Bu makale, kapsamlı bir analiz sunmaktadır D2 çelikÖzelliklerini inceleyerek kimyasal bileşimini inceliyor ve performansını belirleyen metalurjik prensipleri ortaya koyuyor. Onlarca yıldır performans için bir ölçüt olarak hizmet veren bu çelik, aşınmaya karşı olağanüstü direnci ve zorlu görevlerde keskinliğini korumasıyla takdir edilen bir iş gücü malzemesidir. D2 takım çeliği, yüksek karbon ve krom içeriğiyle karakterize edilen bir alaşım ailesi olan soğuk iş takım çeliklerinin D grubu sınıflandırmasına aittir.
D2 çeliğinin bileşimi ve mülkler üzerindeki etkileri
| Element | İçerik (Ağırlık%) | D2 Çelik Özelliklerindeki Rol |
| Karbon (C) | 1.40 – 1.60% | Aşınma direnci için sert karbürler oluşturur, sertliği artırır |
| Krom (Cr) | 11.00 – 13.00% | Deoksidan, sertleşebilirliği ve çekme dayanımını artırır |
| Molibden (Mo) | 0,70 – 1,20% | Karbür oluşumu, aşınma direnci, sertleştirilebilirlik ve bir miktar korozyon direnci için birincil eleman |
| Vanadyum (V) | 0,50 – 1,10% | Sertleşebilirliği, tokluğu ve ikincil sertleşmeyi iyileştirir |
| Manganez (Mn) | 0,10 – 0,60% | Sertleşebilirliği ve çekme dayanımını artırabilen deoksidan |
| Silisyum (Si) | 0,10 – 0,60% | Deoksidasyon, ferriti güçlendirir |
D2 Çelik Özellikleri
D2'nin kimyasal bileşimi, mikro yapısı ve ısıl işlemi arasındaki etkileşim, belirgin bir performans özellikleri kümesiyle sonuçlanır. Bu bölüm, her bir temel özelliğin ayrıntılı ve veriye dayalı bir analizini sunmaktadır.
Aşınma Direnci ve Kenar Tutuşu
Üstün aşınma direnci, sert, krom açısından zengin alaşım karbürlerinin büyük bir kısmını oluşturan yüksek karbon ve krom içeriğinden kaynaklanmaktadır (M7C3) temperlenmiş martensitik bir matris içinde. Bu karbürler, molibden ve vanadyumla birlikte hem aşındırıcı hem de yapışkan aşınma direncini önemli ölçüde artırır.
Kenar tutuşu açısından, D2 çeliği, özellikle D3 ve D7 gibi yüksek karbonlu D tipi çeliklerle karşılaştırıldığında iyi tokluk sunar. Ancak bu durumun doğal bir dezavantajı vardır: aşınma direnci için sertliği artırmak genellikle tokluğu azaltır ve bunun tersi de geçerlidir. D2 mükemmel aşınma direncine sahip olsa da, orta derecede tok ve biraz kırılgan olarak kabul edilir. Maksimum aşınma direnci gerektiren uygulamalarda, D2 genellikle H11 çeliği gibi daha tok bir muhafazada ek parça olarak kullanılır. Nitrürleme veya PVD titanyum nitrür kaplamalar, boyutsal kararlılığından ödün vermeden D2 çeliğinin aşınma direncini daha da artırabilir.
Sertlik ve Dayanıklılık
D2 çeliğinin elemanları, temperlenmiş martensitik bir matris içinde, çoğunlukla M7C3 tipinde, sert, krom açısından zengin alaşımlı karbürlerin büyük hacimli bir kısmını oluşturmak üzere birleşir. Bu karbürler sementitten önemli ölçüde daha serttir ve üstün aşındırıcı ve adhesif aşınma direncine katkıda bulunur. D2 çeliği, normal çalışma uygulamaları için tipik olarak 58-60 Rockwell C (HRC) sertliğine ve küçük alüminyum parçaların basımı gibi özel kullanımlar için 60-62 HRC'ye kadar ulaşır. İyon nitrürlemeden sonra yüzey sertliği 750-1200 HV'ye ulaşabilir. Tipik ısıl işlem, yaklaşık 1010 °C'de (1850 °F) östenitlemeyi, ardından 515 °C (960 °F) ve 480 °C (900 °F) gibi daha yüksek sıcaklıklarda hava söndürme ve çift temperlemeyi içerir; bu, tane incelmesi nedeniyle aşınma direncini artırırken 58 HRC sertlik sağlayabilir. D2 çelik sertliği hakkında daha fazla bilgi edinmek için lütfen şuraya bakın: D2 Çelik Sertliği – Üstün Aşınma Direncinin Kilidini Açma.
