Aço para ferramentas D2 vs. A2

Aço para ferramentas D2 e Aço para ferramentas A2 são ambos aços para ferramentas de trabalho a frio e são adequados para uso em condições abaixo de 200°C (390°F). Se usados em condições de alta temperatura, podem sofrer recozimento ou rachaduras devido a choque térmico, resultando em falha do material.

No sistema de classificação AISI, A2 pertence ao grupo “endurecimento ao ar, média liga” (Grupo A), enquanto D2 pertence ao grupo “alto carbono, alto cromo” (Grupo D).

1. Composição Química e Microestrutura

O aço D2 é um aço com alto teor de carbono e alto teor de cromo. Do ponto de vista microestrutural, esses elementos formam uma grande quantidade de carbonetos, particularmente os carbonetos M7C3, ricos em cromo. São esses carbonetos que conferem ao D2 sua alta vestir resistência e dureza. Após a devida tratamento térmico, a fração volumétrica de carbonetos não dissolvidos na microestrutura de D2 é de aproximadamente 13%, significativamente maior que a de A2.

O teor aproximado de cromo 5% no aço A2 confere-lhe resistência ao amolecimento em altas temperaturas. O aço A2 apresenta boa resistência ao desgaste devido à sua microestrutura, que apresenta estruturas de martensita de alto carbono e carbonetos uniformemente distribuídos. Embora o aço A2 contenha carbonetos de liga, seu tamanho de grão é menor que o dos aços da série D2.

Referências: 1. JR Davis, Manual de Metais Edição de Mesa, 2ª Edição, Comitê do Manual Internacional ASM. 2. Dr. Rafael A. Mesquita, Propriedades e desempenho dos AÇOS PARA FERRAMENTAS, Imprensa CRC.

2. Dureza e Resistência ao Desgaste

Tanto o aço ferramenta D2 quanto o aço ferramenta A2 apresentam excelente resistência ao desgaste, sendo o D2 superior ao A2. As razões para isso são explicadas no parágrafo anterior, sob a perspectiva da composição e da microestrutura. Com base em nossa experiência, a resistência ao desgaste do D2 pode ser melhorada de 30% a 40% em comparação ao A2. Após passar por uma dupla têmpera processo de tratamento térmico, D2 pode atingir uma dureza Rockwell de 58 HRC, o que resulta em uma melhoria de 25% a 30% na resistência ao desgaste em comparação ao processo de têmpera tradicional.

3. Resistência

O aço para ferramentas A2 é caracterizado por alta tenacidadeComparado ao aço D2, o aço A2 apresenta maior tenacidade, enquanto o D2 é mais frágil. A menor tenacidade do aço D2 se deve ao seu alto teor de carbono, e são justamente esses carbonetos que conferem ao aço D2 sua excelente resistência ao desgaste. Portanto, resistência ao desgaste e tenacidade não podem ser alcançadas simultaneamente.

4. Temperabilidade e Tratamento Térmico

4.1 Endurecimento e distorção do ar

A2 e D2 são ambos tipos de aço que usam principalmente ar têmperaA têmpera ao ar refere-se ao processo de resfriamento da temperatura de austenitização até a temperatura ambiente para atingir o endurecimento completo. Suas vantagens incluem deformação mínima do material e baixo risco de trincas. Comparados aos aços temperados em óleo ou em água, os aços A2 e D2 apresentam menor deformação, precisamente porque a variação de temperatura durante a têmpera ao ar é muito lenta.

Tanto A2 quanto D2 apresentam excelente estabilidade dimensional durante a têmpera. Quando temperado ao ar na temperatura de têmpera adequada, A2 expande-se em aproximadamente 0,001 polegada por polegada. D2 atinge a chamada "mudança dimensional zero" controlando precisamente o equilíbrio entre austenita e martensita por meio de múltiplos ciclos de têmpera. Gostaríamos de enfatizar que D2 retém até 20% de sua estrutura de austenita após a têmpera. Se não for tratado adequadamente por meio de têmpera subsequente ou processamento em baixa temperatura, isso pode levar à instabilidade dimensional.

