K340 Сталь: Обзор свойств и ключевых применений

Сталь K340, также известная как инструментальная сталь Bohler, является высокопроизводительной инструментальной сталью, преимущественно классифицируемой как высокоуглеродистая легированная сталь. Она предназначена для применения в условиях, требующих исключительной стойкости к износу и прочности. Основные легирующие элементы в K340 включают хром, молибден и ванадий, которые значительно улучшают её твердость, износостойкость и общие механические свойства.

Общий обзор

Сталь K340 характеризуется высоким содержанием углерода, которое обычно составляет от 0,9% до 1,1%, в сочетании с сбалансированным содержанием хрома (от 4,0% до 5,0%), молибдена (от 1,0% до 1,5%) и ванадия (от 0,5% до 1,0%). Эти легирующие элементы способствуют способности стали сохранять твердость при повышенных температурах, что делает её подходящей для быстроходных режущих инструментов и штампов.

Значительные характеристики стали K340 включают:

• Высокая твердость: Достижимые уровни твердости могут превышать 60 HRC после соответствующей термической обработки.
• Отличная износостойкость: Легирующие элементы обеспечивают превосходное сопротивление abrasion и износу, что делает её идеальной для применения в инструментах.
• Хорошая прочность: Несмотря на свою твердость, K340 сохраняет уровень прочности, позволяющий ей выдерживать удары без разрушения.

Преимущества:
- Исключительная износостойкость делает её подходящей для высокопроизводительных инструментов.
- Высокая сохранность твердости при повышенных температурах позволяет продлить срок службы инструмента.
- Универсальность применения в различных отраслях, включая автомобилестроение и аэрокосмическую промышленность.

Ограничения:
- Склонность к хрупкости при неправильной термообработке.
- Требует тщательной механической обработки и изготовления из-за своей твердости.
- Более высокая стоимость по сравнению с низколегированными сталями.

Сталь K340 занимает значительную позицию на рынке инструментальных сталей, часто выбирается для применения, где критически важны характеристики производительности и долговечности. Её историческое значение заключается в разработке для высокопроизводительных режущих инструментов, которые развивались вместе с усовершенствованием производственных технологий.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Градация	Страна/Регион происхождения	Примечания/Замечания
UNS	T42040	США	Ближайший эквивалент K340
AISI/SAE	AISI D2	США	Незначительные различия в составе; D2 имеет более низкую прочность
ASTM	A681	США	Стандартная спецификация для инструментальных сталей
EN	1.2379	Европа	Эквивалент с аналогичными свойствами
JIS	SKD11	Япония	Сходные характеристики, но различия в прочности

Различия между K340 и его эквивалентами, такими как AISI D2 и JIS SKD11, могут повлиять на выбор в зависимости от конкретных требований применения. Например, в то время как D2 предлагает хорошую износостойкость, более высокая прочность K340 может быть предпочтительнее в приложениях, подверженных ударной нагрузке.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (символ и название)	Диапазон содержания (%)
C (Углерод)	0.9 - 1.1
Cr (Хром)	4.0 - 5.0
Mo (Молибден)	1.0 - 1.5
V (Ванадий)	0.5 - 1.0
Mn (Марганец)	0.2 - 0.5
Si (Кремний)	0.2 - 0.5
P (Фосфор)	≤ 0.03
S (Сера)	≤ 0.03

Основные роли ключевых легирующих элементов в стали K340 включают:
- Хром: Увеличивает закаляемость и коррозионную стойкость.
- Молибден: Улучшает прочность и стойкость при высоких температурах.
- Ванадий: Увеличивает износостойкость и улучшает зернистую структуру, способствуя общей прочности.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Температура испытания	Типичное значение/диапазон (метрическая)	Типичное значение/диапазон (имперская)	Справочный стандарт для метода испытания
Т tensile Strength	Закаленная & Темперированная	Комнатная температура	1800 - 2200 МПа	261 - 319 ksi	ASTM E8
Упругость (0.2% офсет)	Закаленная & Темперированная	Комнатная температура	1500 - 1900 МПа	217 - 276 ksi	ASTM E8
Удлинение	Закаленная & Темперированная	Комнатная температура	5 - 10%	5 - 10%	ASTM E8
Твердость (HRC)	Закаленная & Темперированная	Комнатная температура	58 - 62 HRC	58 - 62 HRC	ASTM E18
Ударная прочность (Шарпи)	Закаленная & Темперированная	-20 °C	20 - 30 Дж	14.8 - 22.1 фт-фунт	ASTM E23

Комбинация этих механических свойств делает сталь K340 особенно подходящей для применения, связанного с высокими механическими нагрузками и требованиями к структурной целостности, такими как режущие инструменты, формы и литейные формы.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрическое)	Значение (имперское)
Плотность	Комнатная температура	7.85 г/см³	0.284 фунт/дюйм³
Температура плавления	-	1425 - 1450 °C	2600 - 2642 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	25 Вт/м·К	14.5 BTU·дюйм/(ч·фут²·°F)
Удельная теплоемкость	Комнатная температура	460 Дж/кг·К	0.11 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	0.0006 Ом·м	0.0004 Ом·дюйм

Практическое значение физических свойств K340 включает:
- Плотность: Влияет на вес и баланс инструментов, изготовленных из K340, что критично для точных приложений.
- Теплопроводность: Важна для рассеивания тепла в быстроходных резках, предотвращая перегрев.
- Температура плавления: Указывает на способность стали выдерживать высокие температуры без потери структурной целостности.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C)	Рейтинг устойчивости	Примечания
Хлориды	3-10	20-60	Удовлетворительная	Риск коррозии точечных повреждений
Серная кислота	10-30	25-50	Плохая	Не рекомендуется
Гидроксид натрия	5-20	20-60	Хорошая	Умеренное сопротивление

Сталь K340 демонстрирует умеренную коррозионную стойкость, особенно в средах с хлоридами и щелочными растворами. Однако она подвержена точечной коррозии в средах, богатых хлоридами, и должна избегаться в кислых условиях. По сравнению с другими инструментальными сталями, такими как D2 и SKD11, K340 предлагает лучшую прочность, но может не проявлять себя так же хорошо в коррозионных средах, что требует защитных покрытий или обработки поверхности в специфических приложениях.