Tokluk açısından, D2 çeliği orta tokluğa sahip olarak kabul edilir, ancak bir miktar kırılgandır ve genellikle düşük darbe dayanımı gösterir. Bu, aşınma direncini iyileştirmek için sertliği artırmak genellikle toklukta bir azalmaya neden olduğundan, doğal bir uzlaşmadır. D2 gibi yüksek karbonlu, yüksek kromlu soğuk iş takım çeliklerinin düşük tokluğu, yüksek karbonlu martensit ve kırılma başlatma bölgeleri olarak işlev görebilen kaba, çözünmemiş karbürlerin varlığından kaynaklanır. Temperleme, kalıntı gerilimleri azaltarak martensitin tokluğunu ve plastisitesini artırabilirken, temperleme sırasında kalan ostenitin dönüşümü de ek karbürler getirerek kırılmaya karşı duyarlılığı artırabilir. Kalan ostenitin dönüşümü nedeniyle yaklaşık 480 °C'de (900 °F) temperlemeden sonra tokluk minimumları gözlenir. D2 genellikle D3 ve D7 gibi yüksek karbonlu D tipi çeliklere kıyasla daha iyi tokluk sunar. Daha yüksek tokluk gerektiren uygulamalar için, D2'yi tasarım sınırlarının ötesine zorlamaya çalışmaktan ziyade, doğası gereği üstün tokluğa sahip farklı bir çelik sınıfı önerilir.
İşlenebilirlik ve Öğütülebilirlik
D2 çeliği, genellikle düşük bir işlenebilirlik derecesine sahip olması nedeniyle önemli işleme zorlukları sunar. Örneğin, uygun şekilde tavlandığında D2, 1% karbon çeliğinin 100'lük işlenebilirlik derecesine kıyasla 45'lik bir işlenebilirlik derecesine ulaşır. Alternatif olarak, D2 çeliğinin işlenebilirliği, tavlanmış W1 takım çeliğinin 60%'si veya serbest kesim çeliği B1112'nin 30-40%'sidir. İşlenmesi zor olmasına rağmen, D2 uzun vadeli damgalama uygulamaları için uygun bir çeliktir. Sertleştirilmiş D2 çeliğinin işlenmesi genellikle 80 ila 220 m/dak arasında değişen kesme hızları ve 0,05 ila 0,15 mm/dev arasında ilerleme hızları ve yüzey kalitesi için tornalama sırasında sabit 0,2 mm kesme derinliği gerektirir.
Öğütülebilirlik açısından, D2 çeliği, yüksek krom içeriği ve yüksek karbon içeriği nedeniyle öğütülmesi zor olarak da tanımlanır. Öğütülebilirlik veya standart taşlama taşları kullanılarak fazla malzemenin ne kadar kolay çıkarılabildiği, taşlama oranı (taşlama taşı aşınma hacmi başına çıkarılan metal hacmi) ile ölçülür. Bu oran genellikle alaşım ve karbon içeriği arttıkça azalır. D2 gibi D sınıfı çeliklerde bulunan M7C3 tipi gibi iri taneli, çözünmemiş karbürlerin varlığı, aşınma direncini ve öğütülebilirliği önemli ölçüde etkiler. Genellikle toz metalurjisi işlemiyle elde edilen daha ince karbür boyutları, öğütülebilirliğin iyileştirilmesine yol açabilir.
