Acero para herramientas D3 | 1.2080 | skd1

3. Tratamiento térmico

El completo acero para herramientas D3 tratamiento térmico El protocolo consta de cuatro etapas principales: precalentamiento, austenización (endurecimiento), temple y revenido. Cada paso desempeña un papel fundamental para lograr la estructura metalúrgica y las propiedades mecánicas deseadas.

3.1 Precalentamiento: el primer paso esencial en el tratamiento térmico del acero para herramientas D3

El precalentamiento es una etapa preparatoria crucial en el ciclo de tratamiento térmico del acero para herramientas D3, especialmente para aceros tipo D como el D3, que tienen una conductividad térmica relativamente baja.

• Propósito: Su función principal es minimizar el choque térmico cuando la herramienta se somete a altas temperaturas de austenización, reduciendo así el riesgo de distorsión o agrietamiento. El precalentamiento también ayuda a aliviar algunas tensiones residuales de operaciones de mecanizado previas.

• Recomendación para acero D3: Recomendamos precalentar el acero para herramientas D3 a una temperatura de 650-705 °C (1200-1300 °F). Una práctica común es mantenerlo a 650 °C (1200 °F) durante aproximadamente 10 a 15 minutos, o hasta que la pieza se caliente uniformemente.

• Velocidad de calentamiento: Generalmente es preferible una velocidad de calentamiento lenta y controlada. Un calentamiento rápido puede generar diferencias de temperatura significativas entre la superficie y el núcleo de la herramienta, lo que podría provocar deformaciones o grietas.

3.2 Austenización (endurecimiento): transformación del acero

Austenitización Es la fase de endurecimiento del núcleo del tratamiento térmico del acero para herramientas D3. Durante esta etapa, la microestructura recocida (principalmente ferrita y carburos) se transforma en austenita, y los carburos de aleación críticos se disuelven para desarrollar la dureza y las características de desgaste del acero.

• Proceso: Para el acero D3, que tiene una alta concentración de carburos de cromo, la austenitización se lleva a cabo en el campo de dos fases austenita-carburo.

• Temperatura del acero D3: El acero para herramientas D3 se austeniza típicamente a una temperatura ligeramente inferior a la del acero D2, generalmente alrededor de 960 °C (1760 °F). En comparación, el acero D2 suele tratarse a 1020 °C (1870 °F).

• Tiempo de mantenimiento: El acero debe mantenerse a la temperatura de austenización el tiempo suficiente para que el núcleo alcance la temperatura objetivo y para que se produzca suficiente disolución del carburo, lo que garantiza un calentamiento uniforme en toda la sección transversal.

• Consideraciones críticas: Una austenización adecuada es vital para lograr una alta dureza en estado de temple. Debe evitarse el sobrecalentamiento, ya que las temperaturas excesivas pueden provocar un tamaño de grano grueso, el engrosamiento de los carburos y un aumento de la austenita retenida, todo lo cual afecta negativamente la tenacidad y la estabilidad dimensional. Es importante utilizar atmósferas neutras, láminas protectoras o baños de sales durante la austenización para prevenir la descarburación o la formación de incrustaciones en la superficie.

3.3 Temple: obtención de dureza

Después de la austenización, temple Es el proceso de enfriamiento controlado en el tratamiento térmico del acero para herramientas D3 diseñado para transformar la austenita en martensita dura.

• Medio de temple para acero D3: A diferencia de muchos otros aceros de tipo D que se templan al aire, el acero para herramientas D3 suele templarse en aceite. El temple en aceite proporciona una velocidad de enfriamiento más suave que el agua o la salmuera, lo que ayuda a minimizar la distorsión y el riesgo de agrietamiento. Sin embargo, el acero D3 sigue siendo más susceptible a la distorsión que los aceros de tipo D que se templan al aire.

• Procedimiento de enfriamiento: La pieza debe enfriarse hasta el rango de formación de martensita. Es fundamental enfriar el componente a una temperatura cercana a la ambiente, idealmente entre 66 y 93 °C (150 y 200 °F), antes de proceder al revenido.

