A D2 szerszámacél egy magas szén- és krómtartalmú, levegőn edzhető hidegalakítható szerszámacél. Jellemzői közé tartozik a magas edzhetőség, a nagy keménység és kopásállóság, a jó magas hőmérsékletű oxidációs ellenállás, az ütésállóság edzés és megeresztés után, valamint a minimális alakváltozás hőkezelés során. Ezeket a tulajdonságokat nagy keresztmetszetű, összetett alakú hidegalakítható szerszámok, szerszámok és idomszerek gyártásához használják, amelyek nagy pontosságot és hosszú élettartamot igényelnek.

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 vagy Cr12MoV.

1. Alkalmazások

• Vakvágó szerszámok és lyukasztók
• Formázó szerszámok és lyukasztók
• Rajzszerszámok
• Lamináló szerszámok
• Nyírópengék és hasítókések
• Hideg sajtoló szerszámok és lyukasztók
• Tekercsek
• Mérőeszközök és polírozó szerszámok
• Műanyag formák
• Kovácsolt darabok meleg vágása
• Szerkezeti alkatrészek

2. D2 acélösszetétel¹

C	Kr	Mo	V.	Mn	Si	P	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%

Az egyenértékű osztályok összetétele

	C	Si	Mn	Kr	Mo	V.	P	S
Németország/Nyugat-Nr. 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%
Japán/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%
Kína/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. D2 acél hőkezelés

Ahogy William E. Bryson leírja könyvében Szerszámacélok hőkezelése, kiválasztása és alkalmazása, a hőkezelés A D2 szerszámacélt gyakran hasonlítják a főzéshez, ahol az idő és a hőmérséklet pontos szabályozása kritikus fontosságú az alulfőzés (ami keménységvesztést okoz) vagy a túlfőzés (ami lerombolja a molekuláris szerkezetet és ridegséget okoz) elkerülése érdekében. A következő lépések felvázolják a folyamatot.

D2 szerszámacél kritikus és ausztenizációs hőmérséklete

Ac1	Ac3	Ar1	Ar3	Ausztenizációs hőmérséklet
788 ℃	845 ℃	769 ℃	744 ℃	1010−1024 ℃

3.1 Anyagelőkészítés és előmelegítés

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.

A teljes előmelegítési folyamat célja, hogy a hő egyenletesen oszoljon el az anyagban, lehetővé téve a belső feszültségek feloldását, mielőtt az anyag túl lágyá válna és képlékenysége megnőne, ezáltal megakadályozva a deformációt.

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.

Megfelelő edzés után az anyag bizonyos arányban még tartalmaz „maradék ausztenitet”, az optimális martenzittartalom 95% és 96% között mozog.

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.

D2 acél keménységi és megeresztési hőmérsékleti táblázata

Edzési hőmérséklet	Rockwell C.
Ahogy eloltották	64
150°C	62
205°C	61
260°C	60
315°C	59
700°F/370°C	58
800°F/425°C	58
900°F/480°C	58
540°C	55

3.5 Kriogén/nulla alatti hőmérsékleten történő kezelés (opcionális)²

Ez az eljárás a maradék ausztenit kiküszöbölésére vagy csökkentésére, valamint az anyag méretstabilitásának javítására szolgál. Mivel a D2 szerszámacél jelentős mennyiségű ausztenitet (akár 20%-t) is képes megtartani a standard hőkezelés után, ez méretstabilitáshoz vezethet, mivel a visszatartott ausztenit szobahőmérsékleten idővel spontán átalakul nem megeresztett martenzitté.

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.

Ez a folyamat kompaktabb molekulaszerkezetet hoz létre az anyagon belül (csökkentve a súrlódást, a hőt és a kopást), csökkenti a maradék feszültséget, és növeli a szakítószilárdságot, a szívósságot és a méretstabilitást, jelentősen javítva az anyag teljesítményét.

3.6 Potential Issues

1. A maradék ausztenit méretbeli instabilitást okozhat az anyagokban, különösen magasabb ausztenitesítési hőmérsékleteken. Ennek a folyamatnak a kezelésére szabályozott edzést, pontos tartási időket, valamint kettős és háromszoros megeresztést alkalmaznak.
2. Az olyan tényezők, mint az egyenetlen melegítés és hűtés, a fázisátalakulás (különösen a martenzitképződés) és a hőkezelés során keletkező maradékfeszültség deformációt és repedést okozhatnak az anyagokban. Ezért fontos a lassú és egyenletes melegítés, a megfelelő edzőközeg és a feszültségmentesítő kezelés biztosítása.
3. A D2 acél dekarbonizációra hajlamos. A dekarbonizáció megelőzése érdekében a D2 anyagokat szabályozott semleges atmoszférában, vákuumban vagy semleges sókemencében történő melegítést javasoljuk.

