El acero para herramientas D2 es un acero para trabajo en frío con alto contenido de carbono y cromo, de temple al aire. Sus características incluyen: alta templabilidad, alta dureza y resistencia al desgaste, buena resistencia a la oxidación a alta temperatura, resistencia al impacto tras el temple y revenido, y mínima deformación durante el tratamiento térmico. Estas características se utilizan para fabricar matrices, herramientas y calibres de trabajo en frío de gran sección y formas complejas que requieren alta precisión y larga vida útil.

The designation in the U.S. ASTM A681 system is D2. The grade is also AISI D2 tool steel in the AISI system. Similar designations in other national standards include ISO 160CrMoV12, Japan/JIS SKD11, USA/UNS T30402, Germany/DIN X155CrMo12-1, Germany/W-Nr. 1.2379, Czech Republic (CSN) 19221, and China/GB Cr12Mo1V1 o Cr12MoV.

1. Aplicaciones

• Matrices y punzones de corte
• Matrices y punzones de conformación
• Troqueles de dibujo
• Matrices de laminación
• Cuchillas de corte y cuchillas cortadoras
• Matrices y punzones de extrusión en frío
• Rollos
• Calibradores y herramientas de bruñido
• Moldes de plástico
• Recorte en caliente de piezas forjadas
• Componentes estructurales

2. Composición del acero D2¹

C	Cr	Mo	V	Mn	Si	PAG	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%

Composición de las calificaciones equivalentes

	C	Si	Mn	Cr	Mo	V	PAG	S
Alemania/N.° oeste 1.2379	1,45 – 1,60%	0,10 – 0,60%	0,20 – 0,60%	11.00 – 13.00%	0,70 – 1,00%	0,70 – 1,00%	≤0.030%	≤0.030%
Japón/JIS SKD11	1.40 – 1.60%	≤0.40%	≤0.60%	11.00 – 13.00%	0,80 – 1,20%	0,20 – 0,50%	≤0.030%	≤0.030%
China/GB Cr12Mo1V1	1.40 – 1.60%	≤0.60%	≤0.60%	11.00 – 13.00%	0,70 – 1,20%	0,50 – 1,10%	≤0.030%	≤0.030%

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.

Temperaturas críticas y de austenización del acero para herramientas D2

C.A1	C.A3	Arkansas1	Arkansas3	Temperatura de austenización
788℃	845℃	769℃	744℃	1010−1024℃

3.1 Preparación y precalentamiento del material

Before heat treatment, the material should be thoroughly degreased and preferably wrapped in stainless steel foil to protect its surface. Because of the high chromium content and low thermal conductivity of this steel, it should be slowly and evenly preheated to the target temperature to minimize the risk of cracking during heating. The target temperature is 1200°F (650°C), and the heating time is 10 to 15 minutes.

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 Austenitizing (Hardening)

This is the second step in heat treatment, during which the material’s structure changes from ferrite-pearlite to austenite, and various complex alloy carbides are dissolved. The heating temperature for this step is 1850°F (1010°C), with a soak time of 1 hour per 1 inch (25 mm) of cross-section. This soak time ensures that the austenitization process occurs uniformly. However, it is important to note that an excessively long soak time, even just a few minutes, may have a negative impact on the steel.

3.3 Quenching

D2 tool steel is an air-hardening steel that has the advantage of minimizing deformation and dimensional changes during the formation of martensite. The process involves the following steps: After soaking, the material is rapidly cooled to approximately 150°F (65°C). During this process, when the temperature reaches 1050°F (565°C) and before the material transforms into a hardened structure at 400°F (205°C), the workpiece can be removed from the foil packaging and placed on a cooling rack. Caution must be exercised to avoid putting the material directly on a cold table surface, as this can cause localized temperature fluctuations and result in deformation. From a microstructural perspective, this process transforms the steel’s internal structure into finer-grained martensite, imparting excellent wear resistance to 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 Tempering

Tempering improves the toughness of steel, reduces internal stress, and makes D2 tool steel secondary hardening. Tempering must be performed immediately when the material temperature drops to 125°F to 150°F (52°C to 65°C).

