CPM M4 ist ein hochwertiges pulvermetallurgisches Hochgeschwindigkeitswerkzeugstahl der eine für einen kohlenstoffreichen, nicht rostfreien Werkzeugstahl ungewöhnliche Kombination aus sehr hoher Verschleißfestigkeit und ausgezeichneter Zähigkeit bietet. Richtig wärmebehandelt erreicht CPM M4 Arbeitshärten im niedrigen 60er HRC-Bereich und bietet eine hervorragende Schneidhaltigkeit für anspruchsvolle Schneidwerkzeuge, Stanzen und Messer, während er Stöße besser verträgt als klassische M2-Stähle. Für Einkäufer und Ingenieure, die eine maximale Abriebfestigkeit mit guter Bruchfestigkeit benötigen, ist CPM M4 eine branchenführende Wahl - vorausgesetzt, die Anwender akzeptieren die Notwendigkeit von Korrosionsschutz und sorgfältiger Wärmebehandlung.
Was ist CPM M4?
CPM M4 ist die pulvermetallurgische Version des klassischen Schnellarbeitsstahls AISI M4 von Crucible Industries. Er wurde entwickelt, um die wünschenswerten kohlenstoffreichen/hochlegierten Eigenschaften des M4 beizubehalten und gleichzeitig die Zähigkeit, die Sauberkeit und die Karbidverteilung durch die partikelmetallurgische Verarbeitung zu verbessern. Der Pulverprozess führt zu einer feineren Karbidverteilung, einer geringeren Seigerung und einer verbesserten Querzähigkeit im Vergleich zu gleichwertigen Produkten, die im Blockverfahren hergestellt werden. Diese Eigenschaften machen CPM M4 besonders geeignet für wiederholtes Schneiden bei hohen Belastungen oder Stößen.
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Chemische Zusammensetzung und Mikrogefüge
Schlüsselchemie (typische Bereiche)
| Element | Typischer Bereich (wt%) | Rolle |
|---|---|---|
| C (Kohlenstoff) | 1.30 - 1.50 | Karbidformer zur Kontrolle von Härte und Verschleißfestigkeit |
| Cr (Chrom) | 3.75 - 4.50 | Härtbarkeit und Anlaßbeständigkeit |
| Mo (Molybdän) | 4.00 - 5.00 | Mischkristallverfestigung, Karbidbildner |
| V (Vanadium) | 1.75 - 2.20 | Sehr harte Vanadiumkarbide für Abriebfestigkeit |
| W (Wolfram) | 5.00 - 6.50 | Hochgeschwindigkeitseigenschaften und Warmhärte |
| Co (Kobalt) | 8.00 - 9.50 (in einigen Varianten) | Erhöht die Warmhärte und die rote Härte in einigen M4-Varianten |
| Sonstige (Si, Mn, P, S) | Spurenwerte | Prozesskontrolle und Gleichgewicht der Bearbeitbarkeit |
Typische Datenblätter und Produktspezifikationen für Tiegel geben diese Bereiche an und verweisen auf geringe Fertigungsabweichungen zwischen CPM REX M4 HC- oder HS-Varianten und vergleichbaren Produkten anderer Hersteller. Der hohe Vanadium- und Wolframgehalt erzeugt eine Matrix mit mehreren Karbidarten (MC-Vanadiumkarbide und komplex legierte Karbide), die dank des CPM-Verfahrens fein und gleichmäßig verteilt sind.
CPM M4 Stahläquivalent (Schnellarbeitsstahl)
Zu den CPM-M4-Stahläquivalenten gehören europäische Normen wie S690 (DIN 1.3343) und der japanische SKH51, die ähnliche Eigenschaften eines Schnellarbeitsstahls aufweisen. In der Messerwelt bieten Stähle wie CPM-M4 (die von Crucible Industries entwickelte Version von M4) eine vergleichbare Leistung wie der nicht rostfreie M4, wobei rostfreie Optionen wie M390/20CV/CTS-204P eine ähnliche Schnitthaltigkeit bieten, aber eine gewisse Zähigkeit gegen Korrosionsbeständigkeit eintauschen, und neuere Stähle wie MagnaCut zielen auf ein Gleichgewicht von Zähigkeit, Verschleiß und Korrosionsbeständigkeit ab, obwohl M4 sie im Allgemeinen in Bezug auf den reinen Verschleiß übertrifft.
