Acero D2 vs. 4140: ¿cuáles son las diferencias?

Acero D2 vs. 4140: Acero para herramientas D2 y Acero 4140 Ambas son aleaciones ferrosas importantes, pero pertenecen a clasificaciones diferentes y están diseñadas para aplicaciones distintas, presentan propiedades únicas y requieren tratamientos térmicos específicos.

Composición

Elemento	Acero para herramientas D2 (%)	Acero 4140 (%)
Carbono (C)	1.40 – 1.60	0.38 – 0.43
Cromo (Cr)	11.00 – 13.00	0.80 – 1.10
Molibdeno (Mo)	0.70 – 1.20	0.15 – 0.25
Manganeso (Mn)	0.10 – 0.60	0.75 – 1.00
Vanadio (V)	0.50 – 1.10	–
Silicio (Si)	0.10 – 0.60	0.15 – 0.35
Fósforo (P)	≤ 0.03	≤ 0,035
Azufre (S)	≤ 0.03	≤ 0,040

Propiedades mecánicas

1. Dureza. Dureza del acero D2 La dureza del acero 4140 es de 60 a 62 HRC tras el tratamiento térmico. Si bien el acero 4140 también puede alcanzar una alta dureza mediante tratamiento térmico, esta es inferior a la del acero D2. El acero 4140 templado y revenido puede tener una dureza de entre 235 HB y 578 HB, dependiendo de la temperatura de revenido.
2. TemplabilidadEl acero D2 es de temple al aire, lo que significa que puede templarse enfriándolo al aire, lo que minimiza la distorsión. El acero 4140 tiene una templabilidad moderada. Si bien puede templarse al aire en secciones delgadas, en la práctica suele templarse en aceite para su temple completo.
3. DurezaEl acero D2 tiene baja tenacidad. Sin embargo, el acero 4140 la tiene mejorada. Sus propiedades de tenacidad se ven afectadas por la temperatura de revenido; por ejemplo, se suele evitar el revenido entre 230 y 370 °C (450 a 700 °F) para prevenir la fragilidad azul.
4. Resistencia al desgasteEl acero D2 tiene una dureza extremadamente alta. tener puesto resistencia, superior a la del acero 4140. El acero 4140 puede mejorar significativamente su resistencia al desgaste mediante tratamientos de endurecimiento superficial como la nitruración o el endurecimiento por inducción.
5. MaquinabilidadEl D2 tiene una maquinabilidad pobre, con una clasificación de maquinabilidad de 45, en comparación con el acero al carbono 1%, que tiene una clasificación de 100. El 4140 tiene una buena maquinabilidad, especialmente las versiones resulfuradas como el SAE 1140.
6. Estabilidad dimensionalEl acero D2 sufre una deformación mínima durante el tratamiento térmico. Al templarlo al aire, se expande o contrae aproximadamente 0,0005 pulgadas por pulgada (0,0005 mm/mm). La estabilidad dimensional del acero 4140 es generalmente buena, pero, como todos los aceros, sufre deformaciones durante el temple, especialmente con un alto contenido de carbono, lo que puede aumentar la probabilidad de agrietamiento.

Tratamiento térmico

• Acero D2 con tratamiento térmico:
  • Recocido: Un recocido adecuado es crucial para la maquinabilidad.
  • Endurecimiento: Típicamente endurecido al aire. Las temperaturas de austenitización oscilan entre 980 y 1025 °C (1800 y 1875 °F).
  • Templado: Generalmente se revenen dos veces. El revenido a bajas temperaturas (p. ej., 200 °C) permite alcanzar la máxima dureza.
  • Tratamiento de superficie: Se puede nitrurar iónicamente para aumentar significativamente la dureza de la superficie y la resistencia al desgaste.
• Acero 4140:
  • Normalizando: Calentar a 845-925 °C (1550-1700 °F) y enfriar al aire.
  • Recocido: Calentar a 830-870 °C (1525-1600 °F) y enfriar lentamente en el horno.
  • Temple: Generalmente se templa en aceite a partir de 855 °C (1575 °F). Los aceites convencionales y rápidos ofrecen propiedades equivalentes para este acero. El temple en aceite produce una microestructura de martensita revenida.
  • Templado: Se puede templar a diversas temperaturas, de 205 a 705 °C (400 a 1300 °F), para lograr la resistencia y dureza deseadas. Normalmente no se templa entre 230 y 370 °C (450 a 700 °F) para evitar la fragilidad azul.
  • Esferoidización: Calentar a 760-775 °C (1400-1425 °F), mantener durante 4 a 12 horas y luego enfriar lentamente.
  • Endurecimiento de la superficie: Ampliamente utilizado para el endurecimiento por haz de electrones, la nitruración (de una y dos etapas) y el endurecimiento por inducción. Presenta las mejores características de nitruración entre los aceros de baja aleación con cromo gracias a su mayor contenido de cromo y a su composición sin níquel.

Aplicaciones

El acero D2 es adecuado para aplicaciones que requieren producción a largo plazo, alta resistencia al desgaste y estabilidad dimensional. Entre sus aplicaciones típicas se incluyen herramientas y matrices de corte y estampación, herramientas y matrices de punzonado, operaciones de forja y herramientas de recorte.

El acero 4140 es un acero de ingeniería versátil, ideal para componentes que requieren templabilidad moderada y buena resistencia y tenacidad. Sus principales aplicaciones incluyen ejes de transmisión, ejes para componentes automotrices de alta carga, engranajes en aplicaciones críticas y componentes de alta carga en motores automotrices.

Resumen

El acero D2 se utiliza en aplicaciones que requieren resistencia al desgaste y estabilidad dimensional. El acero 4140 es un acero de aleación de uso general que ofrece un buen equilibrio entre resistencia y tenacidad para componentes estructurales y mecánicos. Como acero para herramientas de alto rendimiento, el acero D2 presenta una composición de aleación compleja, por lo que suele ser más caro que el acero de aleación 4140 común.