Aço D2 vs. 4140: Quais são as diferenças?

Aço D2 vs. 4140: Aço para ferramentas D2 e Aço 4140 são ligas ferrosas importantes, mas pertencem a classificações diferentes e são projetadas para aplicações distintas, exibindo propriedades únicas e exigindo tratamentos térmicos específicos.

Composição

Elemento	Aço para ferramentas D2 (%)	Aço 4140 (%)
Carbono (C)	1.40 – 1.60	0.38 – 0.43
Cromo (Cr)	11.00 – 13.00	0.80 – 1.10
Molibdênio (Mo)	0.70 – 1.20	0.15 – 0.25
Manganês (Mn)	0.10 – 0.60	0.75 – 1.00
Vanádio (V)	0.50 – 1.10	–
Silício (Si)	0.10 – 0.60	0.15 – 0.35
Fósforo (P)	≤ 0.03	≤ 0,035
Enxofre (S)	≤ 0.03	≤ 0,040

Propriedades mecânicas

1. Dureza. Dureza do aço D2 A dureza do aço 4140 após o tratamento térmico é de 60 a 62 HRC. Embora o aço 4140 também possa atingir alta dureza por meio do tratamento térmico, ela é inferior à do aço D2. O aço 4140 temperado e revenido pode variar de 235 HB a 578 HB, dependendo da temperatura de revenimento.
2. TemperabilidadeO D2 é um aço endurecível ao ar, o que significa que pode ser temperado por resfriamento ao ar, o que minimiza a distorção. O aço 4140 possui temperabilidade moderada. Embora possa ser temperado ao ar em seções finas, na prática, é normalmente temperado em óleo para endurecimento total.
3. RobustezO aço D2 apresenta baixa tenacidade. No entanto, o aço 4140 apresenta melhor tenacidade. Suas propriedades de tenacidade são afetadas pela temperatura de revenimento; por exemplo, o revenimento entre 230 e 370 °C (450 a 700 °F) geralmente é evitado para prevenir a fragilidade azul.
4. Resistência ao desgaste. O aço D2 possui uma resistência extremamente alta vestir resistência, maior que a do aço 4140. O aço 4140 pode melhorar significativamente sua resistência ao desgaste por meio de tratamentos de endurecimento de superfície, como nitretação ou têmpera por indução.
5. Usinabilidade. O D2 tem baixa usinabilidade, com uma classificação de usinabilidade de 45, comparado ao aço carbono 1%, que é classificado como 100. O 4140 tem boa usinabilidade, especialmente versões ressulfuradas como o SAE 1140.
6. Estabilidade dimensionalO aço D2 sofre deformação mínima durante o tratamento térmico. Quando temperado ao ar, expande ou contrai aproximadamente 0,0005 polegadas por polegada (0,0005 mm/mm). A estabilidade dimensional do aço 4140 é geralmente boa, mas, como todos os aços, está sujeito a distorções durante a têmpera, especialmente com alto teor de carbono, o que pode aumentar a probabilidade de fissuras.

Tratamento térmico

• Tratamento térmico de aço D2:
  • Recozimento: O recozimento adequado é crucial para a usinabilidade.
  • Endurecimento: Geralmente endurecido ao ar. As temperaturas de austenitização variam de 980 a 1025 °C (1800 a 1875 °F).
  • Têmpera: Geralmente revenido duplamente. Revenido em baixas temperaturas (por exemplo, 200 °C) pode atingir a dureza máxima.
  • Tratamento de superfície: Pode ser nitretado por íons para aumentar significativamente a dureza da superfície e a resistência ao desgaste.
• Aço 4140:
  • Normalizando: Aquecer a 845-925 °C (1550-1700 °F) e deixar esfriar ao ar.
  • Recozimento: Aquecer a 830-870 °C (1525-1600 °F) e esfriar lentamente no forno.
  • Têmpera: Geralmente temperado em óleo a 855 °C (1575 °F). Óleos convencionais e de alta resistência proporcionam propriedades equivalentes para este aço. A têmpera em óleo resulta em uma microestrutura de martensita revenida.
  • Têmpera: Pode ser temperado em diversas temperaturas, de 205 a 705 °C (400 a 1300 °F), para atingir a resistência e a dureza desejadas. Normalmente, não é temperado entre 230 e 370 °C (450 a 700 °F) para evitar a fragilidade azulada.
  • Esferoidização: Aquecer a 760-775 °C (1400-1425 °F), manter por 4 a 12 horas e depois esfriar lentamente.
  • Endurecimento de superfície: Amplamente utilizado para têmpera por feixe de elétrons, nitretação (estágio duplo e estágio único) e têmpera por indução. Apresenta as melhores características de nitretação entre os aços de baixa liga com cromo devido ao seu maior teor de cromo e composição isenta de níquel.

Aplicativos

O aço D2 é adequado para aplicações que exigem produção de longo prazo, alta resistência ao desgaste e estabilidade dimensional. Aplicações típicas incluem ferramentas e matrizes de corte e estampagem, matrizes e ferramentas de puncionamento, operações de forjamento e ferramentas de corte.

O aço 4140 é um aço de engenharia versátil, adequado para componentes que exigem temperabilidade moderada e boa resistência e tenacidade. Suas principais aplicações incluem eixos de transmissão, eixos para componentes automotivos de alta carga, engrenagens em aplicações críticas e componentes de alta carga em motores automotivos.

Resumo

O aço D2 é utilizado em aplicações que exigem resistência ao desgaste e estabilidade dimensional. O aço 4140 é um aço-liga de uso geral que proporciona um bom equilíbrio entre resistência e tenacidade para componentes estruturais e mecânicos. Como um aço para ferramentas de alto desempenho, o aço D2 possui uma composição de liga complexa, sendo normalmente mais caro do que o aço-liga 4140 comum.