩耗性を高めます。
- マンガン(Mn): 靭性と硬化性を改善し、鋼の全体的な強度に寄与します。
機械的特性
特性 | 状態/焼戻し | 典型的な値/範囲(メトリック - SI単位) | 典型的な値/範囲(インペリアル単位) | 試験方法の参照基準 |
---|---|---|---|---|
引張強度 | 焼入れ&焼戻し | 1,200 - 1,400 MPa | 174 - 203 ksi | ASTM E8 |
降伏強度(0.2%オフセット) | 焼入れ&焼戻し | 1,050 - 1,250 MPa | 152 - 181 ksi | ASTM E8 |
伸び | 焼入れ&焼戻し | 10 - 15% | 10 - 15% | ASTM E8 |
硬度(HRC) | 焼入れ&焼戻し | 57 - 62 HRC | 57 - 62 HRC | ASTM E18 |
衝撃強度(シャルピー) | 室温 | 20 - 30 J | 15 - 22 ft-lbf | ASTM E23 |
これらの機械的特性の組み合わせにより、A2ツール鋼は、高い耐摩耗性と靭性を要求される用途、例えば切削工具、金型、モールドに適しています。その高い引張強度と降伏強度により、変形なしに大きな機械負荷に耐えることができます。
物理的特性
特性 | 状態/温度 | 値(メトリック - SI単位) | 値(インペリアル単位) |
---|---|---|---|
密度 | 室温 | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
融点 | - | 1,440 - 1,490 °C | 2,624 - 2,714 °F |
熱伝導率 | 室温 | 25 W/m·K | 17.3 BTU·in/h·ft²·°F |
比熱容量 | 室温 | 460 J/kg·K | 0.11 BTU/lb·°F |
熱膨張係数 | 室温 | 11.5 x 10⁻⁶ /K | 6.36 x 10⁻⁶ /°F |
密度や熱伝導率などの主要な物理特性は、A2ツール鋼の用途にとって重要です。相対的に高い密度は耐久性に寄与し、熱伝導率は加工および熱処理工程中の性能に影響を与えます。
耐食性
腐食因子 | 濃度(%) | 温度(°C/°F) | 耐性評価 | 備考 |
---|---|---|---|---|
塩素化合物 | 3-5% | 20-60 °C / 68-140 °F | 普通 | ピッティング腐食のリスクがあります。 |
硫酸 | 10% | 25 °C / 77 °F | 悪い | 使用は推奨されません。 |
水酸化ナトリウム | 5% | 25 °C / 77 °F | 普通 | 応力腐食割れに敏感です。 |
A2ツール鋼は、特に塩素やアルカリ性溶液が存在する環境においては中程度の耐食性を示します。しかし、高濃度の酸などの非常に腐食性のある環境での使用は推奨されず、著しい劣化を引き起こす可能性があります。AISI 304のようなステンレス鋼と比較すると、A2の耐食性は著しく低く、厳しい化学薬品にさらされる用途には不向きです。
耐熱性
特性/限界 | 温度(°C) | 温度(°F) | 備考 |
---|---|---|---|
最大連続使用温度 | 400 °C | 752 °F | 長時間の曝露に適しています。 |
最大間欠的使用温度 | 500 °C | 932 °F | 短期間の曝露のみ。 |
スケーリング温度 | 600 °C | 1,112 °F | この温度を超えると酸化のリスクがあります。 |
A2ツール鋼は高温でも良好に性能を発揮し、約400 °C(752 °F)までの硬度と強度を維持します。ただし、より高い温度に長時間さらされると、酸化やスケーリングを引き起こし、機械的特性が損なわれる可能性があります。
加工特性
溶接性
溶接プロセス | 推奨フィラー金属(AWS分類) | 典型的なシールドガス/フラックス | 備考 |
---|---|---|---|
MIG | ER70S-6 | アルゴン + CO2 | 予熱を推奨します。 |
TIG | ER80S-Ni | アルゴン | 溶接後の熱処理が必要です。 |
