Cómo tratar térmicamente correctamente el acero D2

Acero para herramientas D2 Es un acero de alto carbono y cromo endurecido al aire que se caracteriza por su excepcional resistencia al desgaste, excelente estabilidad dimensional durante el temple y alta resistencia al ablandamiento.

A pesar de su difícil maquinabilidad y soldabilidad debido a su alto contenido de aleación, este grado de acero sigue siendo ampliamente utilizado en moldes de larga duración, matrices de punzonado y matrices de conformado en frío. El tratamiento térmico es fundamental para el acero D2, ya que transforma su microestructura para lograr la alta dureza, resistencia al desgaste y tenacidad requeridas. Asimismo, la resolución de problemas en el acero para herramientas D2 también es importante. Si el tratamiento térmico se realiza incorrectamente, el acero D2 no alcanzará la dureza ni la resistencia al desgaste necesarias, lo que lo hace inadecuado para aplicaciones exigentes. Por ejemplo, el acero D2 suele retener una cantidad significativa de austenita después del temple inicial, lo que puede provocar fragilidad e inestabilidad dimensional. Por lo tanto, el revenido doble o triple es esencial para convertir esta austenita retenida en una estructura martensítica estable y más rígida, y para aliviar las tensiones internas, prolongando así la vida útil de la herramienta y garantizando un rendimiento óptimo. Los ciclos de precalentamiento también son cruciales para prevenir el choque térmico y minimizar la distorsión.

Este artículo ofrece una receta completa para el tratamiento térmico exitoso del acero para herramientas D2, incluyendo las mejores prácticas para cada paso, medidas de control de calidad y técnicas eficaces de resolución de problemas comunes como distorsión, agrietamiento y problemas de dureza o microestructura. Al comprender y seguir estas pautas, puede prolongar significativamente la vida útil de la herramienta y optimizar su rendimiento.

El tratamiento térmico del acero D2 generalmente implica tres pasos básicos: calentamiento (austenización), enfriamiento rápido (temple) y recalentamiento a una temperatura más baja (revenido). En cada etapa, el control preciso del tiempo y la temperatura es crucial para lograr el resultado deseado. Propiedades del acero D2 y microestructura.

Pasos específicos del tratamiento térmico para el acero para herramientas D2

1. Preparación y Precalentamiento

El acero D2 debe desengrasarse antes del tratamiento térmico para evitar la decoloración causada por aceites en la superficie del acero.¹ Colocar el acero D2 en atmósfera neutra controlada, vacío o en un horno de sales neutras y envolverlo en una lámina de acero inoxidable puede prevenir la descarburación durante el tratamiento térmico. Esta preparación es especialmente importante para piezas pequeñas de acero D2.

Tras aplicar la protección superficial, se debe realizar un precalentamiento (sin templar) en el acero D2 antes del tratamiento térmico formal, especialmente cuando se ha eliminado un gran volumen de material (más del 30-501 TP3T del bloque inicial). El objetivo del precalentamiento es reducir el riesgo de deformación y agrietamiento durante el tratamiento térmico posterior.

Los pasos para el precalentamiento son los siguientes: Calentar lenta y uniformemente el acero D2 a 1200–1250 °F (649–677 °C). Mantener a esta temperatura de 1 a 2 horas por cada 25,4 mm de espesor. A continuación, enfriar lentamente a temperatura ambiente en el horno.

Es mejor comenzar a calentar el acero D2 desde un horno frío, ya que esto permite un proceso de calentamiento más lento y uniforme. Si el horno ya se ha calentado a la temperatura de precalentamiento, recomendamos colocar el material D2 sobre él para precalentarlo, eliminando así la contracción en frío y reduciendo el choque térmico, lo que minimiza el agrietamiento.

2. Austenización (endurecimiento)

Este es el segundo paso del tratamiento térmico. La austenización transforma la estructura ferrita-perlita en austenita y disuelve gran parte de los carburos. El acero D2 depende de la disolución de diversos carburos de aleación compleja durante la austenización para desarrollar sus propiedades.