3.7 Kovácsolás

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. D2 acél tulajdonságai

4.1 Alapvető mechanikai tulajdonságok

Rugalmassági modulus	0,2% eltolt folyáshatár	folyáshatár	UTS
203 GPa	411 MPa	350 MPa	758 MPa

Nagy nyomószilárdságot mutat, különösen alacsonyabb hőmérsékleten történő megeresztés esetén. Ez a szilárdság közvetlenül összefügg a keménységi fokkal; a megeresztési hőmérséklet növekedésével mind a keménység, mind a nyomószilárdság csökken.

4.2 Szakítóvizsgálati adatok³

Szilárdsági modulus	Törési szilárdság	Elmozdulás töréskor	Mérőhossz	Törésfeszültség	Területcsökkentés
81 MPa	723 MPa	0,61 mm	30 mm	1.97%	1.30%

4.3 Hajlékonyság és szívósság

• A D2 anyag szívóssága közepes, ami jobb, mint például a következő minőségeké: D3 szerszámacélA magasabb széntartalmú D sorozatú acélokhoz képest a D2 acél jó egyensúlyt mutat a kopásállóság és a szívósság között.
• A szakítóvizsgálatok gyakran képlékeny törési módot mutatnak, amelyet gödröcskékhez hasonló szerkezetek jellemeznek. Ez az anyag azonban lapos törési felületet mutathat minimális elvékonyodással és alacsony területcsökkenéssel (pl. egyes vizsgálatokban körülbelül 1,3%).
• A szívóssági modulust 81 MPa-nak, a törési feszültséget pedig 1,97%-nek mérték.
• A D2 acél anizotrop szilárdságot és képlékenységet mutat, ami a keményfém ötvözetek melegalakítás során történő megnyúlásának tulajdonítható. A D2 acél maximális szilárdsága és képlékenysége jellemzően a hengerlési irány mentén található.

4.4 Méretstabilitás

• Minimális torzulást mutat sok más szerszámacélhoz képest. Amikor a megfelelő edzési hőmérsékletről levegővel lehűtik, a tágulás vagy összehúzódás körülbelül 0,0005 hüvelyk/hüvelyk (vagy mm/mm).
• Az olyan tényezők, mint az alkatrész geometriája és a meglévő torzulások, befolyásolhatják a teljes mozgást.
• Csiszolás, hegesztés, szikraforgácsolás és egyéb folyamatok után erősen ajánlott feszültségmentesítő megeresztés. A megeresztési hőmérséklet általában 14-28°C-kal (25-50°F-tal) alacsonyabb, mint a végső megeresztési hőmérséklet.

4.5 Kopásállóság

Kiváló kopásállósággal rendelkezik, ami gyakran referenciaként szolgál más szerszámacélok számára. Ez a magas kopásállóság közvetlenül a mikroszerkezetében található kemény, krómban gazdag keményfémek jelentős mennyiségének tulajdonítható. Ez teszi a D2-t előnyös anyaggá az abrazív körülményeknek és a hosszú gyártási sorozatoknak kitett szerszámokhoz. Kopásállósága körülbelül 30-40%-vel jobb, mint az A2 szerszámacélé.

4.6 D2 acél feldolgozási szempontjai

Megmunkálhatósága viszonylag gyenge. Ha a 1% széntartalmú acél 100-as besorolású, akkor a D2 lágyított állapotban 45-ös besorolást kap megmunkálhatóságra. Nehéz lehet megmunkálni és köszörülni, és a hagyományos módszerekkel hegeszthetősége nagyon rossz.

