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Principais conclusões
- O aço ferramenta D2 oferece alta resistência ao desgaste, mas possui baixa tenacidade e fragilidade inerentes, tornando-o propenso a rachaduras sob tensão.
- A usinagem do D2 é desafiadora devido à sua microestrutura dura, o que leva a um alto desgaste da ferramenta e ao aumento dos custos de produção.
- O tratamento térmico deve ser cuidadosamente controlado para evitar problemas como a austenita retida, que pode comprometer a precisão dimensional.
- O aço D2 não é adequado para aplicações em altas temperaturas e não possui cromo suficiente para prevenir a ferrugem, exigindo medidas de proteção em condições de umidade.
- Em geral, entender as desvantagens do aço ferramenta D2 ajuda a escolher as aplicações certas e a manter seu desempenho.
Índice
Na indústria de fabricação de ferramentas e matrizes, AISI D2 (DIN 1.2379) há muito tempo é o mais importante aço para ferramentas de trabalho a frio Devido à sua elevada resistência ao desgaste e dureza. No entanto, nenhum material é perfeito. Compreendemos que, para utilizar o D2 de forma eficaz, é necessário não só reconhecer as suas vantagens, como também compreender profundamente as suas limitações.
Baixa tenacidade e fragilidade inerentes
O aço D2 deve sua resistência ao desgaste ao seu alto teor de carbono e cromo. Esses elementos formam grandes quantidades de M duro.7C3 carbonetos de liga dentro da estrutura de aço. Você pode pensar nesses carbonetos duros como agregados no concreto — eles conferem ao material sua resistência à abrasão.
No entanto, em nível microscópico, esses carbonetos duros não dissolvidos também atuam como pontos de concentração de tensão, onde trincas se formam facilmente. Ao comparar o D2 com outros aços ferramenta, como Aço O1 Nos testes, os resultados são impressionantes. A maioria dos metais sofre um fenômeno de "afinamento" — tornando-se mais fino como massa esticada — antes de se romper. O D2, no entanto, praticamente não apresenta afinamento, com uma redução da área superficial de apenas 1,3% no ponto de fratura. Sua superfície de fratura permanece plana, ao contrário da fratura em forma de taça-cone típica de materiais dúcteis. O D2 absorve quase nenhuma energia antes da ruptura; uma vez submetido a tensão além do seu limite, ele não se deforma, mas se rompe de forma limpa.
Usinabilidade e retificação deficientes
Nas oficinas de fabricação de ferramentas e matrizes, os engenheiros frequentemente têm uma relação de amor e ódio com o aço AISI D2 (DIN 1.2379). Eles adoram sua excepcional resistência ao desgaste depois de moldado em uma matriz, mas detestam a extrema dificuldade de usiná-lo para esse fim.
A dificuldade de usinagem do aço D2 está intimamente relacionada à sua microestrutura. Sua composição química rica em carbono e cromo forma inúmeros carbonetos de liga de alta dureza dentro do aço. Esses carbonetos atuam como "micro-rebolos" distribuídos por todo o aço, causando desgaste severo da ferramenta durante o corte. Se atribuirmos 100 pontos à usinabilidade do aço ferramenta carbono 1% comum, o aço para moldes D2 atinge apenas 45 pontos. Comparado ao aço ferramenta padrão, a usinagem do D2 normalmente exige velocidades de corte mais baixas, trocas de ferramentas mais frequentes e tempos de processamento mais longos. Esses fatores, em conjunto, aumentam os custos de produção e o tempo gasto pelas empresas.
Além dos desafios do corte, a retificação é uma etapa ainda mais arriscada no processamento do aço D2. Particularmente durante a retificação de precisão após a têmpera, taxas de avanço excessivas ou resfriamento inadequado podem fazer com que o calor e a tensão gerados pela retificação excedam instantaneamente o limite de resistência do aço. Isso resulta em trincas superficiais visíveis ou microscópicas na peça, podendo inutilizar moldes caros na etapa final de processamento.