S690 / DIN 1.3343: Europäische Norm für M4.
JIS SKH51: Japanisches Äquivalent.
ASTM A600 / FED QQ-T-590: Ältere US-Normen für Molybdän-Schnellarbeitsstähle.
Ähnlich leistungsfähige Stähle
CPM Rex M4 HC:
Eine Variante von M4 mit erhöhter Zähigkeit und Sauberkeit durch Pulvermetallurgie, die sich durch hervorragende Verschleißfestigkeit auszeichnet.
M390 / CPM-20CV / CTS-204P:
Rostfreie Stähle, die eine vergleichbare Schnitthaltigkeit wie M4 bieten, aber M4 ist zäher und weniger korrosionsbeständig.
CPM-3V:
Bekannt für seine außergewöhnliche Schlagzähigkeit, die an die Stoßstähle heranreicht, mit ausgezeichnetem Verschleiß, aber nicht so verschleißfest wie M4.
MagnaCut:
Ein moderner rostfreier Stahl, der eine hohe Verschleißfestigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist. Er übertrifft M4 in Bezug auf Korrosion, ist aber im Allgemeinen weniger verschleißanfällig.
Mechanische Eigenschaften und Leistungsmerkmale
Zusammenfassung von Leistungsmerkmalen
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Abriebfestigkeit: Sehr hoch für kohlenstoffhaltige, nicht rostfreie Stähle aufgrund der reichlich vorhandenen harten Vanadium- und Wolframkarbide.
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Zähigkeit: Aufgrund der pulvermetallurgischen Mikrostruktur deutlich besser als Guss/Rotguss M2 bei gleicher Härte.
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Kantenschutz: Hervorragend; hält eine scharfe Schneide bei abrasivem Einsatz.
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Härtebereich: Die typische Arbeitshärte nach der empfohlenen Wärmebehandlung liegt in den mittleren bis unteren 60er HRC.
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Korrosionsbeständigkeit: Gering im Vergleich zu nichtrostenden Werkzeugstählen. Erfordert Wartung oder Oberflächenschutz.
Repräsentative mechanische Tabelle (typische Werte)
| Eigentum | Typischer Wert / Hinweis |
|---|---|
| Härte im geglühten Zustand | ~220-260 HB (abhängig vom Glühplan) |
| Wärmebehandelte Härte | 58-65 HRC je nach Anlassen und Austenitisierung |
| Festigkeit bei Querbrüchen | Höher als Barren M4 oder M2 bei gleicher Härte (PM-Vorteil) |
| Index der Verschleißfestigkeit | Hoch im Vergleich zu M2 und vielen Werkzeugstählen |
| Empfohlene Arbeitshärte für Messer | 61-64 HRC für ein ausgewogenes Verhältnis von Kantenfestigkeit und Zähigkeit |
(Die genauen Zahlen sollten anhand des Produktdatenblatts und der Prüfberichte für das gelieferte Los bestätigt werden).
Wärmebehandlung - praktische Rezepte und Erwartungen
Die Wärmebehandlung bestimmt maßgeblich die Leistungsfähigkeit von CPM M4. Aufgrund seines Legierungsgleichgewichts und seines Karbidgehalts erfordert der Stahl höhere Anlasstemperaturen als viele Kohlenstoffstähle und profitiert von schnellen Anlaßzyklen, um Restaustenit oder Rißbildung zu vermeiden.
Zusammenfassung der empfohlenen Wärmebehandlungen (Industriekonsens)
| Schritt | Typischer Parameter (Bereich) | Anmerkungen |
|---|---|---|
| Vorwärmen / Einweichen | 650-760°C Rampe zum Austenitisieren | Die Einweichzeit hängt von der Abschnittsgröße ab |
| Austenitisieren (Lösungsbehandlung) | 1120-1149°C (2050-2100°F) typisch | Höhere Austenitisierung erhöht die Härtbarkeit; bei größeren Querschnitten hilft die HC-Variante |
| Abschrecken | Ölabschreckung auf unter 93°C (200°F) oder empfohlene Kühlung | Vermeiden Sie starke Abschreckspannungen bei komplexen Formen |
| Temperament | 538-593°C (1000-1100°F) x 2 Stunden, doppeltes Anlassen; dreifaches Anlassen, wenn am oberen Ende austenitisiert | Nicht unter 538°C anlassen; sofort nach dem Abschrecken anlassen |
| Erwartete Härte (2 Std. x2) | ~62-64 HRC bei etwa 1000-1050°F (je nach Austenitisierung) | Siehe Datenblatt Kurven für genaue Zahlen |
Anmerkungen:
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Zweifaches Anlassen ist gängige Praxis; dreifaches Anlassen wird empfohlen, wenn hoch austenitisiert wurde.