5. A D2 acél előnyei és hátrányai

5.1 Előnyök

• Nagy kopásállóság: A D2 acél magasabb szén- és krómtartalma nagyszámú krómban gazdag keményfém képződését eredményezi mikroszerkezetében, ami kiváló kopásállóságot biztosít neki. Kopásállósága 30%-től 40%-ig magasabb, mint az A2 acélé.
• Levegőn keményedő jellemzők: A D2 acél egy levegőn edzhető acél, amely minimális deformációt és elmozdulást tesz lehetővé az edzési folyamat során, így alkalmassá teszi nagy mérettűrési követelményeket támasztó alkalmazásokhoz.
• Méretstabilitás: A D2 jó méretstabilitást mutat hőkezelés során, minimális torzulással. A megfelelő edzési hőmérsékletről levegővel hűtve várhatóan körülbelül 0,0005 hüvelyk/hüvelyk (0,0005 mm/mm) mértékben tágul vagy húzódik össze.
• Jó szívósság (Mérsékelt/Elég): Bár gyakran kissé ridegnek tekintik más acélokhoz képest, a D2 közepes vagy tisztességes szívóssággal rendelkezik az osztályában. 
• Nagy szilárdság és keménység: A D2 egy nagy szilárdságú és keménységű szerszámacél, 60-62 HRC keménységi tartománnyal. Ellenáll a lágyulásnak.
• Költséghatékonyság: A D2 acél molibdén- és vanádiumtartalma nem különösebben magas, így költségelőnyöket kínál a felhasználók számára.
• Korrózióállóság és jó foltosodási ellenállás: 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.
• Mélykeményedés: A D2 egy mélyedzésű acél. Egy nagy tömbben (pl. 75 mm × 150 mm × 250 mm vagy 3 hüvelyk × 6 hüvelyk × 10 hüvelyk) teljesen megedzhető ausztenitesítés utáni levegőhűtéssel.
• Másodlagos edzés: A D2 acélban található molibdén és vanádium lehetővé teszi a másodlagos edzést a megeresztés után.

5.2 Hátrányok

• Alacsony megmunkálhatóság: A D2 acél nagyon kemény és nehezen megmunkálható.
• Törékenység: A D2-t némileg törékenynek és alacsony szívósságúnak tekintik.
• Hegesztési nehézség: A D2 szerszámacélról köztudott, hogy nehezen hegeszthető (nem hegeszthető). Különösen nehéz kiváló minőségű hegesztett kötést elérni hagyományos hegesztési módszerekkel a magas széntartalma és a jelentős mennyiségű keményfém miatt.
• Megőrzött ausztenit: Edzés után a D2 jelentős mennyiségű ausztenitet (akár 20%-ig) képes visszatartani, amely nem alakul át martenzitté. Ez idővel méretbeli instabilitáshoz vezethet, mivel a visszatartott ausztenit szobahőmérsékleten spontán átalakulhat megeresztetlen martenzitté, ami az alkatrész fizikai méretének változását okozhatja. 
• Korlátozott szívósságnövelés a keménységcsökkentés révén: A D2 acél szívóssága csak korlátozott mértékben javítható, és rendkívül magas megeresztési hőmérsékleten nehéz szabályozni a keménységét.
• Nem rozsdamentes acél korrózióállósága: Magas krómtartalma nem elegendő a rozsdamentes acélra jellemző korrózióállóság biztosításához, mivel a króm nagy része ötvözetből készült keményfémekbe van beépítve.

6. D2 acél hegesztése

A D2 acél nagy mennyiségű keményfémet tartalmaz, ami megnehezíti a hegesztését. Ha D2 hegesztése szükséges, erősen ajánlott a D2 acél előmelegítése, különben repedés léphet fel, vagy az anyag élettartama csökkenhet.

6.1 Előkészítés és előmelegítés

Hegesztés előtt távolítsa el az összes laza forgácsot, és csiszolja ki a repedéseket, lehetőleg „U” alakú csatornát készítve „V” alakú helyett, mivel az éles szögek repedéseket okozhatnak.

Az előmelegítési hőmérséklet 140°C és 450°C között állítható, az adott szerszámtól függően. Súlyos javításokhoz legalább 300°C és 400°C közötti előmelegítési hőmérséklet ajánlott. Az előmelegítési hőmérsékletet fokozatosan és egyenletesen kell elérni. Fontos biztosítani, hogy a hegesztési folyamat során a hőmérséklet ne térjen el 100°C-nál nagyobb mértékben az előmelegítési hőmérséklettől.

6.2 Töltőanyagok

• 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 Hegesztés utáni kezelés

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. A D2 acél megmunkálhatósága

Ahogy azt korábban már többször is említettük, a D2 egy magas szén- és krómtartalmú acél, amelyet nehéz megmunkálni és köszörülni. Megmunkálhatóságát „különösen rossznak” vagy „alacsonynak vagy nagyon alacsonynak” írják le. Egy 100-as besorolású 1% szénacélhoz képest a D2 megmunkálhatósági besorolása 45. Összehasonlításképpen, az O1 szerszámacél kiváló megmunkálhatósággal rendelkezik, míg a D2 jobb kopásállósággal.

