Aço para ferramentas D2 | 1.2379 | SKD11

6. Propriedades

O aço para ferramentas D2 oferece um conjunto atraente de características mecânicas vitais para aplicações de ferramentas.

6.1 Dureza

A dureza é uma característica definidora entre Propriedades do aço D2.

6.1.1 Como temperado: Dependendo da temperatura de austenitização e do método de têmpera (ar ou óleo), o D2 normalmente atinge uma dureza na faixa de Faixa de 60-65 HRC.

6.1.2 Após a têmpera: Os níveis de dureza são ajustados de acordo com a temperatura de têmpera. Por exemplo:

• A têmpera a 205°C (400°F) pode resultar em aproximadamente 61 HRC.
• A têmpera a 425°C (800°F) pode render cerca de 55 HRC.
• O revenimento a 650°C (1200°F) normalmente reduz a dureza para cerca de 40 HRC.
  Uma faixa comum de dureza de trabalho é 60–62 HRC. A dureza inicial das seções de matriz de aço para ferramentas D2 é normalmente em torno de 255 HB (Dureza Brinell).

6.1.3 Endurecimento da superfície: O D2 responde bem à nitretação iônica, capaz de atingir níveis de dureza superficial de 750-1200 HV (Dureza Vickers) com uma dureza central entre 61-64 HRC, em profundidade rasa (5-8 micrômetros).

6.2 Força

O aço D2 apresenta características de resistência robustas:

• Resistência à tracção: Resistência à Tração Máxima (UTS) de 758 MPa.
• Limite de escoamento: Uma resistência ao escoamento de offset de 0,2% de 411 MPa e um limite de escoamento padrão de 350 MPa.
• Resistência à compressão:  O aço D2 apresenta alta resistência à compressão, principalmente quando revenido em temperaturas mais baixas. Essa resistência está diretamente relacionada ao nível de dureza; à medida que a temperatura de revenimento aumenta, tanto a dureza quanto a resistência à compressão tendem a diminuir.

6.3 Ductilidade e Tenacidade

Ao considerar Propriedades do aço ferramenta D2, ductilidade e tenacidade são aspectos importantes:

• O aço D2 é geralmente considerado de tenacidade moderada, superior a aços para ferramentas como o D3. Comparado a outros aços da série D com maior teor de carbono, o aço D2 apresenta um bom equilíbrio entre resistência ao desgaste e tenacidade.
• Ensaios de tração frequentemente mostram um modo de fratura dúctil, caracterizado por estruturas em forma de covinhas. No entanto, os espécimes podem apresentar uma superfície de fratura plana com estreitamento mínimo e baixa redução de área (por exemplo, em torno de 1,3% em alguns ensaios).
• O Módulo de Tenacidade foi medido em 81 MPa, com uma deformação de fratura de 1,97%.
• O aço D2 apresenta resistência e ductilidade anisotrópicas, o que é atribuído ao alongamento dos carbonetos da liga primária durante o trabalho a quente. A resistência e a ductilidade máximas do aço D2 ocorrem tipicamente ao longo da direção de laminação.

6.4 Estabilidade Dimensional

Um dos mais valorizados Propriedades do aço D2 é sua excelente estabilidade dimensional durante o tratamento térmico.

• Apresenta distorção mínima em comparação a muitos outros aços para ferramentas.
• Quando resfriado ao ar a partir da temperatura correta de endurecimento, os usuários podem esperar uma expansão ou contração de aproximadamente 0,0005 polegadas por polegada (ou mm/mm).
• Fatores como geometria da peça e distorções existentes podem influenciar o movimento total.
• Após retificação, soldagem, eletroerosão e outros processos, recomenda-se fortemente o revenimento com alívio de tensões. A temperatura de revenimento é geralmente 14-28 °C (25-50 °F) mais baixa que a temperatura final de revenimento.

6.5 Resistência ao desgaste

A resistência excepcional ao desgaste é uma marca registrada da Propriedades do aço D2.

