Propriedades e aplicações do aço para ferramentas D2

O que é o aço para ferramentas D2? É um aço com alto teor de carbono e alto teor de cromo, aço para ferramentas de trabalho a frio. É particularmente conhecido por sua boa resistência ao desgaste e capacidade de endurecimento profundo. Quando discutirmos as especificações do aço D2, falaremos sobre Composição de aço D2, tratamento térmico e dureza, aplicações e desempenho, comparação de aços D2 com outros aços da série D, situações comuns em que o aço D2 precisa ser considerado para substituição, e desvantagens do aço D2.

1. Composição química do aço para ferramentas D2

2. Tratamento térmico E Dureza Especificações para aço para ferramentas D2

2.1 Pré-aquecimento

O pré-aquecimento é crucial para aços com alto teor de cromo, como o D2, devido à sua menor condutividade térmica. Esta etapa previne trincas durante a fase principal de aquecimento, garantindo uma distribuição uniforme da temperatura e aliviando as tensões internas.

• Temperatura recomendada: Aquecer lenta e uniformemente até 650 °C (1200 °F). Às vezes, utiliza-se uma faixa de 649 a 677 °C (1200 a 1250 °F) para aliviar tensões em materiais não endurecidos.
• Tempo de imersão: Mantenha a temperatura por aproximadamente 10 a 15 minutos para uma seção de 75 mm (3″). Seções maiores requerem um tempo de imersão mais longo. Para alívio de tensões, recomenda-se 2 horas por polegada (4,7 min/mm) de espessura, seguido de resfriamento lento no forno.

2.2 Austenitização (endurecimento)

Austenitização transforma a microestrutura do aço em austenita e dissolve carbonetos de liga, o que é necessário para o endurecimento.

• Temperatura de endurecimento: Aqueça o aço D2 a 1850°F (1010°C).
• Tempo de imersão: Mantenha a temperatura de austenitização por 1 hora por polegada (25 mm) de seção transversal para garantir uma transformação completa e uniforme.
• Controle de atmosfera: Para evitar a descarbonetação (perda de carbono superficial), a austenitização é realizada em atmosfera neutra controlada, a vácuo ou em forno de sal neutro. Como alternativa, envolva a peça firmemente em uma folha de aço inoxidável (Tipo 309, com 0,002 pol./0,05 mm de espessura, adequada para temperaturas de até 1227 °C / 2240 °F).

2.3 Resfriamento

D2 é um aço endurecível ao ar, o que simplifica a têmpera e minimiza a distorção em comparação aos métodos de têmpera em óleo ou água.

• Método: Resfrie o aço ao ar livre após retirá-lo do forno.
• Temperatura alvo: Deixe o aço esfriar até aproximadamente 65°C (150°F) antes de revenir.
• Alisamento: Se necessário, o endireitamento pode ser feito após o aço esfriar a cerca de 565 °C (1050 °F), mas antes de se transformar em martensita (cerca de 205 °C / 400 °F). Para evitar tensões e distorções, evite resfriamentos rápidos ou irregulares abaixo desse ponto de transformação.

2.4 Têmpera

Têmpera É essencial para reduzir a fragilidade inerente ao aço temperado, aliviar tensões e aumentar a tenacidade, mantendo a dureza necessária. O revenimento duplo é recomendado para aço D2.

• Primeiro temperamento: Aquecer a 515 °C (960 °F). Manter por 2 horas para cada polegada (25 mm) de seção transversal.
• Resfriamento: Deixe a peça esfriar completamente até a temperatura ambiente após o primeiro revenimento.
• Segundo temperamento: Reaqueça a 480 °C (900 °F). Mantenha a temperatura por 2 horas para cada 25 mm de seção transversal.
• Dureza esperada: Após o segundo revenimento e resfriamento, obtém-se uma dureza típica de 58 HRC. Esse processo de revenimento duplo refina a estrutura dos grãos, potencialmente melhorando a resistência ao desgaste.
• Alternativa (Temperamento Único): Uma têmpera única em torno de 205 °C (400 °F) produz maior dureza (aproximadamente 62 HRC), mas geralmente oferece menos tenacidade e resistência ao desgaste em comparação à têmpera dupla.

2.5 Alívio do estresse (após o endurecimento)

Se o aço D2 endurecido for submetido a retificação, soldagem ou usinagem por descarga elétrica (EDM) significativa, um revenimento com alívio de tensão é altamente recomendado para evitar rachaduras ou falhas causadas por tensões residuais.

