Stal narzędziowa D3 charakteryzuje się wysoką wytrzymałością, dobrą hartownością i doskonałą odpornością na zużycie. Podczas hartowania ulega minimalnym odkształceniom. Ma jednak słabą udarność i jest podatna na kruche pękanie. Szybko tworzy nierówne węgliki eutektyczne i ma słabą przewodność cieplną oraz plastyczność w wysokiej temperaturze.

Doskonała odporność stali D3 na zużycie sprawia, że jest ona popularnym materiałem do produkcji matryc i stempli do tłoczenia na zimno, narzędzi do obróbki na zimno, tulei wiertarskich, sprawdzianów, ciągadeł, tłoczników, płyt do walcowania gwintów, matryc do głębokiego tłoczenia i matryc do walcowania gwintów. Zastosowania te wymagają wysokiej odporności na zużycie i zazwyczaj wiążą się z mniejszymi obciążeniami udarowymi.

Stal narzędziowa D3 to powszechnie stosowana stal narzędziowa o wysokiej zawartości węgla i chromu, do obróbki plastycznej na zimno. D3 to oznaczenie w normie ASTM A681. Podobne gatunki w innych popularnych normach to: Niemcy/W-Nr. 1.2080, USA/ASTM T30403, Japonia/JIS SKD1, Czechy/CSN 19436 i Chiny/GB. Cr12.

1. Zastosowania

• Narzędzia tnące i dziurkujące o dużym naprężeniu do cienkich blach
• Wykrojniki i matryce formujące
• Formowanie rolek
• Narzędzia do rysowania i głębokiego rysowania
• Noże tnące/nożyce tnące i ostrza nożyc do cięcia
• Narzędzia do obróbki kamienia
• Noże do papieru i tworzyw sztucznych
• Podkładki ciśnieniowe
• Formowanie tworzyw sztucznych termoutwardzalnych
• Wrzeciona, frezy frezarskie, narzędzia główne, wzorce gwintów, narzędzia wyoblające, matryce do wytłaczania, skomplikowane stemple i tłoki.

2. Skład stali D3 ​¹

C	Kr	Mo	V	Mn	Si	P	S
2,00 – 2,35%	11.00 – 13.50%	≤ 0,40%	≤ 0,35%	≤ 0,60%	≤ 0,60%	≤ 0,03%	≤ 0,03%

Skład klas równoważnych

	Węgiel (C)	Krzem (Si)	Mangan (Mn)	Chrom (Cr)	Fosfor (P)	Siarka (S)
Niemcy/W-Nr. 1.2080(X210Cr12)	1.90 – 2.20	0.10 – 0.60	0.20 – 0.60	11.0 – 13.0	≤ 0.030	≤ 0.030
Japonia JIS SKD1	1.90 – 2.20	0.10 – 0.60	0.20 – 0.60	11.0 – 13.0	≤ 0.030	≤ 0.030
Chiny GB Cr12	2.00 – 2.30	≤ 0,40	≤ 0,40	11.50 – 13.00	≤ 0.030	≤ 0.030

3. Właściwości stali narzędziowej D3

3.1 Właściwości mechaniczne

Wytrzymałość na uderzenia	Twardość (zalecana)	Twardość (po hartowaniu)	Współczynnik Poissona	Moduł sprężystości	Wytrzymałość na rozciąganie (UTS)	Wytrzymałość na rozciąganie
28 J/cm²	57–58 HRC	64,5 HRC	0,27–0,30	190–210 GPa (30 x 10^6 psi)	770–2050 MPa	480–1550 MPa

3.2 Właściwości fizyczne

Gęstość	Temperatura topnienia	Przewodność cieplna	Współczynnik rozszerzalności cieplnej	Rezystywność elektryczna
7,7–7,87×1000 kg/m³ (0,278–0,284 funta/cal³)	1421−1430℃ (2590°F)	16,6 W/(m*K) w temp. 20℃	10,7–13,3×10−6 m/(m*K) (20–700∘°C)	54,8 uOhm-cm przy 21℃

3.3 Równowaga między odpornością na zużycie a wytrzymałością stali D3

Oceniając właściwości stali narzędziowej D3 pod kątem konkretnych zastosowań, należy przede wszystkim wziąć pod uwagę jej wyjątkową odporność na zużycie, która jednak wiąże się z kompromisem w zakresie wytrzymałości.

Wyjątkowa odporność na zużycie: Po odpowiedniej obróbce cieplnej, wysoka zawartość węgla i chromu w stali D3 tworzy w mikrostrukturze stali dużą ilość bardzo twardych węglików stopowych (głównie typu M7C3). Węgliki te zapewniają jej doskonałą odporność na zużycie.