A hagyományos megmunkálási módszerek közé tartozik a marás, fúrás vagy esztergálás. Megmunkálás után a D2 felületén olyan változások jelentkezhetnek, mint az érdesség (R), képlékeny deformáció (PD), mikrorepedések (MCK), nem hőkezelt martenzit (UTM) és túltemperált martenzit (OTM).

8. Hogyan gyártjuk a D2 szerszámacélt?

Elsősorban kovácsolt D2 szerszámacélt szállítunk. A D2 acélöntvényeket elektromos ívkemencés (EAF) öntödéből szerezzük be, azzal a lehetőséggel, hogy... Elektrosalakos újraolvasztás (ESR) kezelés az ügyfél kérésére. A bugák és öntvények összetételének és mikroszerkezetének ellenőrzése után kovácsolással folytatjuk. A kör- vagy laposrudakká kovácsolást követően az anyag hőkezelésen esik át. Végül az ügyfél igényei szerint felületkezelést végzünk, beleértve a reve eltávolítását vagy a kikészítést.

9. D2 összehasonlítás más acélokkal

• D2 acél vs. 440C. A D2 acél korrózióállósága lényegesen alacsonyabb, mint a 440C acélé. Azokban az alkalmazásokban, ahol D2 acélt használnak, a korrózióállóság nem az elsődleges szempont; ehelyett a kopásállóság és a méretstabilitás az elsődleges prioritások. A 440C acél ideális, ha a nagy keménység, a kopásállóság és a jó korrózióállóság egyensúlyára van szükség, így alkalmas vágószerszámokhoz, sebészeti eszközökhöz és csapágyalkalmazásokhoz korrozív környezetben.
• D2 acél vs. 4140.A D2 acél kiváló kopásállósággal és méretstabilitást mutat, így ideális választás hidegen alakítható szerszámacélként; azonban gyenge a szívóssága és megmunkálhatósága. A 4140 acél ezzel szemben egy sokoldalúbb gépészeti acél, amely a szilárdság és a szívósság robusztus egyensúlyát kínálja, és szélesebb körű gépalkatrészekhez alkalmas, különösen azokhoz, amelyek jó ütésállóságot és könnyű megmunkálhatóságot igényelnek. Tulajdonságai további testreszabhatók különféle hőkezelésekkel és felületmódosításokkal, például nitridálással.
• D2 vs D3 szerszámacél. Mindkettő a D sorozatú acélok fontos képviselője. Összetételét tekintve a D2 acél Mo és V elemeket tartalmaz, így drágább, mint a D3 acél; ugyanakkor a teljesítménye is megbízhatóbb.

10. Szállítási formák és méretek

Az általunk forgalmazott D2 szerszámacél különféle formákban kapható, beleértve a köracélokat, lemezeket, bádogokat, laposrudakat, négyszögletes rudakat és tömböket. A laposrúd méretei: szélesség 20–600 mm × vastagság 20–400 mm × hosszúság 1000–5500 mm. A köracél méretei 20–400 mm átmérő × 1000–5500 mm hosszúság. A tömb méreteit a laposrúd vágásával kapjuk meg.

Kisebb méretekhez, például 70 mm-nél kisebb átmérőjű köracélokhoz melegen hengerelt eljárást alkalmazunk. 70 mm-nél nagyobb méretekhez kovácsolt termékeket kínálunk.

Az ESR (elektrosalakos újraolvasztás) eljárást is kínáljuk, amelyet az ügyfelek igényeihez igazítunk. Ennek az előnye a jobb belső mikroszerkezet, de magasabb költségekkel jár. Kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot konkrét igények esetén.

UT vizsgálat: 1921-84 szept. D/d, E/e. 

Felületkezelés: eredeti fekete, hámozott, megmunkált/esztergált, polírozott, csiszolt vagy mart felületkezelés.

Készlet állapota: Nem tartunk raktáron D2 acélt. A gyártást az ügyfél megrendelései alapján szervezzük.

Szállítási idő: Az elektromos ívkemencés (EAF) anyagok szállítási ideje 30-45 nap. Az ESR anyagok szállítási ideje körülbelül 60 nap.

1. Roberts, G., Krauss, G. és Kennedy, R. (1998). Szerszámacélok: 5. kiadás (203. o.). ASM International. ↩︎
2. Reardon, AC (szerk.). (2011). Kohászat nem kohászoknak (2. kiadás, 231. o.). ASM International. ↩︎
3. Di Schino, A. és Sugimoto, K. (szerk.). (2017). Kovácsolt acél mechanikai tulajdonságai és mikroszerkezete (151. o.) MDPI. ↩︎

GYIK