Guia de Tratamento Térmico de Aço para Ferramentas D2

aço ferramenta D2 é tipicamente tratado termicamente por pré-aquecimento a 1200–1250°F / 649–677°C, austenitização a 1795–1875°F / 980–1025°C, têmpera em ar, gás, óleo ou banho de sal (dependendo do tamanho da seção), e duplo revenimento a 900–960°F / 480–515°C. Em muitas aplicações de ferramental para trabalho a frio aplicações, este processo produz cerca de 58–60 HRC, ao mesmo tempo que melhora a estabilidade dimensional e reduz o risco de austenita retida, trincas e distorção.

Porque o D2 é um aço ferramenta de alto carbono e alto cromo, com endurecimento ao ar, o tratamento térmico deve ser controlado quanto à temperatura, tempo de permanência, tamanho da seção, método de têmpera e estratégia de revenimento. Um pequeno punção, um grande bloco de matriz e um calibre de precisão podem não funcionar todos com o mesmo processo. Este guia explica a sequência prática de tratamento térmico do D2, incluindo pré-aquecimento, austenitização, têmpera, tratamento criogênico opcional, revenimento, seleção de dureza, risco por tamanho de seção e falhas comuns de tratamento térmico.

Tabela de parâmetros rápidos para tratamento térmico D2

EtapaFaixa recomendadaFinalidade
Pré-aquecimento1200–1250°F / 649–677°CReduzir o risco de choque térmico e fissuras
Austenitização1795–1875°F / 980–1025°CFormam austenita e dissolvem carbonetos de liga.
TêmperaBanho de ar, gás, óleo ou sal, dependendo do tamanho da seção.Endurecer o aço com distorção controlada.
Tratamento criogênico opcionalaté -196°CReduzir a austenita retida e melhorar a estabilidade dimensional.
Revenimento900–960°F / 480–515°C, têmpera duplaMelhorar a estabilidade e atingir cerca de 58–60 HRC.

Ficha de tratamento térmico do D2, PDF para impressão

Duas páginas A4 com os parâmetros do processo, a tabela de dureza do revenimento, a dureza de trabalho por aplicação e nossos contatos. O PDF está em inglês.

Como realizar o tratamento térmico do D2 – Passo a passo

O tratamento térmico do D2 inclui cinco etapas principais: pré-aquecimento, austenitização, têmpera, tratamento criogênico opcional e revenimento. Cada etapa afeta a dureza final, a variação dimensional, a austenita retida e o risco de trincas.

Os parâmetros abaixo são faixas de referência práticas. Ajuste as configurações finais de tratamento térmico com base na capacidade do forno, espessura da seção, geometria da peça e dureza de trabalho exigida.

D2 tool steel heat treatment recipe diagram showing preheat at 650 C, austenitizing at 1010 C, quench to 65 C, first temper at 515 C and second temper at 482 C
Receita de tratamento térmico do D2 do pré-aquecimento ao segundo revenimento. Pré-aqueça a cerca de 650 °C e mantenha por 10 a 15 minutos, austenitize a cerca de 1010 °C por 1 hora a cada 25 mm, tempere a aproximadamente 65 °C e faça duplo revenimento a 515 °C e 482 °C por 2 horas a cada 25 mm. As zonas de formação de austenita e martensita estão marcadas no mesmo eixo.
Fonte: William E. Bryson, Heat Treatment, Selection, and Application of Tool Steels, 2nd ed., Hanser, 2009, p. 44, Fig. 5.8.

Etapa 1: Pré-aquecimento do aço ferramenta D2

O pré-aquecimento reduz o choque térmico ao aquecer o D2 até a temperatura de endurecimento. Isso é importante porque o D2 tem condutividade térmica relativamente baixa. Se a superfície aquecer muito mais rápido que o núcleo, a tensão interna pode causar distorção ou trincas.

Chart of surface versus internal temperature of a 3 inch steel cube during heating, showing the core lagging the surface by hundreds of degrees until the surface passes 1400 F
Temperatura da superfície e do núcleo de um cubo de aço de 3 polegadas durante o aquecimento. A superfície atinge 1000 °F enquanto o núcleo ainda está a cerca de 240 °F. O núcleo só se iguala depois que a superfície passa de 1400 °F, por isso o D2 precisa de uma etapa de pré-aquecimento em vez de ir direto à temperatura de austenitização.
Fonte: William E. Bryson, Heat Treatment, Selection, and Application of Tool Steels, 2nd ed., Hanser, 2009, p. 33, Fig. 5.2.