• El tiempo es clave: No permita que la pieza de acero D3 templada se enfríe completamente a temperatura ambiente ni que repose durante un período prolongado (generalmente, se desaconseja más de 2 horas) antes del revenido. Retrasar el revenido puede hacer que el acero se vuelva extremadamente frágil y susceptible al agrietamiento y la inestabilidad.

3.4 Revenido: Propiedades de refinamiento y alivio de tensiones

Templado Es una etapa final indispensable en el proceso de tratamiento térmico del acero para herramientas D3. El acero D3 recién templado es extremadamente duro, pero también muy frágil y presenta altas tensiones internas.

• Propósito: El revenido alivia estas tensiones internas, aumenta significativamente la tenacidad y permite el ajuste fino de la dureza final.

• Revenidos Múltiples para Acero D3: Para aceros con alto contenido de carbono y cromo como el D3, se recomienda encarecidamente realizar múltiples ciclos de revenido (doble o incluso triple). Esta práctica ayuda a refinar la estructura del grano, mejora aún más la resistencia al desgaste y facilita la transformación de la austenita retenida.

• Temperaturas y dureza: Para lograr una dureza objetivo típica de aproximadamente 60 HRC, el D3 a menudo se templa a temperaturas más bajas, alrededor de 200 °C (390 °F).

• Rango de endurecimiento secundario: El revenido en el rango de endurecimiento secundario (normalmente 400-600 °C para aceros aleados) también puede ser beneficioso. Esto promueve la transformación de la austenita retenida y la precipitación de carburos finos de aleación, lo que puede mejorar la dureza en caliente y la resistencia al revenido, aunque la resistencia al revenido del acero D3 es más limitada en comparación con los aceros con mayor contenido de molibdeno (Mo) y vanadio (V).

• Tiempo de mantenimiento: La duración estándar del revenido es de 2 horas por cada 25 mm (pulgada) de espesor de la herramienta a la temperatura especificada. Las piezas deben enfriarse a temperatura ambiente entre cada ciclo de revenido. Un revenido eficaz es fundamental para la vida útil y el rendimiento de los componentes de acero para herramientas D3.

3.5 Consideraciones clave para el tratamiento térmico del acero para herramientas D3

• Austenita retenida: Debido a su alto contenido de carbono, el acero D3 puede presentar austenita retenida tras el temple. El método principal para transformarla son múltiples ciclos de revenido. Para aplicaciones que exigen la máxima estabilidad dimensional o la mínima austenita retenida, se pueden emplear tratamientos criogénicos o a temperaturas bajo cero tras el temple (y normalmente antes del revenido final). Estos tratamientos deben ir seguidos inmediatamente del revenido.

• Estabilidad dimensional: El acero para herramientas D3 es conocido por ofrecer una estabilidad dimensional relativamente buena para un acero con alto contenido de carbono, con un crecimiento esperado de aproximadamente ±0,0005 pulg./pulg. (o ±0,051 TP3T). Un precalentamiento adecuado, velocidades de calentamiento y enfriamiento controladas y un revenido múltiple exhaustivo son esenciales para minimizar los cambios dimensionales.

• Tenacidad: Es importante destacar que el acero D3 generalmente presenta menor tenacidad que el acero D2, principalmente debido a su mayor contenido de carbono. Los parámetros de tratamiento térmico del acero para herramientas D3 deben seleccionarse cuidadosamente para equilibrar la resistencia al desgaste con la tenacidad adecuada para la aplicación prevista.

• Tratamientos de superficie: Para mejorar la dureza de la superficie y la resistencia al desgaste, los componentes de acero para herramientas D3 pueden someterse a tratamientos de superficie como nitruración o procesamiento de difusión térmica (TD) después del tratamiento térmico primario.

3.6 Resumen de los parámetros del tratamiento térmico del acero para herramientas D3

Para una referencia rápida, aquí hay un resumen de los parámetros típicos para el tratamiento térmico del acero para herramientas D3: