Сталь M35 (HSS): Свойства и основные применения

Сталь M35, классифицируемая как быстрорежущая сталь (HSS), в первую очередь используется в производстве режущих инструментов и штампов. Этот класс стали известен своей отличной твердостью, износостойкостью и способностью сохранять твердость при повышенных температурах, что делает его предпочтительным выбором для высокопроизводительных приложений. Сталь M35 является легированным инструментальным сталем, который, как правило, содержит значительное количество вольфрама и кобальта, что улучшает ее свойства.

Всеобъемлющий обзор

Сталь M35 классифицируется как быстрорежущая сталь, в частности, как кобальтовая быстрорежущая сталь, которая предназначена для работы при высоких температурах и сохранения твердости в процессе резки. Основные легирующие элементы в M35 включают:

• Вольфрам (W): Повышает твердость и износостойкость.
• Кобальт (Co): Улучшает характеристики при высоких температурах и прочность.
• Молибден (Mo): Способствует прочности и закаливаемости.

Уникальное сочетание этих легирующих элементов приводит к получению стали с исключительной твердостью, которая обычно достигает значений 62-65 HRC после термической обработки. Сталь M35 также демонстрирует хорошую прочность, что делает ее менее подверженной сколам и разрушениям при напряжениях.

Преимущества:
- Высокая твердость: Сохраняет твердость при повышенных температурах, что делает ее подходящей для высокоскоростных резательных операций.
- Износостойкость: Отличная стойкость к износу, продлевающая срок службы инструмента.
- Универсальность: Может использоваться для различных режущих инструментов, включая сверла, метчики и фрезы.

Недостатки:
- Стоимость: Более высокое содержание легирующих элементов приводит к увеличению затрат на материалы по сравнению со стандартными инструментальными сталями.
- Обрабатываемость: Более сложно обрабатывать, чем более низко легированные стали, из-за своей твердости.
- Хрупкость: Хотя она прочная, может быть хрупкой при неправильной термической обработке.

Сталь M35 занимает значительное место на рынке быстрорежущих сталей и часто используется в отраслях, требующих точных режущих инструментов. Ее историческое значение заключается в ее разработке в ответ на потребность в материалах, способных выдерживать нагрузки высокоскоростной механической обработки.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Класс	Страна/Регион происхождения	Примечания/Замечания
UNS	T31535	США	Ближайший эквивалент M2 с добавлением кобальта
AISI/SAE	M35	США	Широко используется в производстве инструментов
ASTM	A600	США	Спецификация для быстрорежущих сталей
DIN	1.3243	Германия	Незначительные различия в составе
JIS	SKH55	Япония	Похожие свойства, но с различными рекомендациями по термической обработке

Различия между M35 и его эквивалентами, такими как M2 или SKH55, часто заключаются в содержании кобальта и процессах термической обработки, которые могут значительно повлиять на характеристики в высокоскоростных приложениях. Например, добавление кобальта в M35 увеличивает его способность выдерживать термическую усталость, что делает его предпочтительным для конкретных высокопроизводительных приложений.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и Название)	Процентный диапазон (%)
C (Углерод)	0.90 - 1.05
W (Вольфрам)	5.50 - 6.75
Mo (Молибден)	4.00 - 5.00
Co (Кобальт)	4.00 - 5.00
Cr (Хром)	3.75 - 4.50
Mn (Марганец)	0.20 - 0.40
Si (Кремний)	0.20 - 0.40

Основная роль ключевых легирующих элементов в стали M35 включает:

• Углерод: Обеспечивает твердость и прочность через образование карбидов.
• Вольфрам: Повышает износостойкость и сохраняет твердость при высоких температурах.
• Кобальт: Улучшает прочность и термическую стабильность, обеспечивая лучшую производительность в высокоскоростных приложениях.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Типичное значение/Диапазон (Метрические)	Типичное значение/Диапазон (Имперские)	Справочный стандарт для метода испытания
Усталостная прочность	Отожженная	850 - 1000 МПа	123 - 145 ksi	ASTM E8
Предел прочности (0.2% смещение)	Отожженная	600 - 800 МПа	87 - 116 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженная	5 - 10%	5 - 10%	ASTM E8
Твердость (HRC)	Закаленная и отпущенная	62 - 65 HRC	62 - 65 HRC	ASTM E18
Ударная прочность	Комнатная температура	20 - 30 Дж	15 - 22 фт-фунт	ASTM E23

Сочетание высокой прочности на разрыв и предел прочности, а также отличная твердость делают сталь M35 подходящей для приложений, подразумевающих значительные механические нагрузки и требования к структурной целостности. Ее способность выдерживать высокие температуры без потери твердости особенно полезна в условиях высокоскоростной механической обработки.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (Метрические)	Значение (Имперские)
Плотность	Комнатная температура	8.2 г/см³	0.297 фунт/дюйм³
Температура плавления/Диапазон	-	1400 - 1450 °C	2552 - 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	0.000015 Ω·м	0.000015 Ω·дюйм

Ключевые физические свойства, такие как плотность и теплопроводность, имеют решающее значение для приложений, где важны вес и рассеивание тепла. Относительно высокая плотность стали M35 способствует ее прочности, в то время как ее теплопроводность обеспечивает эффективное управление теплом в процессе резки.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг стойкости	Примечания
Хлориды	3-5	20-60 °C (68-140 °F)	Умеренная	Риск образования ямок
Кислоты	10-20	20-40 °C (68-104 °F)	Плохая	Уязвимость к коррозии
Щелочные растворы	5-10	20-60 °C (68-140 °F)	Умеренная	Умеренная стойкость

Сталь M35 демонстрирует умеренную стойкость к коррозии, особенно в средах с хлоридами, где она может быть подвержена образованию ямок. По сравнению с другими быстрорежущими сталями, такими как M2, содержание кобальта в M35 обеспечивает несколько лучшую стойкость к окислению при повышенных температурах, но она по-прежнему не рекомендуется для применения в условиях высокой коррозионной активности.

