Nástrojová ocel D2 | 1.2379 | SKD11

6. Vlastnosti

Nástrojová ocel D2 nabízí přesvědčivou sadu mechanických vlastností, které jsou nezbytné pro nástroje.

6.1 Tvrdost

Tvrdost je určujícím prvkem mezi Vlastnosti oceli D2.

• Po kalení: V závislosti na teplotě austenitizace a metodě kalení (vzduch nebo olej) dosahuje D2 obvykle tvrdosti v rozmezí 60-65 HRC.

• Po temperování: Úroveň tvrdosti se mění s teplotou popouštění. Například:

  • Popouštění při 205 °C (400 °F) může vést k dosažení tvrdosti přibližně 61 HRC.

  • Popouštěním při 425 °C (800 °F) může být dosaženo tvrdosti okolo 55 HRC.

  • Popouštění při 650 °C (1200 °F) obvykle snižuje tvrdost na přibližně 40 HRC.

    Běžný rozsah pracovní tvrdosti je 60–62 HRC. Počáteční tvrdost pro nástrojové ocelové profily D2 může být kolem 255 HB (tvrdost podle Brinella).

• Povrchové kalení: D2 dobře reaguje na iontovou nitridaci a je schopen dosáhnout povrchové tvrdosti 750–1200 HV (tvrdost dle Vickerse) s tvrdostí jádra mezi 61–64 HRC v malé hloubce (5–8 mikrometrů).

6.2 Pevnost

Ocel D2 vykazuje robustní pevnostní vlastnosti:

• Pevnost v tahu: Studie prokázaly mez pevnosti v tahu (UTS) přibližně 758 MPa.

• Mez kluzu: Byla zaznamenána mez kluzu s odsazením 0,2% okolo 411 MPa a standardní mez kluzu 350 MPa.

• Síla v tlaku: Kalené oceli typu D, jako je D2, mají vysokou pevnost v tlaku, zejména při popouštění za nižších teplot. Tato pevnost přímo souvisí s úrovní tvrdosti; s rostoucí teplotou popouštění má tvrdost i pevnost v tlaku tendenci klesat.

6.3 Tažnost a houževnatost

Při zvažování Vlastnosti oceli D2, tažnost a houževnatost jsou důležité aspekty:

• Ocel D2 je obecně považována za ocel se střední houževnatostí, která je lepší než u jakostí jako D3 (která má vyšší obsah uhlíku a více zadržených karbidů). Obsah karbidů v D2 je vyvážený tak, aby nabízel dobrou kombinaci odolnosti proti opotřebení a houževnatosti ve srovnání s jinými ocelemi řady D s vyšším obsahem uhlíku.

• Tahové zkoušky často vykazují tvárný lomový režim, charakterizovaný důlkovitými strukturami. Vzorky však mohou vykazovat plochý lomový povrch s minimálním zúžením a nízkou plošnou redukcí (např. v některých zkouškách kolem 1,3%).

• Modul houževnatosti byl naměřen na 81 MPa s lomovým napětím 1,971 TP3T.

• Je důležité si uvědomit, že mechanické Vlastnosti oceli D2, včetně pevnosti a tažnosti, může být anizotropní (závislé na směru) v důsledku prodloužení primárních karbidů slitiny během procesu tváření za tepla. Maximální pevnost a tažnost se obvykle nacházejí rovnoběžně se směrem válcování.

6.4 Rozměrová stabilita

Jeden z nejcennějších Vlastnosti oceli D2 je jeho vynikající rozměrová stabilita během tepelného zpracování.

• Vykazuje minimální deformaci ve srovnání s mnoha jinými nástrojovými ocelemi.

• Při kalení na vzduchu ze správné teploty kalení mohou uživatelé očekávat roztažnost nebo smrštění přibližně 0,0005 palce na palec (nebo mm/mm).

• Faktory, jako je geometrie součásti a existující deformace, mohou ovlivnit celkový pohyb.

• Po rozsáhlém zpracování (broušení, svařování, elektroerozivní řezání) se důrazně doporučuje popouštění pro odlehčení pnutí, obvykle při teplotě o 14–28 °C (25–50 °F) nižší, než byla poslední teplota popouštění.

6.5 Odolnost proti opotřebení

Výjimečná odolnost proti opotřebení je charakteristickým znakem Vlastnosti oceli D2.