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Um eine maximale Zähigkeit zu erreichen, verwenden einige Werkstätten etwas niedrigere HRC-Zielwerte (58-61), wobei das Anlassen am oberen Ende des aufgeführten Bereichs erfolgt.
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Einstellung des neutralen Salzbades oder des Vakuumofens: Bei Verwendung von neutralen Salzbädern ist die Temperatur gemäß den Anweisungen des Herstellers leicht zu senken.
Tipps zur Bearbeitbarkeit, zum Schleifen und zur Herstellung
Da es sich bei CPM M4 um einen Hochgeschwindigkeitsstahl mit hohem Kohlenstoff- und Vanadiumgehalt handelt, der eine hohe Karbiddichte aufweist, ist er für die Werkzeuge abrasiver als weichere Stähle. Befolgen Sie diese bewährten Verfahren:
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Vorwärmbehandlung Formgebung: Grobe Umformung, Abtragen von schwerem Material und grobes Fräsen sind im geglühten Zustand einfacher. Die Endbearbeitung sollte vor der Wärmebehandlung minimiert werden, um Kaltverfestigung zu vermeiden.
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Schneidewerkzeuge: Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge und führen Sie leichte, gleichmäßige Schnitte durch. Verwenden Sie Flutkühlmittel oder Sprühnebel, um den Hitzestau zu verringern.
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Schleifen: Diamant- oder CBN-Scheiben werden für gehärtetes CPM M4 aufgrund des Karbidgehalts empfohlen. Passen Sie die Abrichtintervalle an - bei stumpfen Scheiben tritt Karbidauszug auf.
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Schweißen: Nicht empfohlen für die endgültige Reparatur ohne besondere Verfahren; häufig wird Hartlöten oder mechanisches Verbinden verwendet. Wenn Reparaturschweißungen erforderlich sind, sollten erfahrene Werkzeugstahlschweißer hinzugezogen werden und je nach Bedarf vor- und nachgeheizt werden.
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Polieren: Beginnen Sie mit groben Stufen, bevor Sie zu feineren Körnungen übergehen; gehärtetes M4 erfordert zeitaufwändiges Polieren, wenn Hochglanz erforderlich ist. Verwenden Sie Schmiermittel und Kühlung, um Überhitzung zu vermeiden.
Oberflächenbehandlungen, Beschichtungen und Korrosionsschutz
Korrosionsmanagement
CPM M4 ist nicht rostfrei. Für den Einsatz vor Ort, wo Feuchtigkeit oder nasses Schneiden vorhanden ist, muss ein Korrosionsschutz verwendet werden:
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Leichter Ölfilm oder Korrosionsschutzmittel auf gelagerten Gegenständen.
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Die Passivierung ist nicht wirksam, da es sich um Kohlenstoffstahl handelt; mechanischer Schutz und Beschichtungen sind sinnvoller.
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Die regelmäßige Wartung von Schneidwerkzeugen in nasser Umgebung ist obligatorisch.
Oberflächenbehandlungen
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Nitrieren: CPM M4 verträgt das Nitrieren gut. Durch das Nitrieren wird eine harte Oberflächenschicht erzeugt, die die innere Zähigkeit ergänzt. Da die Anlasstemperaturen von M4 hoch sind, wird das Nitrieren häufig eingesetzt, um die Lebensdauer der Oberfläche zu verlängern.
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PVD/CVD-Beschichtungen: PVD-Beschichtungen (TiN, TiAlN usw.) werden in der Regel nach ordnungsgemäßem Anlassen verwendet. CVD-Verfahren können die Härtetemperaturen überschreiten und zu Maßänderungen führen; beachten Sie daher die Hinweise des Lieferanten.
