Właściwości i zastosowania stali narzędziowej D2

Czym jest stal narzędziowa D2? Jest to stal wysokowęglowa, wysokochromowa, stal narzędziowa do obróbki na zimno. Jest szczególnie znana ze swojej dobrej odporności na zużycie i możliwości głębokiego hartowania. Omawiając specyfikacje stali D2, omówimy Skład stali D2, obróbka cieplna i twardość, aplikacje i wydajność, porównanie stali D2 z innymi stalami serii D, typowe sytuacje, w których należy rozważyć zastąpienie stali D2, I wady stali D2.

1. Skład chemiczny stali narzędziowej D2

2. Obróbka cieplna I twardość Specyfikacje stali narzędziowej D2

2.1 Podgrzewanie wstępne

Podgrzewanie wstępne jest kluczowe dla stali wysokochromowych, takich jak D2, ze względu na ich niższą przewodność cieplną. Ten krok zapobiega pękaniu podczas głównej fazy nagrzewania, zapewniając równomierny rozkład temperatury i łagodząc naprężenia wewnętrzne.

• Zalecana temperatura: Podgrzewaj powoli i równomiernie do 1200°F (650°C). Zakres 1200–1250°F (649–677°C) jest czasami używany do odprężania nieutwardzonego materiału.
• Czas namaczania: Utrzymać temperaturę przez około 10-15 minut dla sekcji 3″ (75mm). Większe sekcje wymagają dłuższego moczenia. W przypadku odprężania wytyczną jest 2 godziny na cal (4,7 min/mm) grubości, a następnie powolne chłodzenie w piecu.

2.2 Austenityzowanie (hartowanie)

Austenityzowanie zmienia mikrostrukturę stali w austenit i rozpuszcza węgliki stopowe, co jest niezbędne do hartowania.

• Temperatura hartowania: Podgrzej stal D2 do temperatury 1850°F (1010°C).
• Czas namaczania: Utrzymywać temperaturę austenityzacji przez 1 godzinę na każdy cal (25 mm) przekroju, aby zapewnić całkowitą i równomierną przemianę.
• Kontrola atmosfery: Aby zapobiec dekarburizacji (utracie węgla powierzchniowego), austenityzacja jest wykonywana w kontrolowanej atmosferze neutralnej, próżni lub neutralnym piecu solnym. Alternatywnie, owiń część szczelnie folią ze stali nierdzewnej (typ 309, grubość 0,002 cala/0,05 mm nadaje się do temperatur do 2240°F/1227° C).

2.3 Gaszenie

D2 to stal hartowana na powietrzu, co ułatwia hartowanie i minimalizuje odkształcenia w porównaniu z metodami hartowania w oleju lub wodzie.

• Metoda: Po wyjęciu stali z pieca należy ją schłodzić w spokojnym powietrzu.
• Docelowa temperatura: Przed odpuszczaniem należy pozwolić stali ostygnąć do temperatury około 150°F (65°C).
• Prostowanie: W razie potrzeby prostowanie można wykonać po ostygnięciu stali do temperatury około 1050° F (565° C), ale przed jej przekształceniem w martenzyt (około 400° F / 205° C). Aby zapobiec naprężeniom i odkształceniom, należy unikać szybkiego lub nierównomiernego chłodzenia poniżej tego punktu transformacji.

2.4 Odpuszczanie

Odpuszczanie jest niezbędne, aby zmniejszyć kruchość stali hartowanej, zmniejszyć naprężenia i zwiększyć wytrzymałość przy jednoczesnym zachowaniu niezbędnej twardości. Podwójne odpuszczanie jest zalecane dla stali D2.

• Pierwszy temperament: Podgrzać do 960°F (515°C). Utrzymać przez 2 godziny na cal (25 mm) przekroju.
• Chłodzenie: Po pierwszym odpuszczaniu należy odczekać, aż część całkowicie ostygnie do temperatury pokojowej.
• Drugi temperament: Podgrzać do 900°F (480°C). Trzymać przez 2 godziny na cal (25 mm) przekroju.
• Oczekiwana twardość: Po drugim odpuszczaniu i chłodzeniu osiąga się typową twardość 58 HRC. Ten proces podwójnego odpuszczania udoskonala strukturę ziarna, potencjalnie poprawiając odporność na zużycie.
• Alternatywa (pojedynczy temperament): Pojedyncze hartowanie w temperaturze około 400°F (205°C) zapewnia większą twardość (ok. 62 HRC), ale ogólnie zapewnia mniejszą wytrzymałość i odporność na zużycie w porównaniu z podwójnym hartowaniem.

2.5. Odprężanie (po utwardzeniu)

Jeżeli hartowana stal D2 zostanie poddana znacznemu szlifowaniu, spawaniu lub obróbce elektroerozyjnej (EDM), zdecydowanie zaleca się przeprowadzenie odpuszczania w celu zapobiegania pęknięciom lub uszkodzeniom spowodowanym naprężeniami szczątkowymi.

