Dureza do aço D2 – Desbloqueando resistência superior ao desgaste

Introdução: O que é aço para ferramentas D2 e por que a dureza é fundamental?

Aço para ferramentas D2 É classificado no grupo "D", representando aços para ferramentas de trabalho a frio com alto teor de carbono e alto teor de cromo. É amplamente aplicado em matrizes de longa duração devido à sua superior resistência ao desgaste, boa estabilidade dimensional e tenacidade moderada. O aço D2 é considerado uma referência popular e frequentemente a mais importante para todos os aços para ferramentas de trabalho a frio. Aplicações comuns para o aço D2 incluem matrizes de corte, matrizes de conformação a frio, matrizes de trefilação, calibradores, serrilhados, matrizes de laminação, punções, rolos, facas de cisalhamento, facas de corte e matrizes de laminação de roscas.

Para o aço ferramenta D2, a dureza é fundamental devido à sua influência direta na resistência ao desgaste e na capacidade de manter uma lâmina afiada. Dureza é a resistência de um material à penetração, indentação ou abrasão. É o requisito mais comumente estipulado para aços para ferramentas e serve como uma verificação de aceitação vital para ferramentas tratadas termicamente.

A Base da Dureza: Composição Química do Aço D2

O Composição de aço D2:

Carbono (C)	Cromo (Cr)	Molibdênio (Mo)	Vanádio (V)	Manganês (Mn)	Silício (Si)	Fósforo (P)	Enxofre (S)
1,40 – 1,60	11h00 – 13h00	0,70 – 1,20	0,50 – 1,10	0,10 – 0,60	0,10 – 0,60	≤ 0.030	≤ 0.030

Efeito da composição na dureza do aço D2:

• Carbono: Permite alta dureza e boa resistência ao desgaste.
• Cromo: Forma carbonetos de liga ricos em cromo, aumentando a resistência ao desgaste e à abrasão, além de proporcionar leve resistência à corrosão.
• Molibdênio e vanádio: contribuem para a precipitação de endurecimento secundário e melhoram a retenção da aresta. Carbono e vanádio são essenciais para a microestrutura e a dureza.

Componentes microestruturais que contribuem para a dureza D2:

• Matriz Martensítica de Alto CarbonoO aço D2 atinge alta dureza principalmente devido à sua matriz martensítica, formada por têmpera rápida a partir da temperatura de austenitização. Os átomos de carbono presos nos sítios intersticiais da estrutura cristalina martensítica, juntamente com uma alta densidade de discordâncias, aumentam significativamente sua resistência e dureza.
• Carbonetos de liga dura (não dissolvidos/primários)O aço D2 contém uma grande quantidade de carbonetos de liga duros não dissolvidos, que são significativamente mais duros do que a própria matriz martensítica. Os principais tipos incluem: M7C3 rico em cromo, com valores de dureza variando de 1500 a 1800 HV. E MC rico em vanádio, com dureza variando de 2000 a 2800 HV. A quantidade, o tamanho e a distribuição desses carbonetos são críticos para a dureza geral e a resistência ao desgaste. Esse processo envolve a precipitação de carbonetos de liga muito finos (como M2C ou MC) da matriz martensítica revenida, resultando em aumento da dureza e melhor resistência ao revenimento.
• Carbonetos de endurecimento secundárioO teor de molibdênio e vanádio do D2 permite o endurecimento secundário durante o revenimento. Este processo envolve a precipitação de carbonetos de liga muito finos (como M2C ou MC) da matriz martensítica revenida, resultando em aumento da dureza e melhor resistência ao revenimento.
• Refinamento de grãosA microestrutura do aço D2 possui granulometria fina, o que contribui para o aumento da dureza. A presença de carbonetos primários grosseiros ajuda a fixar os contornos dos grãos de austenita, mantendo um tamanho de grão fino e relativamente uniforme durante a austenitização, aumentando assim a temperabilidade e a dureza geral.

O efeito do tratamento térmico na dureza do aço D2

O tratamento térmico influencia significativamente a dureza do aço D2, principalmente transformando sua microestrutura e introduzindo várias fases endurecidas.

• AustenitizaçãoA austenitização do aço ferramenta D2 a cerca de 1010 °C (1850 °F) pode atingir dureza total de 62-64 HRC após resfriamento ao ar. Temperaturas de austenitização mais altas levam à dissolução de mais carbono e elementos de liga na austenita, o que geralmente aumenta a dureza e a temperabilidade após a têmpera. No entanto, temperaturas excessivamente altas também podem aumentar a quantidade de austenita retida, que é mais macia que a martensita, potencialmente reduzindo a dureza após a têmpera.
• ResfriamentoA têmpera permite que o aço D2 atinja alta dureza; é o processo de conversão de austenita em martensita. O aço D2 é um aço endurecível ao ar e, em comparação com refrigerantes mais rápidos, como têmpera em óleo ou água, minimiza a deformação e a tensão interna.
• TêmperaO aço D2 pode atingir uma dureza de 62 HRC com um único revenimento a 205 °C (400 °F). Com o revenimento duplo, a primeira temperatura de revenimento é de 515 °C (960 °F) e a segunda de 480 °C (900 °F), o que pode atingir uma dureza de 58 HRC e melhorar significativamente a resistência ao desgaste (frequentemente em 25-30%) devido ao refinamento da estrutura dos grãos.

