Resistencia a la compresión y microestructura del acero para herramientas D2

Cómo se midieron los dos conjuntos de cifras

Las cifras de microestructura provienen de un estudio sobre un acero de alto carbono y alto cromo de 1,60 por ciento de carbono y 11,95 por ciento de cromo, que es la composición del D2. Cada probeta se austenizó durante 30 minutos a la temperatura indicada y se templó en aceite. La martensita, la austenita y el carburo se listan como porcentaje en volumen, y los tres suman 100 por ciento en cada columna de la tabla.

Las cifras de compresión provienen de una fuente diferente. Allí los dos aceros se templaron a su dureza máxima y luego se revinieron a la temperatura indicada. Diferentes coladas y diferentes métodos de ensayo están detrás de las dos tablas, así que léalas como dos mediciones separadas y no como filas de un mismo experimento.

Estructura después de austenizar y templar

Porcentaje en volumen de martensita, austenita y carburo en D2

Fuente, Tabla 12-3, Cantidades de microconstituyentes en el acero para herramientas D2 en función de la temperatura de austenización, página impresa 209 de Tool Steels (G. A. Roberts y G. Krauss), página 203 del PDF de la copia consultada. Las probetas se austenizaron 30 minutos a temperatura y se templaron en aceite. Composición de la colada, 1,60% C, 11,95% Cr, 0,33% Mn, 0,32% Si, 0,79% Mo, 0,25% V, 0,18% P y 0,010% S.

La martensita cae rápidamente y la austenita ocupa su lugar. A 1040 °C la estructura templada es 79 por ciento de martensita y 7 por ciento de austenita. A 1120 °C es 5 por ciento de martensita y 85 por ciento de austenita, y por encima de eso la cifra de austenita apenas se mueve. El volumen de carburo es el único valor que casi no cambia, de 14 por ciento a 10 por ciento en todo el rango cubierto.

La lectura práctica es que elevar la temperatura de austenización no aporta mucho carburo extra, y el carburo es lo que proporciona la resistencia al desgaste en el D2. Lo que sí aporta es austenita retenida en la estructura tal como se templa, y la austenita retenida mantiene baja la dureza hasta que la temperatura de revenido es lo suficientemente alta para que se transforme. Por eso al D2 normalmente se le dan dos revenidos, y por eso una lectura de dureza tomada justo después del temple puede quedar muy por debajo de la dureza de trabajo. El mismo comportamiento en un grado para trabajo en caliente se representa en Tabla de temperatura de austenización para H13, y el rango de austenización para este grado se expone en Temperatura de austenización D2.

Resistencia a la compresión después del temple y revenido

Resistencia a la compresión última del D2 y D3

Fuente, Tabla 12-4, Resistencias a la compresión de aceros de alto carbono y alto cromo después del temple a dureza máxima y revenido a las temperaturas indicadas, página impresa 211 de Tool Steels (G. A. Roberts y G. Krauss), página 205 del PDF de la copia consultada.

La resistencia a la compresión sigue la dureza en estos dos grados. El D2 alcanza 61,5 HRC después del revenido a 175 °C y soporta 3841 MPa, que son 557 ksi, y baja a 59,5 HRC y 3641 MPa después del revenido a 230 °C. El D3 comienza más duro, a 63,5 HRC y 3634 MPa, y cae a 61,5 HRC y 3290 MPa en las mismas dos temperaturas de revenido. Elevar la temperatura de revenido en 55 °C le cuesta al D2 unos 200 MPa de resistencia a la compresión y al D3 unos 340 MPa.

Ambas coladas se templaron a su dureza máxima para estos ensayos, lo que sitúa al D2 en el tope de su rango de dureza en lugar de los 58 a 60 HRC a los que se trabaja la mayoría de las herramientas de trabajo en frío. Use las cifras para comparar los dos grados y para ver el tamaño de la caída con el revenido, luego confirme el valor de trabajo contra el certificado de ensayo de la colada que compre.

Qué significan las cifras en el taller de matrices

Para herramientas que soportan presión en lugar de desgaste por deslizamiento, como troqueles de acuñación, punzones de extrusión en frío, troqueles de laminación de roscas y calibres de ajuste a presión, la cifra de compresión es la que hay que comparar con la presión que el trabajo ejerce sobre la herramienta. A menudo se elige una temperatura de revenido más alta para proteger la tenacidad, y las tablas muestran lo que esa elección cuesta en capacidad de carga.

La tabla de microestructura responde a una pregunta diferente, que es hasta dónde se puede llevar la temperatura de austenización. En estos datos la ventaja de carburo de una temperatura de austenización baja es pequeña, mientras que la penalización de austenita retenida de una alta es grande, así que el extremo superior del rango recomendado es donde reside el riesgo.

Datos de referencia relacionados

Ambos grados se venden en condición recocida, y sus formas de suministro se listan en acero para herramientas D2 y acero para herramientas D3. La dureza a la que trabaja la herramienta terminada, y el gráfico de revenido detrás de ella, están en dureza del acero D2 y tratamiento térmico D2. El volumen de carburo por grado en las familias de aceros para herramientas se lista en Fracciones volumétricas de carburos en aceros para herramientas y cuchillos, la comparación general de propiedades está en propiedades de los aceros para herramientas, y la forma en que se trata la austenita retenida en un grado de alta velocidad está en austenita retenida en el acero para herramientas M2.

Recopilado de Tool Steels (G. A. Roberts y G. Krauss), Tablas 12-3 y 12-4 en las páginas impresas 209 y 211, el capítulo sobre aceros para herramientas de trabajo en frío de alto carbono y alto cromo. Las tablas se reproducen tal como se publicaron y son un resumen de referencia más que una especificación de Aobo Steel, así que trátelas como el comportamiento que el oficio mide y no como una instrucción de tratamiento térmico para una matriz en particular.