4.2 Têmpera

Um único ciclo de revenimento geralmente é suficiente para A2, enquanto D2 requer um ciclo de revenimento complexo. A temperatura de revenimento único para A2 é de 205 °C (400 °F). Se um segundo ciclo de revenimento for necessário, a temperatura é ligeiramente reduzida para 190 °C (375 °F). O objetivo do segundo ciclo de revenimento para A2 é refinar a estrutura dos grãos. Após o segundo ciclo de revenimento, A2 é particularmente benéfico para peças com seções transversais complexas, ângulos agudos ou peças que exigem maior vida útil da ferramenta e melhor tenacidade.

Para o D2, a temperatura de revenimento único é de 205 °C (400 °F), o que pode atingir uma dureza de aproximadamente 62 HRC. No entanto, o método mais recomendado e comum para o D2 é o revenimento duplo. A primeira temperatura de revenimento no processo de revenimento duplo é de 515 °C (960 °F), seguida por um segundo revenimento a 480 °C (900 °F), com cada revenimento durando 2 horas por polegada de seção transversal. Este processo de revenimento duplo de alta temperatura refina a estrutura dos grãos, aumentando significativamente a resistência ao desgaste e o alívio de tensões. Para o D2, um aço de alto carbono e alto cromo endurecível ao ar, recomendamos fortemente o revenimento duplo e, em alguns casos, até mesmo o revenimento triplo, para promover a transformação da austenita residual em martensita.

5. Usinabilidade e retificação

A2 é fácil de usinar e retificar, enquanto D2 é difícil de usinar e retificar. Se a usinagem e retificação do aço W1 for definida como 100, A2 obtém 60 pontos e D2 45. O texto acima explica por que D2 é difícil de usinar e retificar do ponto de vista da composição e da microestrutura. Este é outro exemplo dos dois lados da mesma moeda.

6. Aplicações típicas

Aplicações do aço para ferramentas D2: D2 é amplamente utilizado para matrizes de longo prazo. Sua excepcional resistência ao desgaste o torna ideal para:

• Matrizes de estampagem, conformação e estampagem profunda: Especialmente para longas tiragens de produção, corte de laminações e laminação de roscas.
• Punções e matrizes de perfuração: Devido à sua alta resistência ao desgaste.
• Facas de corte e corte: Para alta produção em papel de espessura fina ou média.
• Calibres, ferramentas de brunimento, rolos, moldes para tijolos: Onde a máxima resistência à abrasão e a estabilidade dimensional são primordiais.
• Acabamento a quente de peças forjadas: Embora seja usado principalmente para trabalho a frio, o D2 pode ser usado para corte a quente quando a tenacidade é menos crítica.

Aplicações do aço para ferramentas A2: A2 é uma opção versátil para uso geral, valorizada por seu equilíbrio entre resistência à abrasão e tenacidade, além de distorção mínima no tratamento térmico. Aplicações comuns incluem:

• Matrizes e punções de uso geral: Para corte, conformação e trefilação, especialmente onde são necessárias boa resistência à abrasão e tenacidade aprimorada.
• Cubos e Moldes Mestres: Especialmente para moldes pequenos, onde boa resistência ao desgaste e estabilidade dimensional são importantes.
• Lâminas de tesoura: Para cisalhamento a frio, oferecendo boa resistência ao desgaste.
• Serras: É um material de uso geral para muitas aplicações de serras.
• Matrizes Sólidas: Geralmente preferido em relação a D2 ou D3 para punções e matrizes sólidas onde a retificação extensiva não é viável, porque A2 oferece um melhor equilíbrio entre tenacidade e temperabilidade em seções maiores.

7. Considerações sobre seleção estratégica

Ao escolher entre D2 e A2, considere o seguinte:

• Volume de Produção e Abrasividade: D2 é adequado para ciclos de produção extremamente longos ou materiais de peças altamente abrasivos, enquanto A2 é adequado para ciclos de produção médios ou materiais pouco abrasivos.
• Risco de carga de impacto e lascamento: Entre os materiais utilizados na fabricação de facas, o aço A2 apresenta maior tenacidade e ductilidade, tornando-o mais adequado para facas. O aço D2, por outro lado, é muito quebradiço e propenso a lascar.
• Custos de fabricação: O material D2 é mais difícil de usinar e retificar, então o material A2 tem custos de processamento mais baixos.

Em resumo, se você precisa de um material com maior resistência ao desgaste, o D2 é a melhor escolha. A vantagem do A2 reside em sua maior tenacidade e ductilidade. Uma vantagem em uma situação pode se tornar uma desvantagem em outra, por isso é importante compreender completamente as características de ambos os materiais para fazer a escolha correta.