Factores que afectan la dureza del acero para herramientas D2

Acero para herramientas D2 Es un acero con alto contenido de carbono y cromo, endurecible al aire. Su dureza se ve afectada por la composición química, los parámetros del tratamiento térmico y las interacciones microestructurales.

Aquí se detallan los factores que afectan la dureza del acero para herramientas D2.

Elementos de aleación en la composición

La composición del acero D2 es¹

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

1. Carbono (C). El contenido de carbono es el elemento principal que afecta la dureza máxima de la martensita. Cuando el contenido de carbono del acero D2 es de aproximadamente 1,51 TP3T, alcanza una alta dureza. 
2. Cromo (Cr). El cromo mejora significativamente la resistencia al desgaste del acero D2 mediante la formación de una gran cantidad de carburos de aleación M7C3 de alta dureza. El alto contenido de cromo también confiere al acero D2 resistencia a las manchas.
3. Molibdeno (Mo) y Vanadio (V). Estos elementos son de aleación dura que mejoran la resistencia al desgaste y permiten que el acero D2 experimente un temple secundario durante el proceso de revenido. Además, confieren al acero D2 una alta templabilidad, lo que permite el temple al aire, lo que ofrece al acero D2 una excelente estabilidad dimensional. El vanadio puede formar carburos de tipo MC extremadamente duros, como el VC, con una dureza de hasta 2520 HK.
4. Manganeso (Mn) y silicio (Si). Aunque estos elementos no tienen un efecto tan significativo en la dureza máxima como el carbono o los elementos formadores de carburo, sí contribuyen a la templabilidad.

Parámetros del tratamiento térmico

Un tratamiento térmico adecuado del acero para herramientas D2 también influye decisivamente en su dureza. Ajusta la dureza del acero para herramientas D2 modificando su microestructura. Para obtener información detallada sobre este tema, consulte ‘Cómo tratar térmicamente correctamente el acero D2.‘

Temperatura y tiempo de austenitización

Calentar el acero D2 a la temperatura de austenización de 980-1010 °C / 1800-1850 °F disuelve una gran cantidad de carburos, enriqueciendo el austenita Con elementos de aleación como carbono, cromo y molibdeno. Esta austenita enriquecida es crucial para lograr una alta dureza martensítica tras el temple. El rango de temperatura óptimo para alcanzar la máxima dureza es específico para cada acero tipo D.

Las temperaturas de austenización más altas resultan en una mayor disolución del carburo de aleación y un mayor enriquecimiento de la austenita con carbono y elementos formadores de carburo. Esto puede aumentar la cantidad de austenita retenida en la microestructura después del temple. La austenita retenida es una fase más blanda, y cantidades excesivas pueden resultar en una menor dureza después del temple e inestabilidad dimensional con el tiempo. Sin embargo, puede ser beneficioso para la tenacidad si se controla adecuadamente.

Medio de enfriamiento y velocidad de enfriamiento

El temple puede transformar la austenita del acero D2 en martensita, una matriz dura. El acero D2 es un acero de temple al aire que puede templarse tras enfriarse a 65 °C (150 °F). Las piezas más grandes de acero D2 pueden enfriarse uniformemente con un ventilador.

Temperatura y tiempo de revenido

El revenido es un tratamiento térmico posterior al endurecimiento crucial que ajusta la dureza, alivia las tensiones internas y aumenta significativamente la tenacidad del acero para herramientas D2. 

El acero D2 puede alcanzar una dureza de aproximadamente 62 HRC con un revenido simple a 205 °C (400 °F). Sin embargo, el uso de una temperatura más alta para el revenido doble, como 515 °C/960 °F para el primer revenido y 480 °C/900 °F para el segundo, generalmente resulta en una dureza menor de 58 HRC. No obstante, este proceso mejora la estructura del grano, prolonga la resistencia al desgaste y aumenta la vida útil.

Relación entre la temperatura de revenido y la dureza del acero D2²

Temperatura de revenido	Rockwell C
Como se apagó	64
300 °F / 150 °C	61
400 °F / 205 °C	60
500 °F / 260 °C	58
600 °F / 150 °C	58
700 °F / 370 °C	58
800 °F / 425 °C	57
900 °F / 480 °C	58
960 °F / 515 °C	58/60
1000 °F / 540 °C	56
1100 °F / 595 °C	48

Características y procesamiento de la pieza de acero D2

Además de las propiedades inherentes y el tratamiento térmico del material D2, su estado inicial, dimensiones, forma geométrica y tratamiento de superficie también afectan la dureza.

1. El D2 normalmente se mecaniza en estado recocido (aproximadamente 220 HB de dureza máxima recocida) para facilitar el procesamiento antes del endurecimiento final.
2. Las dimensiones y la estructura de las piezas D2 afectan la velocidad de enfriamiento durante el temple, lo que a su vez afecta la uniformidad de la dureza.
3. Procesos de fabricación como el rectificado o la electroerosión (EDM) pueden introducir defectos superficiales o alterar su dureza. La reaustenización y el temple pueden ocurrir en la superficie de las herramientas rectificadas, lo que resulta en una alta dureza y fragilidad. 
4. La nitruración puede aumentar significativamente la dureza superficial del acero D2 (p. ej., 750-1200 HV) sin añadir una capa gruesa. Este tratamiento es especialmente beneficioso para la resistencia al desgaste y se aplica a temperaturas que requieren una buena resistencia al revenido.

Resumen

La alta dureza del acero para herramientas D2 se debe a la martensita de alta dureza formada por su alto contenido de carbono. El control preciso de la temperatura de austenización del acero D2, junto con múltiples procesos de revenido, permite ajustar su dureza, resistencia al desgaste y tenacidad.

1. Roberts, G., Krauss, G., y Kennedy, R. (1998). Aceros para herramientas: 5.ª edición (pág. 203). ASM Internacional. ↩︎
2. Bryson, WE (2010). Tratamiento térmico, selección y aplicación de aceros para herramientas (2ª ed., pág. 1149). Publicaciones Hanser. ↩︎