Fatores que afetam a dureza do aço para ferramentas D2

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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.

The Critical Role of Chemical Composition

A composição do aço D2 é¹

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 ‘How to Properly Heat Treat D2 Steel.‘

Temperatura e tempo de austenitização

Heating D2 steel to the austenitizing temperature of 980-1010°C / 1800-1850°F dissolves a large amount of carbides, enriching the austenite with alloying elements such as carbon, chromium, and molybdenum. This enriched austenite is crucial for achieving high martensitic hardness upon quenching. The optimum temperature range for maximum hardness is specific for each D-type steel.

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

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.

Links relacionados

• Aço para ferramentas D2 | 1.2379 | SKD11
• Aço D2: Aplicações na Fabricação de Ferramentas
• O aço D2 precisa ser temperado para atender às necessidades da sua fábrica?
• Aço ferramenta O1 vs. D2: Quais são as diferenças?
• Dureza do aço para ferramentas A2: o guia completo para HRC, tratamento térmico e desempenho

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. ↩︎