A temperatura típica de pré-aquecimento é 1200–1250°F (649–677 °C). Mantenha a peça até que a seção transversal esteja uniformemente aquecida. Seções espessas requerem mais tempo para equalização do que peças finas.

Aqueça o D2 em forno a vácuo, forno com atmosfera controlada, banho de sal neutro ou sob folha de aço inoxidável. Sem proteção superficial, a oxidação e a descarbonetação podem reduzir a dureza superficial e a resistência ao desgaste após o endurecimento.

Etapa 2: Austenitização e têmpera do aço D2

Após o pré-aquecimento, eleve o D2 à temperatura de austenitização. A faixa típica é 1795–1875°F / 980–1025°C, com 1850°F / 1010°C frequentemente usado como referência prática.

Inicie a permanência somente após toda a seção atingir a temperatura alvo. Uma referência comum é 45–60 minutos por polegada de espessura, ajustada pela carga do forno, seção transversal e geometria da ferramenta.

Uma temperatura muito baixa ou um tempo de permanência muito curto pode deixar os carbonetos insuficientemente dissolvidos, reduzindo a dureza e a resistência ao desgaste. Uma temperatura muito alta ou um tempo de permanência muito longo pode aumentar austenita retida, o crescimento de grão, a fragilidade e o risco de trincas.

Para seleção detalhada de temperatura, incluindo como 980°C, 1010°C e 1025°C afetam a dissolução de carbonetos, austenita retida e dureza, consulte o guia sobre a temperatura de austenitização do D2 .

D2 tool steel as-quenched hardness versus austenitizing temperature chart comparing oil quenching at 64 HRC with air cooling at 63 HRC between 1700 F and 1950 F
Dureza do D2 após a têmpera em função da temperatura de austenitização. A têmpera em óleo atinge um pico de cerca de 64 HRC perto de 1830-1850 °F (1000-1010 °C), o resfriamento ao ar cerca de 63 HRC, e a dureza cai à medida que a temperatura de austenitização sobe para 1900 °F (1040 °C) e a austenita retida aumenta. Esta é a dureza com que a peça entra no revenimento, antes de qualquer perda por revenimento.
Fonte: Heat Treater’s Guide: Practices and Procedures for Irons and Steels, ASM International, 1995, p. 562.

Etapa 3: Têmpera do aço ferramenta D2

D2 é um aço ferramenta de têmpera ao ar. O resfriamento controlado a ar ou o resfriamento a gás são frequentemente preferidos porque reduzem a distorção em comparação com o resfriamento severo em líquido.

Para seções maiores ou geometrias especiais, você pode usar têmpera em banho de sal ou óleo. Esses métodos podem aumentar a velocidade de resfriamento, mas também aumentam a tensão térmica e o risco de trincas. Selecione o método de têmpera com base no tamanho da seção e na dureza exigida, não por hábito rotineiro.

Após a têmpera, a ferramenta deve normalmente arrefecer até cerca de 50–66 °C (120–150 °F) antes do revenimento. Nesta fase, o aço está duro, mas sob elevada tensão. O revenimento deve começar imediatamente.

Diagrama TTT do aço ferramenta D2
Diagrama TTT do aço ferramenta D2. Este diagrama mostra o comportamento de transformação isotérmica do aço ferramenta D2 após austenitização a 980°C (1800°F) por 1 hora. Ele apoia a discussão sobre têmpera ao mostrar por que o D2 pode endurecer sob resfriamento controlado em ar ou gás, enquanto o tamanho da seção e a taxa de resfriamento ainda afetam a dureza final e a estabilidade dimensional.
Fonte: Tool Steels, George Adam Roberts, George Krauss, Richard Kennedy, p. 206, Fig. 12-3.

Etapa 4: Tratamento criogênico opcional para aço ferramenta D2

O tratamento criogênico é opcional. Use-o quando a estabilidade dimensional, o controle de austenita retida e a consistência do desgaste forem críticos. É mais relevante para matrizes de precisão, punções, calibres, ferramentas de corte longitudinal e ferramentas de alto desgaste do que para peças de uso geral.