Теплостойкость

Свойство/Предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Замечания
Макс. температура непрерывной эксплуатации	500	932	Подходит для длительного использования
Макс. температура прерывистой эксплуатации	600	1112	Только краткосрочное воздействие
Температура растрескивания	700	1292	Риск окисления выше этой температуры
Условия прочности на сдвиг	400	752	Начинает деградировать при этой температуре

При повышенных температурах сталь K340 сохраняет свою твердость и прочность, что делает её подходящей для применения, связанного с высокими тепловыми нагрузками. Тем не менее, окисление может стать проблемой, особенно при температурах, превышающих 600 °C (1112 °F). Правильная термообработка и покрытия поверхности могут помочь смягчить эти проблемы.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый сварочный металл (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
TIG	ER80S-D2	Аргон	Рекомендуется подогрев
MIG	ER70S-6	Аргон/CO2	Советуем термообработку после сварки
Электродная	E7018	-	Требует предварительного нагрева

Сталь K340 может быть сварена, но необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать трещин. Рекомендуется подогрев и термообработка после сварки для снятия напряжений и улучшения прочности. Обычные дефекты включают пористость и трещины при неправильном управлении.

Обрабатываемость

Параметр механической обработки	Сталь K340	AISI 1212	Примечания/Советы
Относительный индекс обрабатываемости	50	100	K340 сложнее обрабатывать
Типичная скорость резания	20 м/мин	40 м/мин	Используйте карбидные инструменты для достижения лучших результатов

Твердость стали K340 создает сложности в обработке, требуя специализированных инструментов и более медленных скоростей резания. Оптимальные условия включают использование карбидных инструментов и соответствующего охлаждающего средства для управления теплом.

Формуемость

Сталь K340 не особенно подходит для обширных формовочных процессов из-за своей высокой твердости. Холодная формовка может привести к трещинам, в то время как горячая формовка более осуществима, но требует тщательного контроля температуры, чтобы не потерять твердость.

Термическая обработка

Процесс обработки	Диапазон температур (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	800 - 850 / 1472 - 1562	1 - 2 часа	Воздух	Снизить твердость, улучшить обрабатываемость
Закалка	1000 - 1100 / 1832 - 2012	30 минут	Масло	Повысить твердость
Темперирование	500 - 600 / 932 - 1112	1 час	Воздух	Снизить хрупкость, улучшить прочность

Процессы термической обработки значительно влияют на микроструктуру и свойства K340. Закалка увеличивает твердость, тогда как темперирование уравновешивает твердость и прочность, делая её подходящей для требовательных приложений.

Типичные применения и конечное использование

Отрасль/Сектор	Пример конкретного применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора (кратко)
Автомобилестроение	Режущие инструменты	Высокая твердость, стойкость к износу	Продленный срок службы инструмента
Аэрокосмическая	Формы для композитных деталей	Прочность, термостабильность	Высокие требования к производительности
Производство	Штампы для штамповки	Стойкость к износу, прочность	Долговечность под нагрузкой

Другие применения включают:
- Инструменты для прецизионной механической обработки
- Инъекционные формы
- Лезвия для резки

Сталь K340 выбирается для этих приложений благодаря своей исключительной стойкости к износу и способности сохранять производительность при высоких нагрузках.

Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения

Характеристика/Свойство	Сталь K340	AISI D2	SKD11	Краткая заметка о плюсах/минусах или компромиссе
Ключевое механическое свойство	Высокая твердость	Хорошая стойкость к износу	Умеренная прочность	K340 предлагает превосходную прочность
Ключевой аспект коррозии	Умеренная стойкость	Плохая в кислых средах	Удовлетворительная в хлоридах	K340 лучше в сложных условиях
Свариваемость	Умеренная	Плохая	Умеренная	K340 требует осторожного обращения
Обрабатываемость	Сложная	Легкая	Умеренная	K340 нуждается в специализированных инструментах
Формуемость	Ограниченная	Хорошая	Умеренная	K340 не идеальна для формовки
Приблизительная относительная стоимость	Выше	Умеренная	Ниже	Стоимость отражает преимущества производительности
Типичная доступность	Умеренная	Высокая	Высокая	K340 может быть менее доступна

При выборе стали K340 следует учитывать её экономическую эффективность, доступность и специфические требования применения. Хотя она может быть более дорогой, чем альтернативы, её производительность в требовательных приложениях часто оправдывает инвестиции. Кроме того, магнитные свойства K340 минимальны, что делает её подходящей для применения, где магнитные помехи являются проблемой.

В заключение, сталь K340 является универсальной и высокопроизводительной инструментальной сталью, которая превосходит в применениях, требующих долговечности и стойкости к износу. Её уникальные свойства и тщательные критерии выбора делают её ценным выбором для инженеров и производителей в различных отраслях.