Podstawowe kwestie dotyczące wytrzymałości: Stal D3 charakteryzuje się doskonałą odpornością na zużycie, ale jej wytrzymałość jest zmniejszona. W porównaniu z innymi stalami narzędziowymi do pracy na zimno, takimi jak A2 Lub S7, D3 zazwyczaj wykazuje niższą wytrzymałość i udarność. Duża ilość węglików w stali D3 działa jak punkty koncentracji naprężeń, co czyni ją bardziej podatną na kruche pękanie. Narzędzia wykonane z D3 są również podatne na kruche pękanie lub odpryskiwanie krawędzi skrawającej podczas uderzenia.

3.4 Stabilność wymiarowa podczas obróbki cieplnej

Stal narzędziowa D3 ma dobrą stabilność wymiarową i jest często uważana za punkt odniesienia dla wysokiej stabilności wymiarowej podczas hartowania wśród stali narzędziowych do obróbki na zimno, wykazując mniejszą zmianę rozmiaru niż wiele innych gatunków hartowanych w oleju. Ta właściwość jest częściowo przypisywana jej składowi, w szczególności ogólnemu brakowi molibdenu (Mo) i niższej zawartości wanadu (V) w porównaniu do Stal narzędziowa D2, co również przyczynia się do niższych wymaganych temperatur utwardzania.

3.5 Odporność na mięknięcie w podwyższonych temperaturach

Po odpowiednim hartowaniu i ruszenie Po zastosowaniu różnych metod obróbki, stal narzędziowa D3 wykazuje dobrą odporność na zmiękczanie w warunkach pracy w wysokich temperaturach w pewnym zakresie, zachowując odpowiednią twardość i krawędź tnącą w różnych zastosowaniach.

4. Obróbka cieplna

Kompleksowy Obróbka cieplna stali narzędziowej D3 protokół obejmuje cztery podstawowe etapy: podgrzewanie wstępne, austenityzowanie (hartowanie), hartowanie i odpuszczanie. Każdy etap odgrywa istotną rolę w osiągnięciu pożądanej struktury metalurgicznej i właściwości mechanicznych.

4.1 Podgrzewanie wstępne

Podgrzewanie wstępne stali D3 ma na celu ograniczenie ryzyka odkształceń lub pęknięć oraz usunięcie naprężeń szczątkowych powstałych w wyniku poprzednich operacji obróbki.

Zakres temperatury podgrzewania wstępnego wynosi od 650 do 705°C (1200–1300°F). Zazwyczaj stosujemy temperaturę 650°C (1200°F), w której stal jest wygrzewana przez 10–15 minut.

Stal D3 ma stosunkowo niską przewodność cieplną, dlatego nagrzewanie należy przeprowadzać powoli, aby zapobiec nierównomiernemu nagrzewaniu się wnętrza i części zewnętrznych, co mogłoby powodować pęknięcia.

4.2 Austenityzowanie (hartowanie)

Austenityzację przeprowadza się w celu przekształcenia mikrostruktury D3 w austenit.

Temperatura wynosi 960°C (1760°F), czyli jest nieco niższa niż w przypadku D2. Czas wygrzewania musi być wystarczająco długi, aby rdzeń osiągnął docelową temperaturę. Należy pamiętać, że nadmierna temperatura może prowadzić do zgrubienia ziarna, zgrubienia węglika i wzrostu zawartości austenitu resztkowego, co może negatywnie wpłynąć na wytrzymałość i stabilność wymiarową. Aby zapobiec odwęgleniu, można stosować atmosfery neutralne, folie ochronne lub kąpiele solne.

4.3 Hartowanie

Ten etap polega na przekształceniu austenitu w twardy martenzyt. W przeciwieństwie do wielu innych stali typu D, stal narzędziowa D3 jest zazwyczaj hartowana w oleju. Hartowanie w oleju zapewnia bardziej umiarkowane tempo chłodzenia niż hartowanie w wodzie lub słonej wodzie, co pomaga zminimalizować ryzyko odkształceń i pęknięć. Temperaturę chłodzenia można ustawić na pokojową lub zalecamy 66-93°C (150-200°F).

Schłodzony D3 należy natychmiast odpuścić; opóźnienie odpuszczania może sprawić, że stal stanie się wyjątkowo krucha i podatna na pękanie i niestabilność. Zalecamy odpuszczanie w ciągu 2 godzin od schłodzenia.

