Dureza del acero D2: una resistencia superior al desgaste

Introducción: ¿Qué es el acero para herramientas D2 y por qué es clave la dureza?

Acero para herramientas D2 Se clasifica en el grupo "D", que representa aceros para herramientas de trabajo en frío con alto contenido de carbono y cromo. Se utiliza ampliamente en matrices de larga duración debido a su superior resistencia al desgaste, buena estabilidad dimensional y tenacidad moderada. El acero D2 se considera una referencia popular y, a menudo, la más importante para todos los aceros para herramientas de trabajo en frío. Las aplicaciones comunes del acero D2 incluyen matrices de troquelado, matrices de conformado en frío, matrices de embutición, calibres, moleteadores, matrices de laminación, punzones, rodillos, cuchillas de corte, cuchillas de corte longitudinal y matrices de laminado de roscas.

Para el acero para herramientas D2, la dureza es primordial debido a su influencia directa en la resistencia al desgaste y la capacidad de mantener un filo afilado. Dureza Es la resistencia de un material a la penetración, la indentación o la abrasión. Es el requisito más común para los aceros para herramientas y sirve como comprobación de aceptación esencial para las herramientas tratadas térmicamente.

La base de la dureza: la composición química del acero D2

El Composición del acero D2:

Carbono (C)	Cromo (Cr)	Molibdeno (Mo)	Vanadio (V)	Manganeso (Mn)	Silicio (Si)	Fósforo (P)	Azufre (S)
1.40 - 1.60	11.00 - 13.00	0.70 - 1.20	0.50 - 1.10	0.10 - 0.60	0.10 - 0.60	≤ 0.030	≤ 0.030

El efecto de la composición sobre la dureza del acero D2:

• Carbono: Permite una alta dureza y buena resistencia al desgaste.
• Cromo: Forma carburos de aleación ricos en cromo, mejorando la resistencia al desgaste y a la abrasión y proporciona una resistencia leve a la corrosión.
• Molibdeno y vanadio: Contribuyen a la formación de precipitados de endurecimiento secundario y mejoran la retención del filo. El carbono y el vanadio son fundamentales para la microestructura y la dureza.

Componentes microestructurales que contribuyen a la dureza D2:

• Matriz martensítica de alto contenido de carbonoEl acero D2 alcanza una alta dureza principalmente gracias a su matriz martensítica, formada por un temple rápido desde la temperatura de austenización. Los átomos de carbono atrapados en los intersticios de la estructura cristalina martensítica, junto con una alta densidad de dislocaciones, aumentan significativamente su resistencia y dureza.
• Carburos de aleación dura (no disueltos/primarios)El acero D2 contiene una gran cantidad de carburos de aleación dura sin disolver, significativamente más duros que la propia matriz martensítica. Los principales tipos incluyen: M7C3 rico en cromo, con durezas de entre 1500 y 1800 HV, y MC rico en vanadio, con durezas de entre 2000 y 2800 HV. La cantidad, el tamaño y la distribución de estos carburos son cruciales para la dureza general y la resistencia al desgaste. Este proceso implica la precipitación de carburos de aleación muy finos (como M2C o MC) de la matriz martensítica revenida, lo que aumenta la dureza y mejora la resistencia al revenido.
• Carburos de endurecimiento secundarioEl contenido de molibdeno y vanadio del D2 permite el endurecimiento secundario durante el revenido. Este proceso implica la precipitación de carburos de aleación muy finos (como M2C o MC) a partir de la matriz martensítica revenida, lo que aumenta la dureza y mejora la resistencia al revenido.
• Refinamiento de granoLa microestructura del acero D2 presenta un tamaño de grano fino, lo que contribuye a aumentar la dureza. La presencia de carburos primarios gruesos ayuda a fijar los límites de grano de austenita, manteniendo un tamaño de grano fino y relativamente uniforme durante la austenización, mejorando así la templabilidad y la dureza general.

El efecto del tratamiento térmico sobre la dureza del acero D2

El tratamiento térmico influye significativamente en la dureza del acero D2, principalmente transformando su microestructura e introduciendo varias fases endurecidas.

• AustenitizaciónLa austenitización del acero para herramientas D2 a alrededor de 1010 °C (1850 °F) puede alcanzar una dureza máxima de 62-64 HRC tras el enfriamiento al aire. Las temperaturas de austenitización más altas provocan la disolución de más carbono y elementos de aleación en la austenita, lo que generalmente aumenta la dureza y la templabilidad en estado de temple. Sin embargo, las temperaturas excesivamente altas también pueden aumentar la cantidad de austenita retenida, que es más blanda que la martensita, lo que podría reducir la dureza en estado de temple.
• EnfriamientoEl temple permite que el acero D2 alcance una alta dureza; es el proceso de conversión de la austenita en martensita. El acero D2 es un acero de temple al aire y, en comparación con refrigerantes más rápidos, como el temple en aceite o en agua, minimiza la deformación y la tensión interna.
• TempladoEl acero D2 puede alcanzar una dureza de 62 HRC con un revenido simple a 205 °C (400 °F). Con el revenido doble, la primera temperatura de revenido es de 515 °C (960 °F) y la segunda de 480 °C (900 °F), lo que permite alcanzar una dureza de 58 HRC y mejora significativamente la resistencia al desgaste (a menudo entre 25 y 301 TP3T) gracias al refinamiento de la estructura del grano.

