工具鋼
材料概要
工具鋼は、切削工具、産業用金型、成形用インサート、および高負荷機械部品のために設計された、高硬度、耐摩耗性、熱処理可能な鋼鉄の一族です。積層造形に適応させることで、工具鋼は卓越した耐久性と寸法安定性を提供し、従来の機械加工や放電加工（EDM）だけでは達成できない複雑な形状の製造を可能にします。金属粉末床融合法により、Neway AeroTech の先進的な工具鋼 3D プリンティングをサポートすることで、コンフォーマル冷却金型インサート、耐摩耗ギア、精密治具、および短納期での大量生産用切削要素の製作が可能になります。印刷後の強度、耐熱性、および被削性の独自の組み合わせにより、工具鋼は極限の性能と長期的な信頼性が求められる産業用途において、最も汎用性の高い材料の一つとなっています。
国際名称または代表的な等級
国/地域 | 一般名称 | 代表的な等級 |
|---|---|---|
米国 | Tool Steel | H13, D2, A2, M2 |
欧州 | Tool Steel | X40CrMoV5-1 |
日本 | 合金工具鋼 | SKD61, SKH51 |
中国 | Tool Steel | H13, Cr12MoV |
産業カテゴリ | 金型鋼 | H シリーズ，D シリーズ |
代替材料オプション
硬度、靭性、および熱要件に応じて、いくつかの先進材料が代替品として機能します。17-4 PHや15-5PHなどのステンレス鋼は、湿気や化学環境で使用される工具向けに、優れた機械的特性とともに耐食性を提供します。18Ni300などの高強度マルエージング鋼は、射出成形コア向けに卓越した降伏強度と優れた被削性を発揮します。極端な耐熱性については、Inconel 751などのニッケル基合金や、Stellite 6Bなどのコバルト基材料が、高温摩耗環境において工具鋼を上回る性能を発揮します。軽量化が不可欠な場合、Ti-6Al-7Nbなどのチタン合金は、著しく低い密度で強力な性能を提供します。
設計目的
工具鋼は、極端な機械的負荷、摩耗、衝撃、および熱サイクルに耐えるように設計されています。その合金組成は、制御された焼入れ性、焼入れ後の寸法安定性、および疲労亀裂に対する強い耐性を提供します。積層造形においては、設計意図が拡大し、コンフォーマル冷却、サイクル時間の短縮、ハイブリッド工具、複雑な流路形状、および強化された熱管理と生産性向上を伴う金型の迅速なプロトタイピングを可能にします。
化学成分（H13 工具鋼の典型例）
元素 | 組成 (%) |
|---|---|
炭素 (C) | 0.32–0.45 |
クロム (Cr) | 4.75–5.5 |
モリブデン (Mo) | 1.1–1.75 |
バナジウム (V) | 0.8–1.2 |
ケイ素 (Si) | 0.8–1.2 |
マンガン (Mn) | 0.2–0.5 |
鉄 (Fe) | 残部 |
物理的特性
特性 | 値 |
|---|---|
密度 | ~7.8 g/cm³ |
熱伝導率 | 25–30 W/m·K |
電気抵抗率 | ~0.7 μΩ·m |
比熱 | ~460 J/kg·K |
融点 | ~1420–1500°C |
機械的特性
特性 | 典型値 |
|---|---|
引張強さ | 1500–1900 MPa |
降伏強さ | 1200–1600 MPa |
硬度（熱処理後） | 48–54 HRC |
衝撃靭性 | 熱間加工鋼として高い |
耐摩耗性 | 優れている |
主な材料特性
工具および金型用途に適した高硬度と耐摩耗性
高温下での優れた強度維持
優れた靭性と熱疲労亀裂への耐性
熱処理後の良好な寸法安定性
摩耗、変形、および繰返し機械応力に対する強い耐性
詳細かつ精密な設計のための積層造形との優れた適合性
印刷後の熱処理を通じて非常に高い硬度値を達成可能
成形におけるサイクル時間を大幅に短��するコンフォーマル冷却流路に最適
透明成形や精密な外観部品向けの優れた表面研磨性
冷間加工および熱間加工環境の両方で安定した機械的性能
各種工程における製造可能性
積層造形：粉末床融合法は、Neway の専門的な工具鋼 3D プリンティングを使用して、複雑な冷却流路と複雑な形状をサポートします。
CNC 加工：工具鋼は、先進的な超合金 CNC 加工を通じて、制御された切削パラメータで効率的に加工されます。
EDM 加工：超合金 EDMを使用した詳細な仕上げに適しています。
深穴あけ：冷却流路やエジェクターピン経路のために、高精度の深穴あけを使用する場合に効果的です。
熱処理：最適な特性を得るために、最適化された超合金熱処理サイクルを通じて焼入れおよび焼戻しが可能です。
溶接：制御された超合金溶接を使用して、修理および改造が可能です。
鋳造：特定の等級は、金型およびダイブランクを含む特殊鋼精密鋳造に適しています。
適切な後処理方法
所望の硬度と靭性を達成するための熱処理および焼戻し
気孔を除去し疲労性能を向上させるための、HIP 処理による熱間等方圧加圧（HIP）
金型およびダイ部品の最終寸法精度のための精密機械加工
光学用途または透明成形用途のための表面研磨
表面硬度と耐摩耗性を高めるための窒化または浸炭
腐食に敏感な環境のための不動態化または化学洗浄
品質保証のための材料試験および分析を使用した非破壊評価
狭い内部特徴や深いスロットのための EDM 仕上げ
一般的な産業と用途
射出成形およびダイカスト金型インサート
切削工具、パンチ、および産業用シャーブレード
高摩耗ギア、カム、および精密運動部品
航空宇宙用治具、ジグ、および荷重支持要素
大量生産向けの自動車用工具
長期的な耐摩耗性を必要とするロボティクスおよび自動化部品
この材料を選択すべき時期
成形、切削、またはスタンピングに高硬度と耐摩耗性が必要な場合
金型インサートに複雑なコンフォーマル冷却流路を組み込む必要がある場合
部品が繰返し熱負荷の下で長寿命を必要とする場合
熱処理後に高い寸法安定性が必要な場合
印刷されたコアと機械加工された表面を組み合わせたハイブリッド工具を生産す��場合
サイクル時間の最適化と温度勾配の低減が不可欠な場合
耐摩耗性と耐衝撃性が主な設計考慮事項である場合
複雑な形状を持つ強力で耐摩耗性の部品を製造する場合