4.4 Hartowanie

Stal D3 w stanie surowym jest bardzo twarda, ale jednocześnie krucha i podatna na wysokie naprężenia wewnętrzne. Celem odpuszczania jest wyeliminowanie tych naprężeń, znaczna poprawa wytrzymałości i uzyskanie ostatecznej twardości stali D3.

Zalecamy podwojenie lub nawet potrojenie odpuszczania stali D3. Pomaga to udoskonalić strukturę ziarna, dodatkowo poprawić odporność na zużycie i promować transformację austenitu szczątkowego.

Tabela twardości i temperatury odpuszczania dla stali narzędziowej D3

Temperatura hartowania	Rockwell C
Jak ugasić	66
300°F / 150°C	65
400°F / 205°C	61
500°F / 260°C	58
600°F / 315°C	57
700°F / 370°C	57
800°F / 425°C	56
900°F / 480°C	55
1000°F / 540°C	52

4.5 Rozważania dotyczące obróbki cieplnej stali narzędziowej D3

• Stal D3 charakteryzuje się wysoką zawartością węgla i może zachowywać austenit po hartowaniu. Jeśli zastosowanie stali D3 wymaga wysokiej stabilności wymiarowej i minimalnej zawartości austenitu resztkowego, po hartowaniu (zwykle przed ostatecznym odpuszczaniem) można zastosować obróbkę w niskiej temperaturze lub w temperaturze poniżej zera. Po takiej obróbce należy natychmiast przeprowadzić proces odpuszczania.
• Stal narzędziowa D3 ma dobrą stabilność wymiarową, z oczekiwanym wzrostem zwykle około ±0,0005 in./in. (lub ±0,05%). Prawidłowe podgrzewanie wstępne, kontrolowane szybkości nagrzewania i chłodzenia oraz dokładne wielokrotne odpuszczanie są niezbędne do zminimalizowania zmian wymiarowych.
• Aby zwiększyć twardość powierzchni i odporność na zużycie, elementy ze stali narzędziowej D3 można poddać obróbce powierzchniowej, takiej jak azotowanie lub obróbka metodą dyfuzji cieplnej (TD), po wstępnej obróbce cieplnej.

5. Oceny równoważne i kompozycja

• DIN (Niemcy): 1.2080 / X210Cr12
• JIS (Japonia): SKD1
• GB (Chiny): Cr12

	C	Kr	Si	Mn	P	S
Cr12 (GB/T 1299) (%)	2.00 – 2.30	11.50 – 13.00	≤ 0,40	≤ 0,40	≤ 0.030	≤ 0.030
1.2080 (X210Cr12) (DIN) (%)	1,90 – 2,20	11:00 – 13:00	0,10 – 0,60	0,20 – 0,60	≤ 0.030	≤ 0.030
SKD1 (JIS G4404) (%)	1,90 – 2,20	11:00 – 13:00	0,10 – 0,60	0,20 – 0,60	≤ 0.030	≤ 0.030

6. Formy i wymiary dostaw

Ta stal jest naszym najtańszym i najbardziej dojrzałym produktem, a większość jej sprzedaży trafia do Indii.

Dostarczana przez nas stal narzędziowa D3 jest dostępna w różnych formach, w tym pręty okrągłe, blachy, płyty, płaskowniki, pręty kwadratowe i bloki. Wymiary płaskownika wahają się od: szerokość 20–600 mm × grubość 20–400 mm × długość 1000–5500 mm. Wymiary pręta okrągłego wahają się od średnicy 20–400 mm × długość 1000–5500 mm. Wymiary bloku uzyskuje się poprzez cięcie płaskownika.

W przypadku mniejszych rozmiarów, takich jak pręty okrągłe o średnicy mniejszej niż 70 mm, stosujemy proces walcowania na gorąco. W przypadku rozmiarów większych niż 70 mm oferujemy produkty kute.

Testy UT: wrzesień 1921-84 D/d, E/e. 

Wykończenie powierzchni: oryginalne czarne, łuszczone, obrabiane maszynowo/toczone, polerowane, szlifowane lub frezowane wykończenie powierzchni.

Stan zapasów: Nie utrzymujemy zapasów stali D3. Organizujemy produkcję na podstawie zamówień klientów.

Czas dostawy: Materiały do pieców łukowych elektrycznych (EAF) to 30-45 dni. Materiały ESR to około 60 dni.

1. Bringas, JE (red.). (2004). Podręcznik porównawczych światowych norm stali (3. wydanie, str. 433). ASTM International. ↩︎

Często zadawane pytania