Теплостойкость

Свойство/Предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Замечания
Максимальная температура непрерывного использования	600 °C	1112 °F	Сохраняет твердость при высоких температурах
Максимальная температура прерывистого использования	650 °C	1202 °F	Только кратковременное воздействие
Температура нагара	700 °C	1292 °F	Риск окисления выше этой температуры
Соображения прочности на ползучесть	500 °C	932 °F	Начинает терять прочность

Сталь M35 хорошо работает при повышенных температурах, сохраняя свою твердость и прочность. Однако длительное воздействие температур выше 600 °C может привести к окислению и образованию корки, что может нарушить ее целостность.

Свойства обработки

Сварка

Процесс сварки	Рекомендуемый сварочный металл (классификация AWS)	Типичность защитного газа/флюса	Примечания
MIG	ER70S-6	Аргон + CO2	Рекомендуется предварительный прогрев
TIG	ER80S-D2	Аргон	Требует тщательного контроля
Труба	E7018	-	Не рекомендуется для толстых секций

Сталь M35 в общем не рекомендуется для сварки из-за высокой твердости и потенциальной возможности растрескивания. Предварительный прогрев и термическая обработка после сварки необходимы для минимизации этих рисков. Выбор сварочного металла критически важен для обеспечения совместимости и поддержания механических свойств.

Обрабатываемость

Параметр обработки	Сталь M35	AISI 1212	Примечания/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	60	100	Сложнее обрабатывать
Типичная скорость резки (токарная обработка)	30-40 м/мин	80-100 м/мин	Используйте карбидные инструменты

Сталь M35 имеет более низкий индекс обрабатываемости по сравнению с более обычными сталями, такими как AISI 1212, что делает ее более сложной в обработке. Оптимальные скорости резки и инструменты критически важны для достижения желаемых результатов без чрезмерного износа.

Формуемость

Сталь M35 не очень подходит для процессов формования из-за своей высокой твердости и хрупкости. Холодная формовка, как правило, нецелесообразна, в то время как горячая формовка может быть возможна при тщательном контроле температуры. Может произойти упрочнение при работе, требующее учета радиусов изгиба и методов формования.

Термическая обработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	800 - 850 °C (1472 - 1562 °F)	1 - 2 часа	Воздух	Снижение твердости, улучшение обрабатываемости
Закалка	1200 - 1250 °C (2192 - 2282 °F)	30 - 60 минут	Масло	Увеличение твердости
Отпуск	550 - 600 °C (1022 - 1112 °F)	1 час	Воздух	Снижение хрупкости, увеличение прочности

Термическая обработка стали M35 включает аустенизация, закалка и отпуск для достижения желаемой твердости и прочности. Металлургические превращения в этих процессах значительно влияют на микроструктуру, приводя к образованию мелких карбидов, которые повышают износостойкость.

Типичные приложения и конечные использования

Отрасль/Сектор	Пример конкретного применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом приложении	Причина выбора (кратко)
Аэрокосмическая	Режущие инструменты для производства самолетов	Высокая твердость, износостойкость	Точность и долговечность
Автомобильная	Сверла и метчики	Сохраняет твердость при высоких температурах	Эффективность в обработке
Обработка металлов	Фрезы	Прочность и износостойкость	Долгий срок службы инструмента

Другие применения включают:
- Инструментальные: M35 широко используется для производства высокоэффективных инструментов благодаря своей твердости и износостойкости.
- Обработка: Идеален для операций высокоскоростной обработки, где долговечность инструмента имеет критическое значение.

Сталь M35 выбирается для этих приложений благодаря своей способности поддерживать производительность в экстремальных условиях, обеспечивая точность и эффективность в производственных процессах.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие insights

Особенность/Свойство	Сталь M35	Сталь M2	Класс HSS X	Краткая заметка о преимуществах/недостатках или компромиссе
Ключевое механическое свойство	Высокая твердость	Хорошая прочность	Отличная износостойкость	M35 обеспечивает лучшую производительность при высоких температурах
Ключевой коррозионный аспект	Умеренная стойкость	Умеренная стойкость	Хорошая стойкость	M35 менее устойчива к кислотам
Сварка	Плохая	Умеренная	Плохая	M35 требует осторожных сварочных техник
Обрабатываемость	Низкая	Умеренная	Умеренная	M35 сложнее обрабатывать
Формуемость	Плохая	Хорошая	Умеренная	M35 не подходит для формовки
Примерная относительная стоимость	Высокая	Умеренная	Умеренная	Легирующие элементы M35 увеличивают стоимость
Типичная доступность	Умеренная	Высокая	Высокая	M35 может быть менее распространенной, чем M2

При выборе стали M35 необходимо учитывать ее экономическую эффективность, доступность и конкретные требования приложения. Хотя она обеспечивает превосходную производительность в высокоскоростных приложениях, ее более высокая стоимость и более низкая обрабатываемость могут потребовать тщательной оценки по сравнению с альтернативами, такими как сталь M2 или другие быстрорежущие стали.

В заключение, сталь M35 является высокопроизводительным материалом, который отлично справляется с требовательными приложениями, особенно в производстве режущих инструментов. Ее уникальные свойства, хотя и полезны, также требуют осторожной обработки и обработки для максимального раскрытия ее потенциала.