Se você estiver procurando mais informações sobre este tópico, consulte Como tratar termicamente o aço D2 adequadamente.

Os benefícios da dureza do aço D2

• Excelente resistência ao desgaste. O aço D2 frequentemente serve como padrão para a medição da resistência à abrasão de outros aços para ferramentas. Sua resistência ao desgaste é aumentada em 30 a 40% em relação ao aço A2. É particularmente eficaz em operações de conformação de metais onde o desgaste adesivo é o principal mecanismo, proporcionando melhorias significativas na vida útil da matriz.
• Alta resistênciaO aço D2 possui um limite de escoamento de 411 MPa e uma resistência à tração (RT) de 758 MPa. Seu alto teor de carbono, combinado com o processo de têmpera, é altamente eficaz na obtenção de alta resistência, levando a aumentos de dureza tipicamente acima de 60 HRC.
• Adequação para longos períodos de produção. A alta dureza do aço D2 lhe confere alta resistência ao desgaste, tornando-o muito vantajoso em processos de fabricação de ciclo longo.

Desafios e considerações relacionadas à dureza D2

um. Difícil usinabilidade e retificação

A combinação de alto teor de cromo e alto teor de carbono no aço ferramenta D2 resulta na formação de uma grande quantidade de carbonetos enriquecidos com cromo duro M7C3. Esses carbonetos apresentam excelente resistência ao desgaste à temperatura ambiente, tornando o aço difícil de usinar e retificar. Esses carbonetos atuam como obstáculos rígidos à remoção de cavacos, causando desgaste nas ferramentas de usinagem. Quando recozido corretamente, o D2 tem uma classificação de usinabilidade de 45, em comparação com um aço carbono 1% com classificação de 100. Uma dureza mais alta tratada termicamente e a presença de carbonetos maiores estão inversamente relacionadas à retificação.

b. Resistência moderada

A tenacidade normalmente diminui com o aumento da resistência ao desgaste e da dureza. O aço D2 apresenta excelente resistência ao desgaste, mas sua tenacidade é inferior à de aços com menor teor de carbono ou liga. A presença de partículas duras, especificamente as frações de grande volume de carbonetos de liga (tipo M7C3), no aço D2 contribui para sua baixa tenacidade, pois atuam como locais de iniciação de trincas.

Suponha que sejam necessários aumentos significativos na tenacidade do D2. Nesse caso, muitas vezes é melhor selecionar um tipo de aço diferente, inerentemente projetado para maior tenacidade, em vez de tentar forçar o D2 a um "envelope de propriedades" inadequado.

c. Austenita retida

A austenita retida é uma característica comum em aços para ferramentas D2 e requer gerenciamento cuidadoso devido ao seu impacto nas propriedades mecânicas e na estabilidade dimensional. Para aços para ferramentas D2, um aumento na austenita retida pode levar a uma diminuição na dureza geral. A austenita retida é mais macia que a martensita (rede cúbica de face centrada).

Aplicações típicas onde a dureza D2 se destaca

Matrizes e Punções

• Supressão
• Conformação a frio
• Desenho
• Laminação
• Laminação de roscas
• Piercing
• Cunhagem
• Aparar (quente e frio)
• Extrusão (para alumínio e zinco)

Ferramentas de corte

• Lâminas de tesoura
• Lâminas de corte

Outras aplicações

• Formando rolos
• Medidores de precisão
• Moldes de plástico (especialmente para materiais abrasivos)
• Ferramentas gerais para fabricação de aço inoxidável

Dureza D2 comparada a outros aços para ferramentas

• D2 vs. A2: D2 tem maior resistência ao desgaste devido à maior quantidade de cromo e carbono, enquanto A2 oferece melhor usinabilidade e tenacidade moderada.
• D2 vs. O1: O D2 oferece 15% melhor resistência à abrasão que o O1.
• D2 vs. S7: O S7 é significativamente mais resistente, mas mais macio (48-58 HRC) e menos resistente ao desgaste que o D2 (54-61 HRC).
• D2 vs. M2: M2 (63-65 HRC) é geralmente mais duro e tem resistência superior a choques, enquanto D2 (60-62 HRC) oferece maior durabilidade para aplicações de trabalho a frio, onde a resistência ao desgaste é fundamental.
• D2 vs. Aço inoxidável: O D2 tem dureza superior devido à formação de carboneto e maior resistência à compressão, mas resistência moderada à corrosão em comparação aos verdadeiros aços inoxidáveis.

Perguntas frequentes