If D2 is only tempered once, the tempering temperature is 400°F (205°C) to achieve a Rockwell hardness of 61-62HRC.

We recommend using a secondary tempering process for D2, which can improve its wear resistance by 20-30%.

In the secondary tempering process, the first tempering temperature is 960°F (515°C) for 2 hours per inch (25 mm) of cross-section. Before the second tempering, i.e., during the interval between the first and second tempering, the material must be allowed to cool to room temperature before the second tempering. This period may last several hours. It may also take several days, but the key point is that the second tempering must NOT begin at 150°F (65°C), which is a completely different temperature from the single tempering mentioned earlier. The second tempering temperature is 900°F (480°C) for 2 hours per inch of cross-section. The second tempering achieves a Rockwell hardness of 58 HRC.

While D2 has weak secondary hardness, tempering at higher temperatures (e.g., ~550°C/1020°F) can be used to achieve a hardness of 60 HRC, thereby improving stability during nitriding or other surface hardening methods. However, this can lead to increased retained austenite and grain growth, potentially decreasing toughness and causing microstructural instabilities.

Tabla de dureza y temperatura de revenido para acero D2

Temperatura de revenido	Rockwell C
Como se apagó	64
300 °F/150 °C	62
400 °F/205 °C	61
500 °F/260 °C	60
600 °F/315 °C	59
700 °F/370 °C	58
800 °F/425 °C	58
900 °F/480 °C	58
1000 °F/540 °C	55

3.5 Tratamiento criogénico/subcero (opcional)²

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.

The process involves the following steps: After stress relief treatment (approximately 150°C), the material is cooled to an extremely low temperature (approximately -300°F/-184°C), approaching or below the final Mf temperature. Subsequent tempering is still required to prevent brittleness caused by the newly formed fresh martensite.

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.

3.6 Potential Issues

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.

3.7 Forja

D2 tool steel should be preheated slowly and uniformly to 900 °C (1650 °F) before heating to forging temperatures. D2 has low thermal conductivity, so it must be heated slowly. Heating too quickly can cause the material to crack.

After preheating, the initial forging temperature for D2 steel is 980–1095 °C (1800–2000 °F). For large sections or heavy reductions, the higher end of this range should be used, while for smaller sections or lighter reductions, the lower end is more appropriate.

It is important to note that the temperature during the forging of D2 steel must not fall below 900°C (1650°F). If the temperature drops below this level, the steel must be reheated before forging.

D2 tool steel may partially melt at approximately 1150°C (2100°F), so the forging temperature must be strictly controlled.

4. Propiedades del acero D2

4.1 Propiedades mecánicas básicas

Módulo de elasticidad	0.2% Fuerza de fluencia compensada	límite elástico	Universidad de Texas
203 GPa	411 MPa	350 MPa	758 MPa

Presenta una alta resistencia a la compresión, especialmente al revenido a bajas temperaturas. Esta resistencia está directamente relacionada con el nivel de dureza; a medida que aumenta la temperatura de revenido, tanto la dureza como la resistencia a la compresión tienden a disminuir.

4.2 Datos de pruebas de tracción³

Módulo de tenacidad	Resistencia a la fractura	Desplazamiento en la fractura	Longitud del calibre	Deformación por fractura	Reducción de área
81 MPa	723 MPa	0,61 milímetros	30 milímetros	1.97%	1.30%

4.3 Ductilidad y tenacidad

• La tenacidad del material D2 es moderada, lo que es superior a grados como Acero para herramientas D3En comparación con otros aceros de la serie D con mayor contenido de carbono, el acero D2 tiene un buen equilibrio entre resistencia al desgaste y tenacidad.
• Las pruebas de tracción suelen mostrar un modo de fractura dúctil, caracterizado por estructuras con forma de hoyuelos. Sin embargo, este material podría presentar una superficie de fractura plana con mínima estrangulación y baja reducción de área (p. ej., alrededor de 1,31 TP3T en algunas pruebas).
• El módulo de tenacidad se ha medido en 81 MPa, con una deformación por fractura de 1,97%.
• El acero D2 presenta resistencia y ductilidad anisotrópicas, lo cual se atribuye al alargamiento de los carburos de aleación primaria durante el trabajo en caliente. La resistencia y ductilidad máximas del acero D2 se alcanzan típicamente a lo largo de la dirección de laminación.

