Orodno jeklo D2 | 1.2379 | SKD11

6. Lastnosti

Orodno jeklo D2 ponuja prepričljiv nabor mehanskih lastnosti, ki so ključne za uporabo v orodjih.

6.1 Trdota

Trdota je odločilna lastnost med Lastnosti jekla D2.

6.1.1 Po gašenju: Glede na temperaturo avstenitizacije in metodo kaljenja (zrak ali olje) D2 običajno doseže trdoto v Območje trdote 60–65 HRC.

6.1.2 Po popuščanju: Stopnje trdote se prilagajajo glede na temperaturo popuščanja. Na primer:

• Popuščanje pri 205 °C (400 °F) lahko povzroči približno 61 HRC.
• Popuščanje pri 425 °C (800 °F) lahko povzroči približno 55 HRC.
• Popuščanje pri 650 °C (1200 °F) običajno zmanjša trdoto na približno 40 HRC.
  Običajni razpon delovne trdote je 60–62 HRCZačetna trdota profilov matric iz orodnega jekla D2 je običajno okoli 255 HB (Trdota po Brinellu).

6.1.3 Površinsko utrjevanje: D2 se dobro odziva na ionsko nitriranje in lahko doseže površinsko trdoto 750–1200 V (Vickersova trdota) s trdoto jedra med 61–64 HRC, na majhni globini (5–8 mikrometrov).

6.2 Trdnost

Jeklo D2 ima robustne lastnosti trdnosti:

• Natezna trdnost: Končna natezna trdnost (UTS) 758 MPa.
• Moč tečenja: Meja tečenja 0,2% 411 MPa in standardno mejo tečenja 350 MPa.
• Tlačna trdnost:  Jeklo D2 ima visoko tlačno trdnost, zlasti pri popuščanju pri nižjih temperaturah. Ta trdnost je neposredno povezana s stopnjo trdote; z naraščanjem temperature popuščanja se tako trdota kot tlačna trdnost zmanjšujeta.

6.3 Duktilnost in žilavost

Pri obravnavi Lastnosti orodnega jekla D2, duktilnost in žilavost sta pomembna vidika:

• D2 na splošno velja za jeklo z zmerno žilavostjo, ki je boljša od orodnega jekla D3. V primerjavi z drugimi jekli serije D z višjo vsebnostjo ogljika ima jeklo D2 dobro ravnovesje med odpornostjo proti obrabi in žilavostjo.
• Natezni preskusi pogosto kažejo duktilni lom, za katerega so značilne jamicaste strukture. Vendar pa lahko vzorci kažejo ravno površino loma z minimalnim otegovanjem in majhnim zmanjšanjem površine (npr. okoli 1,3% v nekaterih preskusih).
• Modul žilavosti je bil izmerjen pri 81 MPa, z lomno deformacijo 1,971 TP3T.
• Jeklo D2 kaže anizotropno trdnost in duktilnost, kar je posledica raztezanja primarnih karbidov zlitine med vročo obdelavo. Največja trdnost in duktilnost D2 sta običajno vzdolž smeri valjanja.

6.4 Dimenzijska stabilnost

Eden najbolj cenjenih Lastnosti jekla D2 je njegova odlična dimenzijska stabilnost med toplotno obdelavo.

• V primerjavi z mnogimi drugimi orodnimi jekli kaže minimalno deformacijo.
• Pri kaljenju na zraku pri pravilni temperaturi lahko uporabniki pričakujejo raztezanje ali krčenje približno 0,0005 palca na palec (ali mm/mm).
• Dejavniki, kot so geometrija dela in obstoječa popačenja, lahko vplivajo na celotno gibanje.
• Po brušenju, varjenju, erozi in drugih postopkih je močno priporočljivo popuščanje za zmanjšanje napetosti. Temperatura popuščanja je običajno 14–28 °C (25–50 °F) nižja od končne temperature popuščanja.

6.5 Odpornost proti obrabi

Izjemna odpornost proti obrabi je značilnost Lastnosti jekla D2.