El rango de temperatura para este paso es de 980 a 1025 °C (1796 a 1877 °F), y el tiempo de remojo suele ser de 45 a 60 minutos por pulgada (1,8 a 2,4 minutos/mm) de espesor. Para artículos de menos de 25,4 mm (1 pulgada) de espesor, se recomienda un tiempo mínimo de remojo de 45 a 60 minutos. Un remojo excesivo o un calentamiento excesivo pueden destruir la estructura molecular y causar fragilidad, mientras que un remojo insuficiente produce una dureza insuficiente.

3. Enfriamiento

Tras el remojo, el acero se enfría rápidamente a una temperatura inferior a la de transformación, lo que da lugar a una estructura martensítica dura. El temple es el tercer paso.

El acero D2 es un acero para herramientas de temple al aire, y el temple al aire es el método preferido para este tipo de acero. El temple al aire puede reducir significativamente la deformación y los cambios dimensionales. Sin embargo, para secciones transversales muy grandes, el enfriamiento al aire por sí solo puede no lograr la dureza completa; en tales casos, se puede considerar el temple en aceite o baños de sales agitados para asegurar una transformación adecuada.

Si se selecciona refrigeración por aire, retire la pieza D2 del horno y deje que se enfríe de forma natural hasta aproximadamente 66 °C (150 °F). Es fundamental mantener la pieza sellada en su sobre de aluminio hasta que desaparezca toda la llama roja visible para evitar el contacto con la atmósfera.

Si es necesario alisar, deberá realizarse a una temperatura superior a 400°F (205°C).

4. Tratamiento criogénico (opcional pero recomendado)

El revenido es un paso crítico del tratamiento térmico después del temple, cuyo objetivo es reducir la fragilidad, transformar la austenita retenida y formar carburos en la martensita, optimizando así las propiedades del acero D2.

Las temperaturas típicas de revenido para D2 rondan los 515 °C (960 °F) para el primer revenido y los 480 °C (900 °F) para el segundo. Si se utilizan varios revenidos, cada uno posterior debe realizarse a una temperatura ligeramente inferior (p. ej., 14 °C o 25 °F inferior) a la anterior para conservar la dureza original. Cada ciclo de revenido requiere un tiempo de remojo de 2 horas por cada 25 mm de sección transversal. Es fundamental no Para templar las piezas por debajo de su valor nominal. Deje siempre que la pieza se enfríe a temperatura ambiente entre ciclos de revenido para minimizar la austenita retenida.

5. Templado

El revenido (o estirado) es un tratamiento térmico aplicado a los aceros endurecidos para mejorar la tenacidad y la ductilidad, aliviar las tensiones internas y lograr las propiedades mecánicas deseadas. Transforma la martensita recién templada en martensita revenida. La martensita recién templada es muy dura, pero también frágil, y sin revenido, es muy susceptible al agrietamiento. El revenido también refina la estructura del grano.

El revenido debe realizarse inmediatamente después del temple, tan pronto como las piezas alcancen una temperatura de 52-65 °C (125-150 °F).

Recomendamos un revenido doble para D2, o incluso un revenido triple, para mejorar la resistencia al desgaste y la liberación de tensiones. La temperatura del primer revenido es de 515 °C (960 °F), con un tiempo de remojo de 2 horas por pulgada (25 mm) de sección transversal. El segundo revenido debe esperar hasta que la temperatura baje a temperatura ambiente después del primero. El revenido secundario se realiza a 480 °C (900 °F), con un tiempo de remojo de 2 horas por pulgada (25 mm) de sección transversal.

Aunque un solo revenido a 400 °F (205 °C) puede alcanzar 62 HRC, recomendamos un revenido doble a 900 °F para mejorar la resistencia al desgaste y eliminar la tensión.