• Temperatura: Aquecer lentamente até uma temperatura de 25 a 50°F (14 a 28°C) abaixo a temperatura final de revenimento utilizada. Uma abordagem alternativa para alívio geral de tensões envolve o aquecimento a 649–677 °C (1200–1250 °F).
• Tempo de imersão: Mantenha por 1–2 horas por polegada (25,4 mm) de espessura.
• Resfriamento: Deixe esfriar lentamente no forno até a temperatura ambiente.

2.6 Considerações importantes para o tratamento térmico D2

• Distorção: Embora o D2 ofereça boa estabilidade, pode ocorrer distorção devido ao aquecimento ou resfriamento irregular ou à geometria complexa das peças. Pré-aquecimento cuidadoso, austenitização uniforme e têmpera a ar controlada minimizam esse risco.
• Austenita retida: Parte da austenita pode permanecer sem transformação após a têmpera. O revenimento duplo ajuda a converter essa austenita retida em martensita, melhorando a estabilidade dimensional. Tratamentos abaixo de zero (criogênicos) podem reduzir ainda mais a austenita retida para aplicações exigentes.
• Descarbonetação: Proteger a superfície do aço durante o aquecimento, usando atmosfera controlada ou envoltório de papel alumínio, é essencial para evitar uma camada externa macia e manter a dureza total.

3. Especificação de aplicações e desempenho do aço para ferramentas D2

Em primeiro lugar, como mencionamos, o aço D2 é um aço com alto teor de carbono e alto teor de cromo. Esses elementos de liga tornam o aço D2 altamente duro e resistente ao desgaste.

Em segundo lugar, o alto teor de cromo melhora a temperabilidade do aço D2. A temperabilidade refere-se à capacidade do aço de ser endurecido por meio de tratamento térmico. Essa têmpera profunda e uniforme proporciona resistência ao desgaste e à deformação em aplicações exigentes.

Com base nessas propriedades, o aço D2 é amplamente utilizado em aplicações de ferramentas para trabalho a frio.

3.1 Matrizes de corte

O aço D2 é conhecido por sua excepcional resistência ao desgaste e dureza, tornando-o ideal para matrizes que cortam ou puncionam chapas metálicas. Matriz de corte para diferentes materiais, desde materiais de espessura mais fina (t≤3 mm) até chapas mais espessas. Além disso, é particularmente adequado para matrizes de corte usadas com materiais abrasivos, como chapas de aço silício e chapas de alumínio.

3.2 Matrizes de perfuração

Assim como a estampagem, a alta dureza e resistência ao desgaste do aço D2 o tornam uma boa escolha para perfurar furos em chapas metálicas.

3.3 Matrizes de conformação a frio

A capacidade do aço D2 de suportar altas tensões de compressão e resistir ao desgaste o torna adequado para operações de conformação a frio em temperatura ambiente. Isso inclui aplicações como extrusão a frio e recalque a frio, que exigem a manutenção da forma e a resistência ao desgaste sob alta pressão.

3.4 Matrizes de Desenho

Matrizes são utilizadas no processo de trefilação de chapas metálicas. O aço D2 é adequado para resistir ao desgaste associado ao atrito experimentado durante a trefilação.

Matrizes de laminação de roscas 3.5

Matrizes estão envolvidas no processo de trefilação de chapas metálicas, e o aço D2 é adequado para resistir ao desgaste associado ao atrito experimentado durante a trefilação.

3.6 Rolos de Formação

Em operações de laminação onde o metal é moldado por passagem, a dureza do aço D2 garante que os rolos mantenham seu perfil e resistam ao desgaste durante a produção de longo prazo.

3.7 Medidores

Ao aplicar ferramentas de medição, a estabilidade dimensional do aço D2 após o tratamento térmico, juntamente com sua alta capacidade de resistência ao desgaste, é crucial para manter a precisão por um longo período.

3.8 Lâminas de corte e tesoura

As arestas afiadas das ferramentas de corte e cisalhamento feitas de aço D2 mantêm seu fio por longos períodos devido à alta dureza e resistência ao desgaste do material. Isso se aplica a diversas espessuras de materiais, mas é preciso considerar tanto o equilíbrio quanto a tenacidade para materiais mais espessos.

Devemos lembrar que, embora o aço D2 ofereça excelente resistência ao desgaste e dureza para trabalho a frio, sua tenacidade deve ser considerada para aplicações que envolvam cargas de impacto muito altas ou tensões de flexão significativas.