O tratamento criogênico profundo pode resfriar o D2 a cerca de -196°C. Não faça endurecimento por choque no D2 com resfriamento súbito e não controlado, pois mudanças rápidas de temperatura podem aumentar o risco de trincas.

O tratamento criogênico pode ser realizado após a têmpera e antes do revenimento, ou entre ciclos de revenimento, dependendo da prática de tratamento térmico. Se realizado após a têmpera, o revenimento deve seguir assim que a peça retornar à temperatura ambiente. A martensita recém-transformada está altamente tensionada e deve ser revenida.

D2 tool steel retained austenite versus austenitizing temperature chart for a 1.60C-11.95Cr steel quenched in lime, air and oil, rising from about 10-22 percent at 900 C to 63-72 percent at 1100 C
Austenita retida do D2 em função da temperatura de austenitização. Em um lingote de D2 com 1,60C-11,95Cr, a austenita retida após a têmpera sobe de cerca de 10-22% a 900 °C para 63-72% a 1100 °C. Austenitizar no limite superior da faixa deixa mais austenita para se transformar depois, o que justifica o tratamento criogênico e o segundo revenimento.
Fonte: Heat Treater’s Guide: Practices and Procedures for Irons and Steels, ASM International, 1995, p. 561.

Etapa 5: Têmpera do aço ferramenta D2

O revenimento é necessário após o endurecimento em D2. O aço D2, após têmpera, é duro, porém quebradiço. O revenimento reduz a tensão interna, melhora a tenacidade, estabiliza a microestrutura e ajuda a controlar a austenita retida.

Normalmente, recomenda-se o revenimento duplo para o aço D2. O revenimento triplo pode ser utilizado em ferramentas críticas ou quando o controle da austenita retida for especialmente importante. A peça deve retornar à temperatura ambiente entre os ciclos de revenimento.

Estratégia de TemperagemTemperatura típicaResultado esperadoMelhor utilizado quando
Revenimento a baixa temperaturaAproximadamente 400°F / 205°CCerca de 60 a 62 HRCA dureza máxima é mais importante do que a estabilidade dimensional.
têmpera dupla em alta temperatura900–960°F / 480–515°CAproximadamente 58–60 HRCA estabilidade dimensional, o alívio de tensões e o controle da austenita retida são importantes.

Para a maioria das ferramentas industriais de aço D2, a têmpera dupla em alta temperatura, entre 480 e 515 °C (900–960 °F), proporciona um equilíbrio mais seguro entre dureza, resistência ao desgaste, estabilidade e resistência a fissuras.

Tabela de temperatura de revenido e dureza D2

A dureza final depende da temperatura de austenitização e do método de têmpera., temperatura de revenimento, número de ciclos de têmpera, tamanho da seção e se o tratamento criogênico é utilizado.

Temperatura de revenimentoCondição típicaDureza esperada
Após a têmperaEndurecimento padrãoAproximadamente 64 HRC
300°F / 150°CTempera de baixa temperaturaAproximadamente 62 HRC
400°F / 205°CTempera de baixa temperaturaAproximadamente 61 HRC
500°F / 260°CTemperadoCerca de 60 HRC
600°F / 315°CTemperadoCerca de 59 HRC
700°F / 370°CTemperadoAproximadamente 58 HRC
800°F / 425°CTemperadoAproximadamente 58 HRC
900°F / 480°CTempera de alta temperaturaAproximadamente 58 HRC
960°F / 515°CTempera de alta temperaturaCerca de 58 a 60 HRC, dependendo da prática.
1000°F / 540°CTempera de alta temperaturaAproximadamente 55 HRC
D2 tool steel hardness versus tempering temperature chart, air quenched from 970 C and 995 C, showing about 58 HRC in the 480-515 C tempering range and softening above 540 C
Dureza do D2 em função da temperatura de revenimento. Temperado ao ar a partir de 970 °C e 995 °C, o D2 começa em 62,5-63,5 HRC, mantém cerca de 58 HRC na faixa de duplo revenimento de 480-515 °C e amolece bruscamente acima de 540 °C. Esse patamar plano é a janela prática para o duplo revenimento em alta temperatura.
Fonte: Heat Treater’s Guide: Practices and Procedures for Irons and Steels, ASM International, 1995, p. 561.