Korozyon Direnci
D2 çeliği, yüksek krom içeriğine rağmen, genellikle paslanmaz çeliğin korozyon direncine sahip olduğu düşünülmez. Bunun nedeni, kromunun büyük bir kısmının sürekli, koruyucu, pasif bir film oluşturmak yerine alaşım karbürlerine dahil edilmesidir. D2 çelikleri, yüksek sıcaklıklarda mükemmel oksidasyon direnci gösterse ve takımlar sertleştirilip parlatıldıktan sonra lekelenmeye karşı önemli bir direnç sağlasa da, genel korozyona karşı genel dirençleri sınırlıdır. D2 çeliğinde yüksek yüzey sertliği sağlayan nitrürleme işlemleri, çeliği tamamen korozyona dayanıklı hale getirmez ve bu özelliği artırmak için daha fazla krom ilavesi gerekir.
Boyutsal Kararlılık
D2 takım çeliği, diğer takım çeliklerine kıyasla ısıl işlem sırasında nispeten yüksek boyut kararlılığıyla tanınır. Uygun sertleştirme sıcaklığından hava ile söndürme yapıldığında, D2 genellikle inç başına yaklaşık 0,0005 inç (0,0005 mm/mm) genleşme veya büzülme gösterir. Ancak, parça geometrisi ve bükülme veya burulma gibi diğer bozulmalar gibi faktörler değişikliklere neden olabilir. Yüksek karbon ve krom içeriği, metal oluşumu ve imalatı sırasında mikro yapı bozulmasını en aza indirmeye yardımcı olur. D2 çeliğinin boyut kararlılığını etkileyen temel faktör, standart ısıl işlemden sonra 20%'ye kadar ulaşabilen tutulan ostenittir. Bu tutulan ostenit, oda sıcaklığında kendiliğinden söndürülmemiş martenzite dönüşebilir ve bu da daha sonra boyut değişikliklerine yol açabilir. 345°C'de (650°F) bir saat bekletildikten sonra söndürme gibi belirli ısıl işlem döngülerinin uygulanması, oda sıcaklığında boyut kararlılığını artırır. Parça tasarımı aynı zamanda ısı transferinin homojenliğini etkileyerek deformasyon seviyelerini de derinden etkiler.
D2 Çeliğinin Mekanik ve Fiziksel Özellikleri
| Mülkiyet | Metrik Değer | İmparatorluk Değeri |
| Yoğunluk | 7,70−7,75 g/cm3 | 0,278−0,280lb/in3 |
| Erime Noktası | 1421℃ | 2590℉ |
| Elastisite Modülü | 190−210GPa | 27.557−30.457ksi |
| Poisson Oranı | 0,27−0,30 | 0,27−0,30 |
| Termal İletkenlik | 20,0−25,0W/m⋅K | 11,58−14,5BTU⋅in/h⋅ft2⋅℉ |
| Özgül Isı Kapasitesi | 460J/kg⋅K | 0,11 BTU/lb⋅℉ |
| Isıl Genleşme Katsayısı (20−100∘C) | 10,4×10−6/℃ | 6,4×10−6/℉ |
| Çekme Dayanımı (Sertleştirilmiş) | ≈1800MPa | ≈261.000psi |
| Akma Dayanımı (Sertleştirilmiş) | ≈1500MPa | ≈217.500psi |
| Sertlik (Sertleştirilmiş, Rockwell C) | 55−62HRC | 55−62HRC |
| Sertlik (Tavlanmış, Brinell) | 220−255HBW | 220−255HBW |
Isıl İşlemin D2 Çeliğinin Özellikleri Üzerindeki Etkisi
D2 çeliğinin mekanik özellikleri, genellikle ostenitleme, söndürme ve temperlemeyi içeren ısıl işlemden büyük ölçüde etkilenir.