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Plasmanitrierung oder Ionennitrierung: Wird oft für Matrizen und Stempel gewählt, um die Oberfläche zu härten, ohne die Kerneigenschaften zu gefährden.
Typische und hochwertige Anwendungen
CPM M4 wird gewählt, wenn sowohl Abrieb als auch Stöße eine Rolle spielen. Gängige Anwendungen umfassen:
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Schneidewerkzeuge für abrasive Materialien (Messerrohlinge für Wettbewerbe und industrielle Schneidewerkzeuge).
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Stempel und Matrizen für die Kaltumformung, die eine hohe Verschleißfestigkeit und Beständigkeit gegen Ausbrüche aufweisen müssen.
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Scherenmesser, Schneidemesser und Kreismesser für Papier, Textilien und Kunststoffe.
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Spezialwerkzeuge für die Metallumformung, wenn Zähigkeit und Verschleißfestigkeit ausgeglichen werden müssen.
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Hochwertige Messerklingen, bei denen die Schnitthaltigkeit und Bruchfestigkeit Vorrang vor den rostfreien Eigenschaften haben; solche Messer erfordern einen aktiven Korrosionsschutz.
CPM M4 im Vergleich zu ähnlichen Stählen - schnelle Vergleichstabelle
| Stahl | Typ | Die wichtigsten Stärken | Typischer Arbeits-HRC | Korrosionsbeständigkeit |
|---|---|---|---|---|
| CPM M4 | PM-Hochgeschwindigkeitswerkzeugstahl | Außergewöhnliche Verschleißfestigkeit mit hoher Zähigkeit | 58-65 | Niedrig |
| AISI M2 / Barren M2 | Konventioneller Schnellarbeitsstahl | Guter Verschleiß; geringere Zähigkeit als CPM M4 | 60-64 | Niedrig |
| CPM S30V / S35VN | PM rostfreie Pulverstähle | Gute Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit für rostfreie Werkstoffe; weniger abrasiver Verschleiß als M4 | 58-62 | Hoch |
| CPM M390 | PM rostfreier mikrogereinigter Stahl | Sehr hohe Verschleißfestigkeit + rostfrei; teurer | 60-64 | Hoch |
| CPM S90V | PM rostfrei mit hohem Vanadiumgehalt | Außergewöhnliche Kantenstabilität; geringe Zähigkeit im Vergleich zu anderen | 59-64 | Hoch |
Fazit: CPM M4 liegt in Bezug auf die Verschleißfestigkeit an der Spitze der kohlenstoffhaltigen/nicht rostfreien Werkzeugstähle und bietet gleichzeitig eine höhere Zähigkeit im Vergleich zu Blockstahl M2. Nichtrostende PM-Stähle tauschen ihre Korrosionsbeständigkeit gegen eine vergleichbare oder etwas geringere Abriebfestigkeit ein, je nach Chemie.
Beschaffung, Spezifikationsprüfung und Qualitätsüberlegungen für Einkäufer
Wenn Sie CPM M4 oder ein gleichwertiges PM M4 von einem beliebigen Lieferanten, einschließlich MWAlloys, kaufen, müssen Sie Folgendes beachten, um eine wiederholbare Leistung zu gewährleisten:
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Werks-/Prüfzeugnis (MTC): Materialchargenzertifikat mit chemischer Analyse, Rückverfolgbarkeit bis zur Schmelze/zum Guss und Schmelznummer.
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Härteprüfungen: Bestätigen Sie die Härtebereiche im Anlieferungszustand und nach der Wärmebehandlung.
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Bericht über die Mikrostruktur: Bei kritischen Werkzeugen verlangen Sie Schliffbilder, die die Karbidverteilung zeigen, oder einen Gefügevermerk des Herstellers. PM-Stähle sollten feine, gleichmäßig verteilte Karbide aufweisen.
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Lieferform: Geben Sie Stangen, Flachstangen, Platten oder Zuschnitte und die erforderlichen Abmessungen/Toleranzen an. Fügen Sie Akzeptanztoleranzen für Geradheit, Rechtwinkligkeit und Oberflächengüte hinzu.