4.4 Estabilidad dimensional

• Presenta una distorsión mínima en comparación con muchos otros aceros para herramientas. Al templarlo al aire desde la temperatura de endurecimiento correcta, la expansión o contracción es de aproximadamente 0,0005 pulgadas por pulgada (o mm/mm).
• Factores como la geometría de la pieza y las distorsiones existentes pueden influir en el movimiento total.
• Tras el rectificado, la soldadura, la electroerosión y otros procesos, se recomienda encarecidamente el revenido de alivio de tensiones. La temperatura de revenido suele ser entre 14 y 28 °C (25 y 50 °F) inferior a la temperatura de revenido final.

4.5 Resistencia al desgaste

Presenta una excelente resistencia a la abrasión, lo que a menudo sirve como referencia para otros aceros para herramientas. Esta alta resistencia al desgaste se atribuye directamente al considerable volumen de carburos duros ricos en cromo en su microestructura. Esto convierte al D2 en un material predilecto para herramientas sometidas a condiciones abrasivas y largas producciones. Su resistencia al desgaste se ha observado en aproximadamente 30-40%, una mejora con respecto al acero para herramientas A2.

4.6 Consideraciones de procesamiento para acero D2

Su maquinabilidad es relativamente baja. Si el acero con un contenido de carbono de 1% se clasifica como 100, el acero D2 se clasifica como 45 en cuanto a maquinabilidad en estado recocido. Puede ser difícil de trabajar y rectificar, y su soldabilidad con métodos tradicionales es muy baja.

5. Ventajas y desventajas del acero D2

5.1 Ventajas

• Alta resistencia al desgaste: El mayor contenido de carbono y cromo del acero D2 da lugar a la formación de una gran cantidad de carburos ricos en cromo en su microestructura, lo que le confiere una excelente resistencia al desgaste. Su resistencia al desgaste es entre 30% y 40% superior a la del acero A2.
• Características de endurecimiento al aire: El acero D2 es un acero de endurecimiento al aire que permite una deformación y un desplazamiento mínimos durante el proceso de endurecimiento, lo que lo hace adecuado para aplicaciones con requisitos de alta tolerancia dimensional.
• Estabilidad dimensional: El D2 presenta una buena estabilidad dimensional al tratamiento térmico, con mínima distorsión. Al templarlo al aire desde la temperatura de endurecimiento adecuada, se espera que se expanda o contraiga aproximadamente 0,0005 pulg./pulg. (0,0005 mm/mm).
• Buena tenacidad (moderada/regular): Aunque a menudo se lo considera algo frágil en comparación con otros aceros, el D2 posee una tenacidad moderada o justa para su clase. 
• Alta resistencia y dureza: El D2 es un acero para herramientas de alta resistencia y dureza, con un rango de dureza de 60-62 HRC. Es resistente al ablandamiento.
• Costo-efectividad: El contenido de molibdeno y vanadio del acero D2 no es particularmente alto, por lo que tiene ventajas de costo para los usuarios.
• Resistencia a la corrosión y buena resistencia a las manchas: It has good corrosion resistance, and its high chromium content makes D2 steel appreciable for its resistance to staining after tools are hardened and polished.
• Endurecimiento profundo: El D2 es un acero de temple profundo. Puede templarse completamente en un bloque grande (p. ej., 75 mm × 150 mm × 250 mm o 3 pulg. × 6 pulg. × 10 pulg.) mediante enfriamiento por aire después de la austenización.
• Endurecimiento secundario: El molibdeno y el vanadio presentes en el acero D2 permiten un endurecimiento secundario tras el revenido.