- Ostenitleme, karbür çözünme derecesini, ostenit yapısının homojenliğini ve tane boyutunu belirleyerek çeliğin sertleştirilebilirliğini ve nihai özelliklerini etkiler. Daha yüksek ostenitleme sıcaklıkları, karbürlerin daha fazla çözünmesine, katı çözeltideki karbon ve krom miktarının artmasına neden olur; bu da Ms (martenzit başlangıcı) ve Mf (martenzit bitişi) sıcaklıklarını düşürebilir ve tutulan ostenit miktarını artırabilir. Ostenitleme sırasında aşırı ısıtma veya aşırı ıslatma, moleküler yapıya zarar vererek kırılganlığa yol açabilirken, yetersiz pişirme sertlik kaybına neden olur. D2 çeliğinin, su verme işleminden sonra 64 HRC sertliğe ulaşması beklenir.
- D2 çeliği östenitleme işleminden sonra genellikle hava ile soğutulur, ancak yağ ile soğutma da kullanılabilir. Hava ile soğutma, bozulmayı en aza indirir. Söndürme sırasındaki soğutma hızı, östenitin martenzite dönüşmesini kolaylaştırır. Bu, düşük alaşımlı çeliklerdeki en sert bileşendir ve tatmin edici sertliğe ulaşmanın temel amacıdır.
- Temperleme, D2 çeliği için kritik bir söndürme sonrası ısıl işlemdir ve genellikle 480°C ile 540°C (900°F ile 1000°F) arasında değişen sıcaklıklarda gerçekleştirilir. Kalıntı gerilimleri azaltmak ve çatlamayı önlemek için soğutmadan hemen sonra gerçekleştirilir. D2 çeliği genellikle birden fazla temperleme döngüsü gerektirir (örneğin, çift veya üçlü temperleme). Birden fazla temperleme işlemi tane yapısını iyileştirir, aşınma direncini artırır ve gerilim giderme sağlar. Temperleme, standart ısıl işlemden sonra 20% kadar yüksek olabilen kalan ostenit miktarını önemli ölçüde azaltarak boyut kararlılığını artırır ve oda sıcaklığında zamanla kendiliğinden temperlenmemiş martenzite dönüşümü önler. Bu işlem, metastabil epsilon karbürün sementite dönüşümünü ve alaşım karbürlerinin çökelmesini içerir ve bu da ikincil sertleştirme olarak bilinen sertlik ve hacimde bir artışa neden olur.
D2 çeliği için özel ısıl işlem yöntemleri için lütfen bkz. D2 Çelik Nasıl Doğru Şekilde Isıl İşlemden Geçirilir.
Uygulamalar
Bu özellikler göz önüne alındığında D2, yüksek aşınma direnci gerektiren zorlu soğuk iş işleri için tercih edilen bir malzemedir:
- Ölüyor: Kesme, şekillendirme, damgalama, çekme, diş açma, ekstrüzyon ve kesme kalıpları. Özellikle uzun üretim serileri için iyidir.
- Yumruklar: Delici yumruklar, soğuk şekillendirici yumruklar.
- Bıçaklar ve Bıçaklar: Makas bıçakları, kesici bıçaklar, endüstriyel bıçaklar (kağıt, ahşap için).
- Rulolar: Şekillendirme silindirleri, dikiş silindirleri, tahrik silindirleri.
- Aşınan Parçalar: Yüksek aşınma direncinin istendiği ölçüm aletleri, mandrel, torna tezgahı merkezleri ve bazen kılavuzlar veya kamlar.
Çözüm
D2 çeliğinin yüksek karbonlu, yüksek kromlu kimyasal bileşimi ve benzersiz karbür açısından zengin mikro yapısı, endüstriyel atölyelerde ve takım kullanıcıları arasında güvenilir bir seçenek olmaya devam etmesini sağlar. Yüksek aşınma direnci, yüksek sertlik ve uygun maliyet sunar. Ancak dezavantajları da bir o kadar belirgindir: tokluğu özellikle yüksek olmadığından yüksek darbeli uygulamalar için uygun değildir ve önemli işleme zorlukları yaratır. Her şeye rağmen, D2 çeliğinin değer önerisi bugün de onlarca yıl önce olduğu kadar sağlamdır.