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Optionen: wärmebehandelt oder vorgehärtet: Entscheiden Sie, ob Sie das Material auf einen bestimmten HRC-Wert vorgehärtet oder für eine interne Wärmebehandlung geglüht haben möchten. Vorgehärtete Teile müssen mit einer korrosionsschützenden Verpackung versandt werden.
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Optionen für Beschichtung oder Nitrierung: Wenn Sie eine Oberflächenbehandlung benötigen, geben Sie bitte das Verfahren, die Dicke und die Nachbearbeitungsmaße an.
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Qualitätsklauseln: Bei kritischen Werkzeugen mit hohem Verschleiß sind Abnahmeprüfungen erforderlich: Rockwell-Härte, metallografische Prüfung und möglicherweise Verschleißtests.
MWAlloys sollte - wenn sie Direktpreise anbietet - darauf vorbereitet sein, vollständige MTCs, Datenblätter und Rückverfolgbarkeit zur Unterstützung von Beschaffungsteams und Qualitätsaudits bereitzustellen.
Vollständige Tabellen mit technischen Daten
Typische Lieferformen und Standardgrößen (Beispiele)
| Formular | Typische Längen | Typische Breiten/Stärken | Bemerkungen |
|---|---|---|---|
| Rundstab | 1 m bis 3 m | Ø6 mm bis Ø200 mm | Warmgewalzter oder geschmiedeter Stab, Toleranz nach EN/ASTM auf Anfrage |
| Flacheisen | 1 m bis 3 m | 6 mm bis 150 mm Dicke | Flach geschliffen und poliert erhältlich |
| Platte | bis zu 2000 mm x 6000 mm | 3 mm bis 100 mm | Kundenspezifische Säge- oder Wasserstrahlrohlinge verfügbar |
| Rohlinge/Vorformlinge | Kundenspezifisch | Gemäß Zeichnung | Werkseitiger Zuschnitt und Vorbearbeitung möglich |
Typische Abmessungstoleranzen (Richtwerte der Industrie)
| Dimension | Toleranz (geglüht) | Toleranz (gehärtet) |
|---|---|---|
| Länge | ±2 mm | ±3 mm |
| Flachheit/Geradheit | ≤ 0,5 mm/m | ≤ 1,0 mm/m |
| Dicke | ±0,2 mm für dünne; ±1,0 mm für dickere | ±0,5-1,5 mm je nach Größe |
(Anmerkungen: Tatsächliche Toleranzen müssen bei der Bestellung vereinbart werden. Zeichnungen und Abnahmekriterien vorlegen).
FAQs
1. Wofür wird CPM M4 verwendet?
2. Ist CPM M4 rostfrei?
3. Welche Härte kann CPM M4 erreichen?
4. Wie sollte CPM M4 für Messer wärmebehandelt werden?
5. Kann CPM M4 nitriert oder beschichtet werden?
6. Ist CPM M4 besser als M2?
7. Wie schwierig ist es, CPM M4 zu schleifen oder zu polieren?
8. Kann CPM M4 für Messer mit Lebensmittelkontakt verwendet werden?
9. Welche Zertifizierungen sollte ich von einem Lieferanten verlangen?
10. Benötigt CPM M4 eine besondere Lagerung oder Verpackung?
Schlussbemerkungen für Ingenieure und Beschaffungsteams
CPM M4 füllt eine Nische, in der Abriebfestigkeit und Zähigkeit nebeneinander bestehen müssen. Er ist kein Allzweckstahl; sein Kohlenstoff- und Legierungsgehalt verleihen ihm ein nicht rostfreies Verhalten, das bei der Produktlebenszyklusplanung berücksichtigt werden muss. Für Anwendungen, die sowohl eine hohe Verschleißfestigkeit als auch eine hohe Bruchsicherheit erfordern, bietet CPM M4 eine Leistung, die seine Premiumpositionierung rechtfertigt. Wenn Sie bei MWAlloys oder anderen Direktlieferanten bestellen, verlangen Sie vollständige Datenblätter, Wärmebehandlungshinweise und Rückverfolgbarkeit. Wenn Sie es wünschen, kann MWAlloys vor dem Versand Rohlinge vorbereiten, eine Wärmebehandlung auf einen bestimmten HRC-Wert durchführen und Oberflächenbehandlungen wie Nitrierung oder PVD vornehmen.
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