Este gráfico é uma referência, não um resultado garantido. A dureza real depende do controle do forno, taxa de resfriamento, espessura da seção e condição original do material.

Principais estratégias de têmpera para o aço ferramenta D2

Selecione a temperatura de revenimento com base no risco de falha da ferramenta. Se o principal risco for desgaste abrasivo e a ferramenta tiver carga de impacto limitada, você pode usar revenimento a baixa temperatura para manter maior dureza. Se os principais riscos forem trincas, alteração de tamanho, austenita retida ou desempenho de produção inconsistente, o revenimento duplo em alta temperatura geralmente é mais seguro.

O revenimento a baixa temperatura em torno de 400°F (205°C) pode produzir cerca de 60–62 HRC. Isso é útil quando você precisa de dureza máxima e resistência à abrasão. A limitação é que o controle de austenita retida e a estabilidade dimensional podem ser mais fracos do que com duplo revenimento a alta temperatura.

O duplo revenimento a alta temperatura a 900–960°F (480–515°C) tipicamente produz 58–60 HRC. Embora a dureza possa ser menor, a ferramenta frequentemente ganha melhor alívio de tensões, estabilidade e confiabilidade em serviço. Para muitas matrizes, punções, cortadores e ferramentas de trabalho a frio de precisão, esta faixa de dureza de trabalho é mais prática do que buscar o HRC mais alto possível.

Se a ferramenta D2 for posteriormente submetida a nitretação, revestimento PVD, ou outro tratamento superficial de alta temperatura, escolha uma temperatura de revenimento que considere a temperatura do revestimento. Normalmente, revina o aço do núcleo acima da temperatura posterior do revestimento para evitar perda inesperada de dureza.

Dureza alvo para diferentes aplicações de ferramentas D2

A Dureza de trabalho do aço ferramenta D2 é comumente selecionada entre 56 HRC e 62 HRC. Maior dureza melhora a resistência ao desgaste, mas aumenta o risco de lascamento e trincas.

AplicaçãoDureza típica do alvoLógica de Seleção
Matrizes de corte de longo prazo58–62 HRCEquilibre o desgaste das bordas e o risco de rachaduras.
Punções de bloqueio58–62 HRCManter a resistência ao desgaste e, ao mesmo tempo, reduzir o risco de quebra.
Matrizes de conformação e dobra58–60 HRCMelhora a resistência e reduz o lascamento.
Cortadores de fenda e lâminas de cisalhamento58–61 HRCManter a retenção da aresta de corte sob abrasão.
Ferramentas de extrusão a frio58–62 HRCEquilibrar resistência à compressão, tenacidade e desgaste.
Medidores e ferramentas de medição58–60 HRCPriorize a estabilidade dimensional e a resistência ao desgaste.
Matrizes de laminação de roscas58–60 HRCManter a resistência ao desgaste superficial e a resistência à compressão.
Pequenos insertos abrasivos de plástico para moldes58–60 HRCUtilizar quando for necessária resistência à abrasão.

Para ferramentas sensíveis a impacto, a dureza máxima nem sempre é a melhor escolha. Uma dureza ligeiramente menor, com melhor tenacidade e estabilidade, pode proporcionar uma vida útil mais longa do que maior dureza, que arrisca trincas.

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Tamanho da seção e risco de tratamento térmico

O tamanho da seção afeta fortemente o tratamento térmico do D2. Seções espessas aquecem e resfriam mais lentamente que seções finas. Cantos vivos, furos cegos e mudanças bruscas de espessura aumentam o risco de distorção e trincas.

Aqueça ferramentas D2 grandes lenta e uniformemente. Se a superfície atingir a temperatura de endurecimento enquanto o núcleo permanecer muito mais frio, a tensão interna pode se tornar severa. É por isso que o pré-aquecimento é especialmente importante para blocos grandes e ferramentas complexas.

Durante a têmpera, seções finas resfriam e se transformam mais rápido que seções espessas. Essa transformação desigual pode criar tensão interna perto de cantos vivos e mudanças súbitas de seção. Um bom projeto de ferramenta deve minimizar cantos internos vivos e evitar variações desnecessárias de espessura.