Para el acero D2 endurecido, tras un proceso de rectificado, soldadura o electroerosión (EDM) considerable, también recomendamos un revenido para aliviar tensiones. Este se realiza a una temperatura de 14-28 °C (25-50 °F) inferior a la temperatura de revenido anterior. ²

Solución de problemas comunes del tratamiento térmico D2

1. Baja dureza o resistencia

Esto puede deberse a una temperatura de austenización insuficiente o a un tiempo de mantenimiento inadecuado (“subcalentamiento”), lo que da como resultado una transformación martensítica incompleta.

Se recomienda ajustar la temperatura de austenización y garantizar un tiempo de mantenimiento suficiente, o implementar múltiples ciclos de revenido y considerar un tratamiento criogénico para abordar los problemas de austenita residual.

2. Distorsión y deformación

Las tensiones residuales generadas durante las operaciones de mecanizado o forjado en acero D2 son la causa principal. Sin embargo, también es posible que la uniformidad insuficiente del calentamiento de la pieza D2 durante el tratamiento térmico contribuyera al problema.

La solución consiste en aplicar un tratamiento de alivio de tensiones después del mecanizado de desbaste y antes del temple, además de garantizar un calentamiento uniforme de los componentes D2 durante el tratamiento térmico. Este calentamiento uniforme se puede evaluar observando si el color de la pared del horno coincide con el de la pieza. Cuando la pared del horno y la pieza presentan un color uniforme, indica que el componente D2 se ha calentado uniformemente.

3. Agrietamiento por enfriamiento

Un enfriamiento excesivamente rápido o irregular puede causar grietas, por lo que es necesario controlar la velocidad de enfriamiento. El alivio de tensiones antes del temple al aire también puede reducir el riesgo de grietas.

4. Sobrecalentamiento y quemaduras

Una temperatura de austenización excesiva o un remojo prolongado más allá de los tiempos recomendados pueden provocar el sobrecalentamiento e incluso la quema del acero. Esto destruye o quema la estructura molecular, causando fragilidad y engrosamiento del grano.

Cumpla estrictamente la temperatura de austenización y el tiempo de mantenimiento recomendados.

5. Descarburación y oxidación

Calentar aceros a altas temperaturas, sin un control adecuado de la atmósfera, puede provocar oxidación (incrustaciones) y descarburación (pérdida de carbono de la superficie). La descarburación reduce la dureza superficial y la resistencia al desgaste.

El uso de hornos de baño de sal o de atmósfera controlada puede prevenir o minimizar estos problemas. Como alternativa, envolver las piezas D2 con lámina de acero inoxidable puede reducir la probabilidad de descarburación.

6. Austenita retenida excesiva

Las altas temperaturas de austenización, las rápidas velocidades de enfriamiento y los elementos de aleación específicos pueden generar cantidades significativas de austenita retenida tras el temple. Esto puede provocar inestabilidad dimensional, ya que la austenita retenida puede transformarse espontáneamente en martensita sin revenir durante el servicio.

Los tratamientos de revenido múltiples pueden transformar la austenita retenida y revener la martensita recién formada. El enfriamiento a temperatura ambiente entre ciclos de revenido también es crucial para minimizar la austenita retenida.

Resumen

En resumen, lo anterior es un esquema estándar de tratamiento térmico para el acero D2. Se deben considerar varios detalles en este proceso, incluyendo un calentamiento desigual, que puede provocar deformación o agrietamiento. El sobrecalentamiento o el exceso de remojo durante la austenización pueden provocar un crecimiento excesivo del grano, lo que vuelve al acero frágil. Para obtener los resultados del tratamiento térmico del acero D2, Dureza del acero D2 La medición por sí sola no es suficiente para confirmar la idoneidad del tratamiento térmico. Otros indicadores de rendimiento, como la resistencia, la tenacidad, la resistencia al desgaste y las características microestructurales, reflejan mejor la calidad.

1. ASM Internacional. (1991). Manual ASM, Volumen 4: Tratamiento térmico. ASM Internacional. ↩︎
2. Leed, RM (2007). Solucionador de problemas de fabricación de herramientas y matrices. Sociedad de Ingenieros de Manufactura (SME). ↩︎