Temperatura de austenización D2: disolución de carburos, dureza y austenita retenida.

Tabla de temperaturas de austenización D2

La temperatura óptima de austenización para el acero D2 suele ser de 1010 °C (1850 °F). Esta temperatura equilibra la disolución de carburos, la templabilidad, el control de la austenita retenida y la dureza final.

Solo se debe elegir una temperatura más alta cuando la herramienta requiera una mayor resistencia al desgaste o una respuesta de endurecimiento secundario, y cuando este último proceso pueda controlar la austenita retenida.

Rango de temperatura de austenización recomendado para D2

El rango recomendado es de 980 a 1025 °C (1795 a 1875 °F). El punto óptimo dentro de este rango depende de si la herramienta requiere mayor dureza, mayor resistencia al desgaste, mayor tenacidad o un mejor control dimensional.

El error común es suponer que una temperatura de austenización más alta siempre implica una mayor dureza. En la aleación D2, esto no es correcto. Por encima del rango útil, una disolución excesiva de la aleación aumenta la austenita retenida y reduce la dureza útil después del temple.

Cómo elegir entre 980°C, 1010°C y 1025°C

La elección debe basarse en el riesgo de fallo de la herramienta.

La austenización cerca de 980 °C limita la solubilidad del carbono y el cromo, reduciendo la austenita retenida y el riesgo dimensional, pero disminuyendo el potencial de endurecimiento. La austenización a 1010 °C proporciona suficiente disolución de carburos para una alta templabilidad, manteniendo la austenita retenida y el crecimiento de grano bajo control. La austenización cerca de 1025 °C aumenta la solubilidad de la aleación y puede mejorar la resistencia al desgaste y el endurecimiento secundario, pero solo debe utilizarse cuando el temple, el posible tratamiento criogénico y el doble revenido permitan controlar la austenita retenida resultante.

Cómo afecta la temperatura de austenización a la fracción de volumen de carburo en D2

La aleación D2 contiene un alto volumen de carburos de aleación ricos en cromo. Estos carburos proporcionan resistencia al desgaste abrasivo y no se disuelven completamente durante la austenización normal. A medida que aumenta la temperatura, se disuelven más carburos en la austenita, lo que reduce el volumen de carburos no disueltos y enriquece la matriz con carbono y elementos de aleación.

El objetivo de la austenización del acero D2 no es disolver todos los carburos. El acero D2 necesita suficientes carburos sin disolver para resistir la abrasión, mientras que la matriz necesita suficiente carbono y aleación para formar martensita dura después del temple.

¿Puede JMatPro predecir la fracción volumétrica de carburo en la austenización D2?

JMatPro y programas similares permiten estimar cómo varía la fracción volumétrica de carburo en D2 durante la austenización, lo cual resulta útil para comparar las tendencias de temperatura. El resultado depende de la composición exacta, el modelo de base de datos, el tiempo de calentamiento y si el cálculo representa condiciones de equilibrio o prácticas, por lo que una fracción volumétrica de carburo fija no debe considerarse universal para todos los D2. Para la selección de materiales, se mantiene la tendencia clave: las temperaturas de austenización más altas disuelven más carburo y enriquecen la matriz, pero también aumentan el riesgo de retención de austenita.

Cómo los carburos y el carbono de la matriz afectan la resistencia al desgaste del D2

La resistencia al desgaste del acero D2 depende del equilibrio entre los carburos duros no disueltos y una matriz martensítica dura. Los carburos resisten la abrasión; la matriz los mantiene en su lugar para que no se desprendan durante el uso. Una temperatura demasiado baja atrapa demasiado carbono en los carburos y reduce la dureza de la matriz. Una temperatura demasiado alta disuelve demasiados carburos y aumenta la austenita retenida.

La resistencia al desgaste no mejora simplemente elevando la temperatura de austenización. El resultado óptimo se obtiene al equilibrar la retención de carburos con el endurecimiento de la matriz.