Si busca más información sobre este tema, consulte Cómo tratar térmicamente correctamente el acero D2.

Los beneficios de la dureza del acero D2

• Excelente resistencia al desgaste. El acero D2 suele servir como estándar para medir la resistencia a la abrasión de otros aceros para herramientas. Su resistencia al desgaste se mejora entre 30 y 40% con respecto al acero A2. Es especialmente eficaz en operaciones de conformado de metales donde el desgaste adhesivo es un mecanismo principal, ofreciendo mejoras significativas en la vida útil de la matriz.
• Alta resistenciaEl acero D2 tiene un límite elástico de 411 MPa y una resistencia máxima a la tracción (UTS) de 758 MPa. Su alto contenido de carbono, combinado con el proceso de temple, permite alcanzar una alta resistencia, lo que permite obtener aumentos de dureza que suelen superar los 60 HRC.
• Adecuación para tiradas de producción largasLa alta dureza del acero D2 le confiere directamente una alta resistencia al desgaste, lo que lo hace muy ventajoso en procesos de fabricación de ciclo largo.

Desafíos y consideraciones relacionados con la dureza D2

a. Maquinabilidad y rectificabilidad difíciles

La combinación de un alto contenido de cromo y un mayor contenido de carbono en el acero para herramientas D2 da lugar a la formación de una gran cantidad de carburos duros M7C3 enriquecidos con cromo. Estos carburos presentan una excelente resistencia al desgaste a temperatura ambiente, lo que dificulta el mecanizado y rectificado del acero. Estos carburos actúan como obstáculos duros para la eliminación de viruta, provocando desgaste en las herramientas de mecanizado. Con un recocido adecuado, el acero D2 presenta una clasificación de maquinabilidad de 45, en comparación con un acero al carbono 1% de 100. Una mayor dureza tratada térmicamente y la presencia de carburos de mayor tamaño son inversamente proporcionales a la rectificabilidad.

b. Dureza moderada

La tenacidad suele disminuir al aumentar la resistencia al desgaste y la dureza. El acero D2 presenta una excelente resistencia al desgaste, pero su tenacidad es inferior a la de los aceros con menor contenido de carbono o aleación. La presencia de partículas duras, en concreto las grandes fracciones volumétricas de carburos de aleación (tipo M7C3), en el acero D2 contribuye a su baja tenacidad, ya que actúan como puntos de inicio de grietas.

Supongamos que se requieren aumentos significativos de tenacidad para D2. En ese caso, suele ser mejor seleccionar un grado de acero diferente, diseñado intrínsecamente para una mayor tenacidad, en lugar de intentar forzar a D2 a un rango de propiedades inadecuado.

do. Austenita retenida

La austenita retenida es una característica común en el acero para herramientas D2 y requiere un manejo cuidadoso debido a su impacto en las propiedades mecánicas y la estabilidad dimensional. En el acero para herramientas D2, un aumento de la austenita retenida puede provocar una disminución de la dureza general. La austenita retenida es más blanda que la martensita (red cúbica centrada en las caras).

Aplicaciones típicas donde destaca la dureza D2

Matrices y punzones

• Supresión
• Conformado en frío
• Dibujo
• Laminación
• Laminado de roscas
• Perforación
• Acuñación
• Recorte (caliente y frío)
• Extrusión (para aluminio y zinc)

Herramientas de corte

• Cuchillas de corte
• Cuchillas cortadoras

Otras aplicaciones

• Rollos formadores
• Calibres de precisión
• Moldes de plástico (especialmente para materiales abrasivos)
• Herramientas generales para la fabricación de acero inoxidable

Dureza D2 comparada con otros aceros para herramientas

• D2 contra. A2:D2 tiene una mayor resistencia al desgaste debido a más cromo y carbono, mientras que A2 ofrece mejor maquinabilidad y tenacidad moderada.
• D2 contra. O1:D2 ofrece una resistencia a la abrasión mejor que O1.
• D2 contra. S7:S7 es significativamente más resistente pero más suave (48-58 HRC) y menos resistente al desgaste que D2 (54-61 HRC).
• D2 contra. M2:M2 (63-65 HRC) es generalmente más duro y tiene una resistencia superior a los golpes, mientras que D2 (60-62 HRC) ofrece una mejor durabilidad para aplicaciones de trabajo en frío donde la resistencia al desgaste es primordial.
• D2 vs. acero inoxidable: D2 tiene una dureza superior debido a la formación de carburo y una mayor resistencia a la compresión, pero una resistencia a la corrosión moderada en comparación con los verdaderos aceros inoxidables.

Preguntas frecuentes