• Oferece excelente resistência à abrasão, servindo frequentemente como referência para outros aços para ferramentas.
• Essa alta resistência ao desgaste é diretamente atribuída ao volume substancial de carbonetos duros ricos em cromo em sua microestrutura. Isso torna o D2 um material preferencial para ferramentas sujeitas a condições abrasivas e longos ciclos de produção. Sua resistência ao desgaste é cerca de 30-40% superior à do aço para ferramentas A2.

6.6 Considerações de processamento para aço D2

Embora ofereça excelente desempenho, certos processamentos Propriedades do aço ferramenta D2 deve ser observado:

• Usinabilidade: O aço D2 é considerado de usinabilidade relativamente baixa. Se o aço com teor de carbono de 1% for classificado como 100, o aço D2 será classificado como 45 para usinabilidade no estado recozido. Pode ser difícil de trabalhar e retificar.
• Soldabilidade: Devido ao alto teor de carbono do aço D2, sua soldabilidade usando métodos tradicionais é muito baixa.

6.7 Otimizando as propriedades do D2 por meio de tratamento térmico

A final Propriedades do aço ferramenta D2 dependem criticamente de um processo preciso de tratamento térmico. Isso normalmente envolve várias etapas importantes:

• Alívio de tensões (material não endurecido): Antes do endurecimento, especialmente para peças complexas ou usinadas com alta frequência, o alívio de tensões é vital. Isso geralmente envolve aquecimento lento e uniforme a 649–677 °C (1200–1250 °F), imersão por 1 a 2 horas por polegada de espessura e resfriamento lento (idealmente no forno).
• Pré-aquecimento: Devido à condutividade térmica relativamente baixa do D2, recomenda-se fortemente o pré-aquecimento a cerca de 650 °C (1200 °F) antes da austenitização. Isso minimiza o choque térmico, reduzindo o risco de rachaduras e distorções.
• Austenitização: O aço é aquecido a aproximadamente 1010 °C (1850 °F). Nessa temperatura, a estrutura se transforma em austenita e uma parcela significativa dos carbonetos se dissolve. O tempo de imersão é normalmente de 1 hora por polegada de seção transversal. O controle adequado da temperatura é crucial para evitar o excesso de austenita retida.
• Têmpera: O D2 é um aço endurecível ao ar. A têmpera ao ar a partir da temperatura de austenitização transforma a austenita em martensita, ajudando a minimizar a distorção. O aço deve ser resfriado a cerca de 65 °C (150 °F) antes do revenimento.
• Têmpera: Esta etapa é crucial para aumentar a tenacidade e aliviar as tensões internas na martensita temperada. Para D2, o revenimento também proporciona dureza secundária devido à precipitação de carbonetos de liga específicos.
  • Têmpera dupla: Prática padrão para D2 para garantir revenimento completo e estabilidade microestrutural. Um primeiro revenimento pode ser em torno de 515 °C (960 °F), seguido por um segundo revenimento em torno de 480 °C (900 °F). Os tempos de imersão são geralmente de 2 horas por polegada de seção transversal.
• Gerenciando Austenita Retida: O D2 pode reter austenita significativa (até 20%) após tratamento térmico padrão. Essa austenita instável pode se transformar com o tempo, causando alterações dimensionais.
  • Tratamentos Subzero: Tratamentos criogênicos profundos (por exemplo, perto de -184 °C / -300 °F) podem ajudar a transformar a austenita retida, melhorando potencialmente a estabilidade dimensional, a resistência à tração, a tenacidade e reduzindo o desgaste.
  • Pós-crio-têmpera: Se um tratamento abaixo de zero for realizado, uma etapa de revenimento adicional será necessária para revenir a martensita recém-formada e evitar fragilidade.
• Revenimento para alívio de tensões (material endurecido): Recomendado após operações como retificação ou eletroerosão em D2 endurecido, normalmente em uma temperatura ligeiramente abaixo da temperatura final de revenimento.