Acero para herramientas D2 | 1.2379 | SKD11

3. Tratamiento térmico del acero D2

Como describe William E. Bryson en su libro Tratamiento térmico, selección y aplicación de aceros para herramientas, el tratamiento térmico El acero para herramientas D2 suele compararse con la cocción, donde el control preciso del tiempo y la temperatura es fundamental para evitar una cocción insuficiente (que provoca falta de dureza) o excesiva (que destruye la estructura molecular y causa fragilidad). Los siguientes pasos describen el proceso.

3.1 Preparación del material y precalentamiento

Antes del tratamiento térmico, el material debe limpiarse completamente. desengrasado y preferiblemente envuelto en papel de acero inoxidable Para proteger su superficie. Debido al alto contenido de cromo y la baja conductividad térmica de este acero, debe precalentarse lenta y uniformemente hasta la temperatura objetivo para minimizar el riesgo de agrietamiento durante el calentamiento. La temperatura objetivo es 1200 °F (650 °C), y el tiempo de calentamiento es 10 a 15 minutos.

El propósito de todo el proceso de precalentamiento es garantizar que el calor se distribuya uniformemente por todo el material, permitiendo que las tensiones internas se liberen antes de que el material se vuelva demasiado blando y su plasticidad aumente, evitando así la deformación.

3.2 Austenitización (Endurecimiento)

Este es el segundo paso del tratamiento térmico, durante el cual la estructura del material cambia de ferrita-perlita a austenita, y se disuelven diversos carburos de aleación complejos. La temperatura de calentamiento para este paso es 1850 °F (1010 °C), con un tiempo de remojo de 1 hora por cada 1 pulgada (25 mm) de sección transversalEste tiempo de remojo garantiza que el proceso de austenización se realice de manera uniforme. Sin embargo, es importante tener en cuenta que Un tiempo de remojo excesivamente largo, incluso sólo unos pocos minutos, puede tener un impacto negativo en el acero.

3.3 Enfriamiento

El acero para herramientas D2 es un acero de temple al aire, cuya ventaja radica en minimizar la deformación y los cambios dimensionales durante la formación de martensitaEl proceso implica los siguientes pasos: Después de remojar, el material se enfría rápidamente a aproximadamente 150 °F (65 °C). Durante este proceso, cuando la temperatura alcanza 1050 °F (565 °C) y antes de que el material se transforme en una estructura endurecida en 400 °F (205 °C)La pieza de trabajo se puede sacar del embalaje de aluminio y colocar en una rejilla para enfriar. Se debe tener cuidado para evitar colocar el material directamente sobre una superficie de mesa fría., ya que esto puede causar fluctuaciones localizadas de temperatura y provocar deformación. Desde una perspectiva microestructural, este proceso transforma la estructura interna del acero en martensita de grano más fino, lo que le confiere una excelente resistencia al desgaste al acero D2.

Después de un enfriamiento adecuado, el material aún contiene una cierta proporción de “austenita residual”, y el contenido óptimo de martensita varía entre 95% y 96%.

3.4 Templado

El revenido mejora la tenacidad del acero, reduce la tensión interna y proporciona un endurecimiento secundario. El revenido debe realizarse inmediatamente cuando la temperatura del material desciende a 125 °F a 150 °F (52 °C a 65 °C).

Si D2 es solo templado una vez, la temperatura de revenido es 400 °F (205 °C) para lograr una dureza Rockwell de 62HRC.

Recomendamos utilizar un Proceso de templado secundario para D2, lo que puede mejorar su resistencia al desgaste por 20-30%.

En el proceso de templado secundario, el La primera temperatura de revenido es de 960 °F (515 °C) durante 2 horas por pulgada (25 mm) de sección transversal.Antes del segundo revenido, es decir, durante el intervalo entre el primero y el segundo, el material debe dejarse enfriar a temperatura ambiente antes del segundo revenido. Este período puede durar varias horas. También puede tardar varios días, pero lo fundamental es que el segundo revenido debe... NO comienza a 150 °F (65 °C), que es una temperatura completamente diferente del templado único mencionado anteriormente. El La segunda temperatura de revenido es de 900 °F (480 °C) durante 2 horas por pulgada de sección transversal.El segundo revenido alcanza una dureza Rockwell de 58 HRC.

Mientras que D2 tiene dureza secundaria débil, se puede utilizar el revenido a temperaturas más altas (por ejemplo, ~550 °C/1020 °F) para lograr una dureza de 60 HRC, mejorando así la estabilidad durante nitruración u otros métodos de endurecimiento superficial. Sin embargo, esto puede aumentar la austenita retenida y el crecimiento del grano, lo que podría reducir la tenacidad y causar inestabilidades microestructurales.

3.5  Tratamiento criogénico/subcero (opcional)

Este proceso está diseñado para eliminar o reducir la austenita residual y mejorar la estabilidad dimensional del material. Dado que el acero para herramientas D2 puede retener una cantidad significativa de austenita (hasta 20%) tras el tratamiento térmico estándar, esto puede provocar inestabilidad dimensional, ya que la austenita retenida se transforma espontáneamente en martensita sin revenir con el tiempo a temperatura ambiente.

El proceso implica los siguientes pasos: Después del tratamiento para aliviar el estrés (aproximadamente 150°C), el material se enfría a una temperatura extremadamente baja (aproximadamente -300 °F/-184 °C), acercándose o por debajo de la temperatura final de Mf. Se requiere un revenido posterior para evitar la fragilidad causada por la martensita fresca recién formada.

Este proceso crea una estructura molecular más compacta dentro del material (reduciendo la fricción, el calor y el desgaste), reduce la tensión residual y mejora la resistencia a la tracción, la tenacidad y la estabilidad dimensional, mejorando significativamente el rendimiento del material.

[Referencias: Reardon, AC (Ed.). (2011). Metalurgia para el no metalúrgico (2ª ed., pág. 231). ASM Internacional. ]

3.6 Problemas potenciales

1. La austenita residual puede causar inestabilidad dimensional en los materiales, especialmente a temperaturas de austenización más altas. Para gestionar este proceso se emplean el temple controlado, tiempos de mantenimiento precisos y el revenido doble y triple.
2. Factores como el calentamiento y enfriamiento no uniformes, las transformaciones de fase (especialmente la formación de martensita) y la tensión residual durante el tratamiento térmico pueden causar deformación y agrietamiento en los materiales. Por lo tanto, es fundamental asegurar un calentamiento lento y uniforme, un medio de temple adecuado y un tratamiento de alivio de tensiones.
3. El acero D2 es susceptible a la descarburación. Recomendamos calentar los materiales D2 en atmósfera neutra controlada, al vacío o en un horno de sales neutras para evitar la descarburación.