5.2 Desventajas

• Baja maquinabilidad: El acero D2 es muy duro y difícil de mecanizar.
• Fragilidad: El D2 se considera algo frágil y tiene baja tenacidad.
• Dificultad de soldadura: El acero para herramientas D2 es conocido por ser difícil de soldar (no soldable). Es particularmente difícil lograr una unión soldada de alta calidad mediante métodos de soldadura convencionales debido a su alto contenido de carbono y a la considerable cantidad de carburos.
• Austenita retenida: Tras el endurecimiento, el D2 puede retener una cantidad significativa de austenita (hasta 20%) que no se transforma en martensita. Esto puede provocar inestabilidad dimensional con el tiempo, ya que la austenita retenida puede transformarse espontáneamente en martensita sin revenir a temperatura ambiente, lo que provoca un cambio en el tamaño físico del componente. 
• Mejora limitada de la tenacidad mediante reducción de la dureza: La tenacidad del acero D2 solo se puede mejorar hasta cierto punto y es difícil controlar su dureza a temperaturas de revenido extremadamente altas.
• Resistencia a la corrosión del acero inoxidable: Su alto contenido de cromo no es suficiente para proporcionar el nivel de resistencia a la corrosión característico del acero inoxidable, ya que gran parte del cromo está incorporado en carburos de aleación.

6. Soldadura de acero D2

El acero D2 contiene una gran cantidad de carburos, lo que dificulta su soldadura. Si es necesario soldar acero D2, se recomienda encarecidamente precalentarlo; de lo contrario, podría agrietarse o reducirse su vida útil.

6.1 Preparación y precalentamiento

Antes de soldar, retire todas las virutas sueltas y elimine las grietas, preferiblemente creando un canal en forma de “U” en lugar de uno en forma de “V”, ya que los ángulos agudos pueden provocar grietas.

La temperatura de precalentamiento se puede ajustar entre 140 °C y 450 °C, según la herramienta específica. Para reparaciones complejas, se recomienda una temperatura de precalentamiento de al menos 300 °C a 400 °C. La temperatura de precalentamiento debe alcanzarse de forma gradual y uniforme. Es fundamental garantizar que la temperatura durante el proceso de soldadura no se desvíe de la temperatura de precalentamiento en más de 100 °C.

6.2 Materiales de relleno

• For general joining of broken pieces, or as a buffer layer for large repairs, 312 stainless steel filler wire (0.1% C, 1.6% Mn, 30% Cr, 9% Ni, 26 HRC, 25% elongation) is an excellent choice.
• When hardness is not the primary concern but chemical composition is, we suggest 410 stainless steel filler wire (0.1% C, 14.5% Cr, 40 HRC).
• For highly polished or photo-etched D2 tools, a modified 420 stainless steel tool steel filler wire (modified 13% chrome, 52-56 HRC) is recommended. 

6.3 Tratamiento post-soldadura

Once the D2 material is welded, it should be slow-cooled, for example, by burying it in vermiculite or dry sand. For hardened D2 parts that have been welded, stress relief and tempering treatment are required. The stress relief temperature is 400°F (205°C), followed by tempering at a temperature 25°F (14°C) lower than the original tempering temperature.

7. Maquinabilidad del acero D2

Como se ha mencionado varias veces, el D2 es un acero con alto contenido de carbono y cromo, considerado difícil de mecanizar y rectificar. Su maquinabilidad se describe como "particularmente deficiente" o "baja a muy baja". En comparación con un acero al carbono 1% con una clasificación de 100, el D2 tiene una maquinabilidad de 45. A modo de comparación, el acero para herramientas O1 ofrece una excelente maquinabilidad, mientras que el D2 presenta una mayor resistencia al desgaste.

Los métodos tradicionales de mecanizado incluyen fresado, taladrado y torneado. Tras el mecanizado, la superficie D2 puede presentar cambios como rugosidad (R), deformación plástica (PD), microfisuras (MCK), martensita sin templar (UTM) y martensita sobretemplada (OTM).

8. ¿Cómo fabricamos el acero para herramientas D2?