Para seções muito grandes, o resfriamento a ar pode não resfriar o núcleo com rapidez suficiente para atingir a dureza necessária. Um resfriamento mais agressivo pode ser necessário, mas uma têmpera mais intensa também aumenta o risco de trincas. Portanto, ferramentas D2 de grandes dimensões exigem ajustes no processo, em vez de um único programa fixo de tratamento térmico.

O tempo de revenimento também depende da dimensão da peça. Uma referência comum é de pelo menos 2 horas por polegada (25 mm) de espessura, com resfriamento à temperatura ambiente entre os ciclos de revenimento.

Problemas comuns no tratamento térmico D2

1. Superaquecimento

O superaquecimento ocorre quando você austenitiza o D2 acima da faixa recomendada ou o mantém por tempo excessivo. Isso pode causar engrossamento de grão, austenita retida excessiva, fragilidade, baixa dureza e aumento do risco de trincas.

A solução é controlar a temperatura de austenitização e o tempo de permanência com base no tamanho da seção.

2. Subaquecimento

O subaquecimento ocorre quando a temperatura de austenitização é muito baixa ou o tempo de permanência nessa temperatura é muito curto. Os carbonetos da liga podem não se dissolver completamente e o aço pode não atingir a dureza esperada após o resfriamento brusco.

Isso geralmente resulta em baixa dureza, baixa resistência ao desgaste e desempenho em serviço reduzido.

3. Descarbonetação superficial

Se D2 for aquecido sem proteção, A superfície pode perder carbono durante o processo de austenitização. Uma superfície descarbonetada pode permanecer macia após o endurecimento, reduzindo a resistência ao desgaste e aumentando o risco de distorção.

O tratamento térmico a vácuo, o tratamento térmico em atmosfera controlada, o banho de sal neutro ou o envolvimento em folha de aço inoxidável podem reduzir esse problema.

4. Têmpera Retardada

O D2 deve ser revenido imediatamente após a têmpera, quando tiver resfriado a aproximadamente 120–150°F (50–66°C). O D2 recém-temperado contém martensita altamente tensionada e pode trincar se você atrasar o revenimento.

Deixar o aço D2 endurecido sem revenimento durante a noite é arriscado, especialmente para ferramentas complexas e seções espessas.

5. Temperatura de têmpera inadequada

Você pode revinar o D2 em baixas temperaturas para alta dureza ou em temperaturas mais altas para melhor estabilidade. A temperatura de revenimento deve corresponder à aplicação.

Para muitas ferramentas industriais, a têmpera dupla a 480–515 °C (900–960 °F) é mais confiável do que uma única têmpera a baixa temperatura.

6. Trincas por têmpera induzidas pelo projeto

Algumas ferramentas D2 trincam devido à geometria e não à qualidade do aço. Cantos internos vivos, marcas profundas, furos cegos, paredes finas próximas a seções espessas e mudanças súbitas de seção transversal aumentam todos o risco de trincas.

Quando possível, arredonde cantos vivos, reduza mudanças de seção e projete ferramentas complexas considerando o tratamento térmico.

7. Danos por retificação após tratamento térmico

O D2 possui alta resistência ao desgaste, portanto moagem agressiva Pode gerar calor localizado. Isso pode amolecer a superfície, causar queimaduras por atrito ou criar fissuras superficiais superficiais.

Após o endurecimento, retifique o D2 com passes leves, refrigerante adequado e remoção de material controlada. Para ferramentas críticas, considere um revenimento de alívio de tensões a baixa temperatura após retificação pesada.

A Aobo Steel fornece aço ferramenta D2 / 1.2379 / SKD11 em condição recozida e não oferece serviços de tratamento térmico final, como endurecimento, têmpera, tratamento criogênico ou revenimento. A gama de tamanhos, tolerâncias, pedido mínimo e prazos de entrega estão definidos em nossa página de capacidade de fornecimento de aço ferramenta. Este guia fornece parâmetros de tratamento térmico, dados de dureza e recomendações de processo como referências gerais de suporte técnico para nossos clientes. Os resultados reais de tratamento térmico podem variar dependendo da capacidade do forno, tamanho da seção, geometria da ferramenta, condição do material, prática de têmpera e controle de processo. A instalação de tratamento térmico do cliente deve realizar os procedimentos finais de tratamento térmico e validação de acordo com a aplicação específica da ferramenta e os requisitos de produção.