• Nabízí vynikající odolnost proti oděru a často slouží jako měřítko pro jiné nástrojové oceli.

• Tato vysoká odolnost proti opotřebení je přímo připisována značnému množství tvrdých karbidů bohatých na chrom v její mikrostruktuře. Díky tomu je D2 preferovaným materiálem pro nástroje vystavené abrazivním podmínkám a dlouhým výrobním sériím. Její odolnost proti opotřebení je přibližně o 30 % lepší než u nástrojové oceli A2.

6.6 Zpracovatelské aspekty oceli D2

I když nabízí vynikající výkon, určité zpracování Vlastnosti oceli D2 je třeba poznamenat:

• Obrobitelnost: Ocel D2 je považována za ocel s relativně špatnou obrobitelností. V žíhaném stavu je její obrobitelnost okolo 45 (ve srovnání s uhlíkovou ocelí 1% s hodnotou 100). Může být obtížné ji obrábět a brousit.

• Svařitelnost: Svařování D2 konvenčními metodami je obecně náročné a často se nedoporučuje kvůli vysokému obsahu uhlíku a přítomnosti významného množství karbidů. Novější techniky, jako je tixowelding, se však ukázaly jako slibné.

6.7 Optimalizace vlastností D2 pomocí tepelného zpracování

Finále Vlastnosti oceli D2 jsou kriticky závislé na přesném procesu tepelného zpracování. Ten obvykle zahrnuje několik klíčových fází:

• Odlehčení pnutí (nekalený materiál): Před kalením, zejména u složitých nebo silně obráběných dílů, je nezbytné zmírnění pnutí. To obvykle zahrnuje pomalé a rovnoměrné zahřívání na 649–677 °C (1200–1250 °F), 1–2 hodiny na 1 palec tloušťky a pomalé ochlazování (ideálně v peci).

• Předehřívání: Vzhledem k relativně nízké tepelné vodivosti oceli D2 se před austenitizací důrazně doporučuje předehřátí na přibližně 650 °C (1200 °F). Tím se minimalizuje tepelný šok, snižuje se riziko praskání a deformace.

• Austenitizace: Ocel se zahřeje na přibližně 1010 °C (1850 °F). Při této teplotě se struktura transformuje na austenit a značná část karbidů se rozpouští. Doba náběhu je obvykle 1 hodina na palec průřezu. Správná regulace teploty je zásadní, aby se předešlo problémům, jako je nadměrné množství zbytkového austenitu.

• Kalení: D2 je ocel kalitelná na vzduchu. Kalení na vzduchu z austenitizační teploty přeměňuje austenit na martenzit (tvrdou strukturu) a pomáhá minimalizovat deformaci. Ocel by měla být před popouštěním ochlazena na přibližně 65 °C (150 °F).

• Temperování: Tento krok je klíčový pro zvýšení houževnatosti a uvolnění vnitřního pnutí v martenzitu po kalení. U oceli D2 popouštění také poskytuje sekundární tvrdost díky vysrážení specifických karbidů slitiny.

  • Dvojité temperování: Standardní postup pro D2 pro zajištění úplného popouštění a mikrostrukturální stability. První popouštění může být kolem 515 °C (960 °F), následované druhým popouštěním kolem 480 °C (900 °F). Doby popouštění jsou obvykle 2 hodiny na palec průřezu.

• Řízení zbytkového austenitu: D2 si může po standardním tepelném zpracování zachovat značné množství austenitu (až 20%). Tento nestabilní austenit se může časem transformovat a způsobit rozměrové změny.

  • Ošetření při teplotě nižší než 10 °C: Hluboké kryogenní ošetření (např. při teplotách okolo -184 °C / -300 °F) může pomoci transformovat zbytkový austenit, což může potenciálně zlepšit rozměrovou stabilitu, pevnost v tahu, houževnatost a snížit opotřebení.

  • Po kryo-popouštění: Pokud se provádí zpracování při teplotách nižších než 10 °C, je nutný další krok popouštění, aby se popustil nově vytvořený martenzit a zabránilo se jeho křehkosti.

• Popouštění pro odlehčení pnutí (kalený materiál): Doporučuje se po operacích, jako je broušení nebo EDM na kaleném materiálu D2, obvykle při teplotě mírně pod konečnou teplotou popouštění.