Cómo afecta la temperatura de austenización a la austenita retenida en D2

La austenita retenida aumenta cuando la temperatura de austenización es demasiado alta. Una temperatura elevada disuelve más carbono y cromo en la austenita, y ambos elementos la estabilizan y reducen las temperaturas de inicio y finalización de la transformación martensítica. Si la transformación martensítica no se completa a temperatura ambiente, parte de la estructura permanece como austenita retenida.

Como estimación aproximada, el tratamiento térmico estándar D2 puede dejar hasta 20% de austenita retenida, y un tratamiento a temperaturas bajo cero o criogénicas profundas seguido de un revenido puede reducirla a menos de 2% en condiciones controladas. El exceso de austenita retenida disminuye la dureza y provoca un retraso en el cambio dimensional, por lo que las altas temperaturas de austenización solo deben utilizarse cuando el proceso posterior pueda estabilizar la estructura.

Cómo afecta la temperatura de austenización a la dureza D2 en estado templado

La dureza D2 en estado templado no aumenta indefinidamente con la temperatura. Aumenta hasta alcanzar un rango óptimo y luego disminuye si la temperatura es demasiado alta.

A bajas temperaturas, la disolución insuficiente de carburos provoca que la matriz quede poco enriquecida, y la martensita templada puede no alcanzar la dureza esperada. Alrededor de los 1010 °C (1850 °F), la matriz recibe suficiente carbono y aleación para formar martensita de alta dureza. A temperaturas elevadas, se disuelve demasiado carbono y cromo en la austenita, lo que suprime la formación de martensita y aumenta la austenita retenida, por lo que la dureza útil final puede disminuir.

Esta es la razón principal por la que no se debe sobrecalentar el D2 para aumentar su dureza.

Tiempo de remojo para la austenización D2

El tiempo de remojo es el tiempo de espera después de que la pieza D2 haya alcanzado la temperatura de austenización, no cuando el controlador del horno indica la temperatura objetivo. El objetivo es lograr una solución de aleación adecuada sin crecimiento de grano ni exceso de austenita retenida.

Un remojo insuficiente deja la matriz poco enriquecida y reduce la dureza. Un remojo excesivo aumenta el riesgo de crecimiento de grano, retención de austenita, fragilidad e inestabilidad dimensional.

Precalentamiento antes de la austenización

El precalentamiento es importante en este caso porque determina si el acero D2 alcanza la temperatura de austenización de manera uniforme. El acero D2 tiene baja conductividad térmica, por lo que calentar una herramienta fría directamente a la temperatura de austenización puede resultar en una superficie más caliente que el núcleo, aumentando la deformación y el riesgo de agrietamiento. Un único precalentamiento a 649-677 °C (1200-1250 °F) es suficiente para igualar la temperatura de la mayoría de las herramientas antes de la austenización, mientras que las herramientas grandes o complejas requieren un proceso más gradual. La protección de la superficie mediante vacío, atmósfera controlada, baño de sales o envoltura con papel de aluminio debe incluirse en todo el proceso.

Enfriamiento después de la austenización

El acero D2 se endurece al aire porque su alto contenido de aleación retrasa la formación de perlita y bainita durante el enfriamiento, por lo que un enfriamiento controlado con aire o gas puede generar martensita con menos distorsión que un enfriamiento rápido en líquido. La velocidad de enfriamiento sigue siendo importante: una temperatura de austenización correcta puede dar malos resultados si el núcleo de una sección gruesa se enfría demasiado lentamente, por lo que el tamaño de la sección y el método de enfriamiento deben considerarse conjuntamente.

Errores comunes en la austenización de D2

La mayoría de los problemas de austenización se deben a errores de temperatura, un control deficiente del tiempo de remojo, una protección superficial inadecuada o a que no se tenga en cuenta el tamaño de la sección.

La austenización D2 debe controlarse mediante la temperatura real de la pieza, el tamaño de la sección, la uniformidad del horno, la protección de la superficie y la geometría de la herramienta, y no únicamente mediante la temperatura del horno.