ストック | E7018 | - | 厚いセクションに適しています。 |
A2ツール鋼は溶接可能ですが、亀裂を避けるために注意が必要です。溶接前の予熱や溶接後の熱処理が推奨され、ストレスを緩和し、溶接の完全性を向上させます。フィラー金属の選択は、適合性と性能を確保するために重要です。
加工性
加工パラメータ | A2ツール鋼 | AISI 1212 | 備考/ヒント |
---|---|---|---|
相対加工性指数 | 60 | 100 | A2は加工が難しいです。 |
典型的な切削速度 | 30-50 m/min | 60-80 m/min | 最良の結果を得るにはカーバイド工具を使用してください。 |
A2ツール鋼の加工はその硬度のために挑戦的です。高速鋼またはカーバイド工具を使用し、最適な結果を得るために適切な切削速度を維持することをお勧めします。
成形性
A2ツール鋼は、その高硬度と強度のために広範な成形作業には特に適していません。冷間成形は注意して行うことができますが、亀裂のリスクを減らすためには熱成形が一般的に好まれます。この材料は延性が限られており、重要な変形を必要とする用途には不向きです。
熱処理
処理プロセス | 温度範囲(°C/°F) | 典型的な浸漬時間 | 冷却方法 | 主な目的/期待される結果 |
---|---|---|---|---|
アニーリング | 800 - 850 °C / 1,472 - 1,562 °F | 1-2時間 | 空気 | 硬度を低下させ、加工性を向上させる。 |
硬化 | 1,000 - 1,050 °C / 1,832 - 1,922 °F | 30分 | 油 | 硬度と耐摩耗性を増加させる。 |
焼戻し | 400 - 600 °C / 752 - 1,112 °F | 1時間 | 空気 | 脆さを低下させ、靭性を高める。 |
A2ツール鋼の熱処理プロセスは、その微細構造と特性に大きな影響を与えます。硬化は鋼を硬くて耐摩耗性の状態に変え、焼戻しは脆さを緩和し、硬さと靭性のバランスを確保します。
典型的な用途と最終使用
産業/部門 | 具体的な用途例 | この用途で利用される主要な鋼の特性 | 選択理由(簡潔) |
---|---|---|---|
工具製造 | 切削工具 | 高い耐摩耗性、靭性 | 耐久性と性能が必要不可欠です。 |
自動車 | スタンピング用金型 | 寸法安定性、硬度 | 精密部品にとって重要です。 |
航空宇宙 | 複合材料用金型 | 高強度、熱安定性 | 高性能用途に必要です。 |
その他の用途には、
- プラスチック用射出金型。
- 金属成形用ブランクおよびパンチ。
- 加工工程におけるジグおよび治具が含まれます。
A2ツール鋼は、高いストレスと摩耗に耐えなければならない工具に理想的な、硬さ、靭性、耐摩耗性の優れたバランスを持っているため、これらの用途に選ばれています。
重要な考慮事項、選択基準、およびさらなる洞察
特性/特性 | A2ツール鋼 | D2ツール鋼 | O1ツール鋼 | 簡潔な利点/欠点またはトレードオフノート |
---|---|---|---|---|
主要機械的特性 | 高靭性 | より高い耐摩耗性 | 良好な加工性 | A2はD2よりも優れた靭性を提供します。 |
主要な耐食性の側面 | 普通 | 悪い | 普通 | A2はD2よりも耐食性が高いです。 |
溶接性 | 中程度 | 悪い | 良好 | A2は慎重な溶接技術を必要とします。 |
加工性 | 中程度 | 悪い | 良好 | A2はO1よりも加工が難しいです。 |
概算の相対コスト | 中程度 | 高い | 低い | A2はその性能に対してコスト効果が高いです。 |
典型的な入手可能性 | 一般的 | 一般的 | 非常に一般的 | O1は広く利用可能で、調達が容易です。 |
A2ツール鋼を選択する際の考慮事項には、その特性のバランス、コスト対効果、入手可能性が含まれます。すべてのアプリケーションにとって最良の選択肢ではないかもしれませんが、その靭性と耐摩耗性のユニークな組み合わせは、さまざまなツーリング用途に適しています。また、腐食性や加工性に関する限界を理解することは、特定の環境での最適な性能を確保するために重要です。