Fatores que afetam a dureza do aço para ferramentas D2

Aço para ferramentas D2 é um aço com alto teor de carbono e alto teor de cromo, endurecível ao ar. Sua dureza é afetada pela composição química, parâmetros de tratamento térmico e interações microestruturais.

Aqui estão os fatores detalhados que afetam a dureza do aço para ferramentas D2.

Elementos de liga na composição

A composição do aço D2 é¹

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

1. Carbono (C). O teor de carbono é o principal elemento que afeta a dureza máxima da martensita. Quando o teor de carbono do aço D2 é de aproximadamente 1,5%, ele atinge um alto grau de dureza. 
2. Cromo (Cr). O cromo melhora significativamente a resistência ao desgaste do aço D2, formando uma grande quantidade de carbonetos de liga M7C3 de alta dureza. O alto teor de cromo também confere ao aço D2 resistência a manchas.
3. Molibdênio (Mo) e Vanádio (V). Esses elementos são elementos de liga dura que aumentam a resistência ao desgaste e permitem que o aço D2 passe por têmpera secundária durante o processo de revenimento. Eles também conferem ao D2 alta temperabilidade, permitindo a têmpera ao ar, o que tem a vantagem de conferir ao aço D2 excelente estabilidade dimensional. O vanádio pode formar carbonetos extremamente duros do tipo MC, como o VC, com dureza de até 2520 HK.
4. Manganês (Mn) e Silício (Si). Embora esses elementos não tenham um efeito tão significativo na dureza máxima quanto os elementos formadores de carbono ou carboneto, eles contribuem para a temperabilidade.

Parâmetros de tratamento térmico

O tratamento térmico adequado do aço para ferramentas D2 também tem uma influência decisiva em sua dureza. Ele ajusta a dureza do aço para ferramentas D2, alterando sua microestrutura. Para obter informações detalhadas sobre este tópico, consulte ‘Como tratar termicamente o aço D2 adequadamente.‘

Temperatura e tempo de austenitização

O aquecimento do aço D2 à temperatura de austenitização de 980-1010°C / 1800-1850°F dissolve uma grande quantidade de carbonetos, enriquecendo o austenita com elementos de liga como carbono, cromo e molibdênio. Essa austenita enriquecida é crucial para atingir alta dureza martensítica na têmpera. A faixa de temperatura ideal para máxima dureza é específica para cada aço tipo D.

Temperaturas de austenitização mais altas resultam em maior dissolução do carboneto de liga e maior enriquecimento da austenita com carbono e elementos formadores de carboneto. Isso pode aumentar a quantidade de austenita retida na microestrutura após a têmpera. A austenita retida é uma fase mais macia, e quantidades excessivas podem resultar em menor dureza após a têmpera e instabilidade dimensional ao longo do tempo. No entanto, pode ser benéfica para a tenacidade, se devidamente controlada.

Meio de têmpera e taxa de resfriamento

A têmpera pode transformar a austenita interna do aço D2 em martensita, que é uma matriz dura. O aço D2 é um aço endurecível ao ar que pode ser revenido após resfriamento a 65 °C (150 °F) ao ar. Peças maiores de aço D2 podem ser resfriadas uniformemente com um ventilador.

Temperatura e tempo de têmpera

O revenimento é um tratamento térmico pós-endurecimento crucial que ajusta a dureza, alivia tensões internas e aumenta significativamente a tenacidade do aço para ferramentas D2. 

O aço D2 pode atingir uma dureza de aproximadamente 62 HRC com um único revenimento a 205 °C (400 °F). No entanto, o uso de uma temperatura mais alta para o revenimento duplo, como 515 °C/960 °F para o primeiro revenimento e 480 °C/900 °F para o segundo revenimento, normalmente resulta em uma dureza menor, de 58 HRC. No entanto, esse processo melhora a estrutura dos grãos, prolonga a resistência ao desgaste e aumenta a vida útil.

A relação entre a temperatura de revenimento e a dureza do aço D2²

Temperatura de têmpera	Rockwell C
Como extinto	64
300 °F / 150 °C	61
400 °F / 205 °C	60
500 °F / 260 °C	58
600 °F / 150 °C	58
700 °F / 370 °C	58
800 °F / 425 °C	57
900 °F / 480 °C	58
960 °F / 515 °C	58/60
1000 °F / 540 °C	56
1100 °F / 595 °C	48

Características e processamento da peça de aço D2

Além das propriedades inerentes e do tratamento térmico do material D2, seu estado inicial, dimensões, forma geométrica e tratamento de superfície também afetam a dureza.

1. O D2 é normalmente usinado na condição recozida (dureza recozida máxima de aproximadamente 220 HB) para facilitar o processamento antes do endurecimento final.
2. As dimensões e a estrutura das peças D2 afetam a taxa de resfriamento durante a têmpera, o que por sua vez afeta a uniformidade da dureza.
3. Processos de fabricação como retificação ou usinagem por eletroerosão (EDM) podem introduzir defeitos superficiais ou alterar a dureza da superfície. A reaustenitização e a têmpera podem ocorrer na superfície de ferramentas retificadas, resultando em alta dureza e fragilidade. 
4. A nitretação pode aumentar significativamente a dureza superficial do aço D2 (por exemplo, 750-1200 HV) sem a necessidade de uma camada espessa. Este tratamento é especialmente benéfico para a resistência ao desgaste e é aplicado em temperaturas que exigem que o aço tenha boa resistência ao revenimento.

Resumo

A alta dureza do aço ferramenta D2 advém da martensita de alta dureza formada por seu alto teor de carbono. O controle preciso da temperatura de austenitização do aço D2, juntamente com múltiplos processos de têmpera, pode ser usado para ajustar sua dureza, resistência ao desgaste e tenacidade.

1. Roberts, G., Krauss, G., & Kennedy, R. (1998). Aços para ferramentas: 5ª edição (p. 203). ASM Internacional. ↩︎
2. Bryson, WE (2010). Tratamento térmico, seleção e aplicação de aços para ferramentas (2ª ed., pág. 1149). Publicações Hanser. ↩︎