• Ponuja odlično odpornost proti obrabi, kar pogosto služi kot merilo za druga orodna jekla.
• Ta visoka odpornost proti obrabi je neposredno posledica znatne količine trdih, s kromom bogatih karbidov v njegovi mikrostrukturi. Zaradi tega je D2 prednostni material za orodja, ki so izpostavljena abrazivnim pogojem in dolgim proizvodnim serijam. Njegova odpornost proti obrabi je približno 30-40% boljša v primerjavi z orodnim jeklom A2.

6.6 Premisleki glede obdelave jekla D2

Čeprav ponuja odlično zmogljivost, nekatere obdelave Lastnosti orodnega jekla D2 je treba opozoriti:

• Obdelovalnost: D2 velja za jeklo z relativno slabo obdelovalnostjo. Če je jeklo z vsebnostjo ogljika 1% ocenjeno s 100, potem je D2 v žarjenem stanju ocenjen s 45 za obdelovalnost. Težko ga je obdelovati in brusiti.
• Varljivost: Zaradi visoke vsebnosti ogljika v jeklu D2 je njegova varivost s tradicionalnimi metodami zelo slaba.

6.7 Optimizacija lastnosti D2 s toplotno obdelavo

Končni Lastnosti orodnega jekla D2 so kritično odvisni od natančnega postopka toplotne obdelave. Ta običajno vključuje več ključnih faz:

• Zmanjševanje napetosti (nekaljen material): Pred kaljenjem, zlasti pri kompleksnih delih ali tistih, ki so močno strojno obdelani, je ključnega pomena razbremenitev napetosti. To običajno vključuje počasno in enakomerno segrevanje na 649–677 °C (1200–1250 °F), namakanje 1–2 uri na palec debeline in počasno hlajenje (idealno v peči).
• Predgretje: Zaradi relativno nizke toplotne prevodnosti D2 je pred avstenitizacijo zelo priporočljivo predgrevanje na približno 650 °C (1200 °F). To zmanjša toplotni šok, tveganje za razpoke in deformacije.
• Avsteniziranje: Jeklo se segreje na približno 1010 °C (1850 °F). Pri tej temperaturi se struktura pretvori v avstenit in znaten del karbidov se raztopi. Čas namakanja je običajno 1 ura na palec prečnega prereza. Pravilen nadzor temperature je ključnega pomena za preprečevanje prekomernega zadržanega avstenita.
• Kaljenje: D2 je jeklo, ki se kali na zraku. Kaljenje na zraku od temperature avstenitizacije pretvori avstenit v martenzit, kar pomaga zmanjšati deformacijo. Jeklo je treba pred popuščanjem ohladiti na približno 65 °C (150 °F).
• Kaljenje: Ta korak je ključnega pomena za povečanje žilavosti in lajšanje notranjih napetosti v kaljenem martenzitu. Pri D2 popuščanje zagotavlja tudi sekundarno trdoto zaradi izločanja specifičnih karbidov zlitine.
  • Dvojno kaljenje: Standardna praksa za D2 za zagotovitev popolnega popuščanja in mikrostrukturne stabilnosti. Prvo popuščanje je lahko okoli 515 °C (960 °F), sledi pa drugo popuščanje okoli 480 °C (900 °F). Časi namakanja so običajno 2 uri na palec prečnega prereza.
• Ravnanje z zadržanim avstenitom: D2 lahko po standardni toplotni obdelavi ohrani znatno količino avstenita (do 20%). Ta nestabilni avstenit se lahko sčasoma preoblikuje, kar povzroči dimenzijske spremembe.
  • Subzero tretmaji: Globoka kriogena obdelava (npr. blizu -184 °C / -300 °F) lahko pomaga pri transformaciji ostankov avstenita, kar lahko izboljša dimenzijsko stabilnost, natezno trdnost, žilavost in zmanjša obrabo.
  • Popuščanje po kriogenem postopku: Če se izvede obdelava pri temperaturah pod ničlo, je potreben dodaten korak popuščanja, da se popusti novo nastali martenzit in prepreči krhkost.
• Popuščanje za lajšanje napetosti (kaljen material): Priporočljivo po operacijah, kot sta brušenje ali erozija na kaljeni D2, običajno pri temperaturi nekoliko pod končno temperaturo popuščanja.