Desafios no tratamento térmico e na estabilidade dimensional
O aço D2 é um aço de têmpera ao ar que, teoricamente, apresenta distorção mínima por tratamento térmico. No entanto, devido ao seu teor extremamente elevado de liga, o controle inadequado durante o tratamento térmico pode representar riscos. Após têmpera convencional, o aço D2 normalmente retém quantidades significativas de material retido. Austenita em sua microestrutura, às vezes tão alta quanto 20%.
O que é austenita retida? É uma fase microestrutural relativamente macia. A austenita retida é instável. Após permanecer à temperatura ambiente por um período de tempo, ela se transforma em... martensita. Essa transformação é acompanhada por expansão volumétrica. Seus moldes de alta precisão se expandirão durante o armazenamento ou uso, levando a uma perda de precisão dimensional. Para aplicações de alta precisão, o D2 deve passar por tratamento criogênico ou múltiplos tratamentos em alta temperatura. têmpera ciclos para eliminar a austenita retida.
O D2 possui baixa condutividade térmica. Isso é semelhante a despejar água fervente em um copo de vidro grosso em um dia frio de inverno — ele pode se quebrar facilmente. Quando componentes de D2 são colocados em um forno de alta temperatura, suas superfícies aquecem e se expandem rapidamente. No entanto, devido à sua baixa condutividade térmica, o núcleo permanece frio. Essa diferença significativa de temperatura entre a superfície e o núcleo gera imensa tensão de tração, causando rachaduras durante a fase de aquecimento. Portanto, o aquecimento gradual e o aquecimento por etapas são essenciais. Nunca submeta o D2 ao aquecimento direto; ele deve ter tempo suficiente para se aclimatar.
Se a temperatura de austenitização for elevada em excesso na busca por alta dureza, os grãos de austenita no aço D2 tornar-se-ão extremamente grosseiros. Isso leva à precipitação maciça de carbonetos nos contornos de grão, causando fragilização intergranular severa. A tenacidade do material pode diminuir em até 90%, tornando o molde tão quebradiço quanto vidro.
Além disso, quando temperado próximo a 515 °C (960 °F), o aço D2 apresenta fragilidade de revenido. Se o seu molde exigir um certo grau de tenacidade, evite essa faixa de temperatura. Recomenda-se a têmpera a 205 °C (400 °F) para obter um melhor equilíbrio entre resistência e tenacidade.
Limitações de aplicação e resistência à corrosão comprometida
O aço D2 pode ser usado em ambientes de alta temperatura? A resposta é um sonoro não. Muitos clientes acreditam erroneamente que o D2 é suficientemente duro para forjamento a quente ou estampagem a alta temperatura. Isso é um grave erro. O D2 é adequado para aplicações em temperatura ambiente ou baixa temperatura. Comparado a aços especializados, o D2 é mais adequado para aplicações em temperaturas ambientes ou baixas. aços para ferramentas de trabalho a quente (como H13) ou aços rápidos (como M2O aço D2 carece de elementos de liga essenciais, como molibdênio (Mo), tungstênio (W) e vanádio (V). Com o aumento da temperatura de operação, o D2 amolece rapidamente, perdendo sua dureza a quente. Em temperaturas elevadas, ele perde sua dureza, resultando em desgaste ou deformação acelerados da ferramenta.
O alto teor de cromo do D2 significa que ele resiste à ferrugem? A resposta é não — o D2 não é aço inoxidável e enferruja! Geralmente, o aço com teor de cromo acima de 12% é considerado como possuindo propriedades de aço inoxidável. Então, por que o D2, com seu teor de cromo claramente na faixa de 11,5% a 12,05%, tem uma resistência à ferrugem tão baixa? O D2 contém um teor extremamente alto de carbono. Esses átomos de carbono são altamente reativos; eles se ligam à maioria dos átomos de cromo no aço, formando carbonetos duros que proporcionam resistência ao desgaste. O aço inoxidável resiste à ferrugem porque o cromo livre dissolvido na matriz forma uma película de passivação na superfície. No D2, no entanto, o cromo está preso em carbonetos, deixando muito pouco cromo livre na matriz — insuficiente para formar uma camada protetora. Ao usar moldes de D2 em ambientes úmidos ou corrosivos, medidas de prevenção de ferrugem são essenciais.