• Temperatura: Podgrzewaj powoli do temperatury 25–50°F (14–28°C) poniżej ostateczna temperatura odpuszczania. Alternatywne podejście do ogólnego odprężania obejmuje podgrzanie do 1200–1250°F (649–677 °C).
• Czas namaczania: Przytrzymać przez 1–2 godziny na każdy cal (25,4 mm) grubości.
• Chłodzenie: Powoli ostudzić w piecu do temperatury pokojowej.

2.6 Ważne uwagi dotyczące obróbki cieplnej D2

• Zniekształcenie: Chociaż D2 zapewnia dobrą stabilność, mogą wystąpić zniekształcenia z powodu nierównomiernego nagrzewania lub chłodzenia lub złożonej geometrii części. Ostrożne podgrzewanie wstępne, równomierne austenityzacja i kontrolowane hartowanie w powietrzu minimalizują to ryzyko.
• Austenit szczątkowy: Część austenitu może pozostać nieprzekształcona po hartowaniu. Podwójne odpuszczanie pomaga przekształcić ten szczątkowy austenit w martenzyt, poprawiając stabilność wymiarową. Obróbka podzerowa (kriogeniczna) może dodatkowo zmniejszyć szczątkowy austenit w wymagających zastosowaniach.
• Odwęglanie: Zabezpieczenie powierzchni stali podczas nagrzewania poprzez zastosowanie kontrolowanej atmosfery lub owinięcie jej folią ma kluczowe znaczenie dla zapobiegania tworzeniu się miękkiej warstwy zewnętrznej i zachowania pełnej twardości.

3. Specyfikacja zastosowań i wydajności stali narzędziowej D2

Po pierwsze, jak wspomnieliśmy, stal D2 jest stalą wysokowęglową i wysokochromową. Te elementy stopowe sprawiają, że stal D2 jest bardzo twarda i odporna na zużycie.

Po drugie, wysoka zawartość chromu poprawia hartowność stali D2. Hartowność odnosi się do zdolności stali do hartowania poprzez obróbkę cieplną. To równomierne głębokie hartowanie zapewnia odporność na zużycie i odkształcenia w wymagających zastosowaniach.

Ze względu na te właściwości stal D2 jest szeroko wykorzystywana w narzędziach do obróbki na zimno.

3.1 Wykrojniki

Stal D2 jest znana ze swojej wyjątkowej odporności na zużycie i twardości, co czyni ją idealną do matryc, które wycinają lub wykrawają kształty z blach metalowych. Matryca wykrawająca do różnych materiałów, od cieńszych (t≤3 mm) do grubszych blach. Ponadto jest szczególnie odpowiednia do matryc wykrawających używanych z materiałami ściernymi, takimi jak blachy ze stali krzemowej i blachy aluminiowe.

3.2 Matryce do przebijania

Podobnie jak w przypadku wykrawania, wysoka twardość i odporność na zużycie stali D2 sprawiają, że jest ona dobrym wyborem do przebijania otworów w blachach.

3.3 Matryce do formowania na zimno

Zdolność stali D2 do wytrzymywania wysokich naprężeń ściskających i odporności na zużycie sprawia, że nadaje się ona do operacji formowania na zimno w temperaturze pokojowej. Obejmuje to zastosowania takie jak wyciskanie na zimno i kucie na zimno, które wymagają zachowania kształtu i odporności na zużycie pod wysokim ciśnieniem.

3.4 Matryce do ciągnięcia

Matryce są zaangażowane w proces ciągnienia blachy. Stal D2 jest dobrze przystosowana do przeciwstawiania się zużyciu związanemu z tarciem występującym podczas ciągnienia.

3.5 Matryce do walcowania gwintów

W procesie ciągnienia blach stosuje się matryce, a stal D2 doskonale nadaje się do opierania się zużyciu związanemu z tarciem występującym podczas ciągnienia.

3.6 Formowanie rolek

W procesach walcowania, w których metal jest kształtowany przez przepuszczanie, twardość stali D2 zapewnia, że walce zachowują swój profil i są odporne na zużycie podczas długotrwałej produkcji

3.7 Wskaźniki

Przy stosowaniu narzędzi pomiarowych, stabilność wymiarowa stali D2 po obróbce cieplnej, a także jej wysoka odporność na zużycie mają kluczowe znaczenie dla zachowania dokładności przez dłuższy czas.

3.8 Nożyce do cięcia i ostrza nożycowe

Ostre krawędzie narzędzi do cięcia i rozcinania wykonanych ze stali D2 zachowują ostrość przez długi czas dzięki wysokiej twardości i odporności na zużycie materiału. Dotyczy to materiałów o różnej grubości, ale musimy wziąć pod uwagę równowagę i wytrzymałość w przypadku grubszych materiałów.

Należy pamiętać, że chociaż stal D2 charakteryzuje się doskonałą odpornością na zużycie i twardością przy obróbce na zimno, jej wytrzymałość należy brać pod uwagę w przypadku zastosowań, w których występują bardzo duże obciążenia udarowe lub znaczne naprężenia zginające.