Suministramos principalmente acero forjado para herramientas D2. Adquirimos lingotes de acero D2 de una fundición de horno de arco eléctrico (EAF), con la opción de incluir... Refusión por electroescoria (ESR) Tratamiento a petición del cliente. Tras verificar la composición y la microestructura de las palanquillas y lingotes, procedemos al forjado. Tras el forjado en barras redondas o planas, el material se somete a un tratamiento térmico. Finalmente, según las necesidades del cliente, se realiza el tratamiento superficial, que incluye la eliminación de cascarilla o el acabado.

9. Comparación del D2 con otros aceros

• Acero D2 vs. 440CEl acero D2 tiene una resistencia a la corrosión significativamente menor que el acero 440C. En aplicaciones donde se utiliza acero D2, la resistencia a la corrosión no es la consideración principal; en cambio, la resistencia al desgaste y la estabilidad dimensional son las prioridades principales. El acero 440C es ideal cuando se requiere un equilibrio entre alta dureza, resistencia al desgaste y buena resistencia a la corrosión, lo que lo hace adecuado para herramientas de corte, instrumental quirúrgico y rodamientos en entornos corrosivos.
• Acero D2 vs. 4140El acero D2 presenta una excelente resistencia al desgaste y estabilidad dimensional, lo que lo convierte en una opción ideal para el acero de matriz trabajado en frío; sin embargo, presenta baja tenacidad y maquinabilidad. El acero 4140, por otro lado, es un acero de ingeniería más versátil que ofrece un sólido equilibrio entre resistencia y tenacidad, ideal para una gama más amplia de componentes de maquinaria, en particular aquellos que requieren buena resistencia al impacto y facilidad de procesamiento. Sus propiedades se pueden personalizar aún más mediante diversos tratamientos térmicos y modificaciones superficiales, como la nitruración.
• Acero para herramientas D2 frente a D3Ambos son importantes representantes de la serie D de aceros. En cuanto a su composición, el acero D2 contiene elementos Mo y V, lo que lo hace más caro que el acero D3; sin embargo, su rendimiento también es más fiable.

10. Formas y dimensiones de suministro

El acero para herramientas D2 que suministramos está disponible en diversas formas, incluyendo barras redondas, chapas, losas, barras planas, barras cuadradas y bloques. Las dimensiones de las barras planas varían de: ancho 20–600 mm × espesor 20–400 mm × longitud 1000–5500 mm. Las dimensiones de las barras redondas varían de 20–400 mm de diámetro × longitud 1000–5500 mm. Las dimensiones de los bloques se obtienen cortando la barra plana.

Para tamaños más pequeños, como barras redondas con un diámetro inferior a 70 mm, utilizamos el proceso de laminado en caliente. Para tamaños superiores a 70 mm, ofrecemos productos forjados.

También ofrecemos el proceso ESR (Refusión por Electroescoria), diseñado a medida para satisfacer las necesidades del cliente. La ventaja es una mejor microestructura interna, pero su coste es mayor. Contáctenos para conocer sus requisitos específicos.

Pruebas UT: septiembre de 1921-84 D/d, E/e. 

Tratamiento de superficie: acabados superficiales originales negros, pelados, mecanizados/torneados, pulidos, rectificados o fresados.

Estado del inventario: No mantenemos existencias de acero D2. Organizamos la producción según los pedidos de los clientes.

Plazo de entrega: Los materiales para hornos de arco eléctrico (EAF) tardan entre 30 y 45 días. Los materiales ESR tardan aproximadamente 60 días.

1. Roberts, G., Krauss, G., y Kennedy, R. (1998). Aceros para herramientas: 5.ª edición (pág. 203). ASM Internacional. ↩︎
2. Reardon, AC (Ed.). (2011). Metalurgia para el no metalúrgico (2ª ed., pág. 231). ASM Internacional. ↩︎
3. Di Schino, A. y Sugimoto, K. (Eds.). (2017). Propiedades mecánicas y microestructura del acero forjado (pág. 151). MDPI. ↩︎

Preguntas frecuentes