Thép công cụ D2 | 1.2379 | SKD11

6. Thuộc tính

Thép công cụ D2 cung cấp một bộ đặc tính cơ học hấp dẫn, quan trọng cho các ứng dụng gia công.

6.1 Độ cứng

Độ cứng là một đặc điểm xác định giữa Tính chất của thép D2.

6.1.1 Làm nguội: Tùy thuộc vào nhiệt độ austenit hóa và phương pháp làm nguội (không khí hoặc dầu), D2 thường đạt được độ cứng trong Phạm vi 60-65 HRC.

6.1.2 Sau khi ủ: Mức độ cứng được điều chỉnh theo nhiệt độ tôi luyện. Ví dụ:

• Làm nguội ở 205°C (400°F) có thể tạo ra khoảng 61 HRC.
• Làm nguội ở 425°C (800°F) có thể tạo ra khoảng 55HRC.
• Làm nguội ở 650°C (1200°F) thường làm giảm độ cứng xuống khoảng 40HRC.
  Phạm vi độ cứng làm việc phổ biến là 60–62 HRC. Độ cứng ban đầu của các phần khuôn thép công cụ D2 thường là khoảng 255 HB (Độ cứng Brinell).

6.1.3 Làm cứng bề mặt: D2 phản ứng tốt với quá trình thấm nitơ ion, có khả năng đạt được mức độ cứng bề mặt 750-1200 HV (Độ cứng Vickers) với độ cứng lõi nằm trong khoảng 61-64 HRC, ở độ sâu nông (5-8 micromet).

6.2 Sức mạnh

Thép D2 có đặc tính chịu lực mạnh mẽ:

• Độ bền kéo: Độ bền kéo cực đại (UTS) của 758MPa.
• Cường độ chịu lực: Độ bền giới hạn chảy bù trừ 0,2% 411MPa và một tiêu chuẩn Giới hạn chảy của 350MPa.
• Cường độ nén:  Thép D2 thể hiện cường độ nén cao, đặc biệt là khi tôi luyện ở nhiệt độ thấp hơn. Cường độ này liên quan trực tiếp đến mức độ cứng; khi nhiệt độ tôi luyện tăng, cả độ cứng và cường độ nén đều có xu hướng giảm.

6.3 Độ dẻo và độ dai

Khi xem xét Tính chất của thép công cụ D2, độ dẻo dai và độ bền là những khía cạnh quan trọng:

• D2 thường được coi là có độ dẻo dai vừa phải, vượt trội hơn các loại thép công cụ như D3. So với các loại thép dòng D khác có hàm lượng cacbon cao hơn, thép D2 có sự cân bằng tốt giữa khả năng chống mài mòn và độ dẻo dai.
• Các thử nghiệm kéo thường cho thấy chế độ gãy dẻo, đặc trưng bởi các cấu trúc giống như vết lõm. Tuy nhiên, các mẫu vật có thể cho thấy bề mặt gãy phẳng với sự thắt cổ chai tối thiểu và giảm diện tích thấp (ví dụ, khoảng 1,3% trong một số thử nghiệm).
• Mô đun độ dẻo dai đã được đo ở mức 81 MPa, với độ biến dạng gãy là 1,97%.
• Thép D2 thể hiện độ bền và độ dẻo không đẳng hướng, được quy cho sự kéo dài của hợp kim cacbua chính trong quá trình gia công nóng. Độ bền và độ dẻo tối đa của D2 thường theo hướng cán.

6.4 Độ ổn định kích thước

Một trong những giá trị nhất Tính chất của thép D2 là độ ổn định kích thước tuyệt vời trong quá trình xử lý nhiệt.

• So với nhiều loại thép công cụ khác, loại thép này có độ biến dạng tối thiểu.
• Khi làm nguội bằng không khí ở nhiệt độ làm cứng thích hợp, người dùng có thể thấy độ giãn nở hoặc co lại khoảng 0,0005 inch trên một inch (hoặc mm/mm).
• Các yếu tố như hình dạng của bộ phận và độ biến dạng hiện có có thể ảnh hưởng đến chuyển động tổng thể.
• Sau khi mài, hàn, EDM và các quy trình khác, nên tiến hành tôi luyện giảm ứng suất. Nhiệt độ tôi luyện thường thấp hơn nhiệt độ tôi luyện cuối cùng 14-28°C (25-50°F).

6.5 Khả năng chống mài mòn

Khả năng chống mài mòn đặc biệt là một đặc điểm nổi bật của Tính chất của thép D2.

• Thép này có khả năng chống mài mòn tuyệt vời, thường được dùng làm chuẩn mực cho các loại thép công cụ khác.
• Khả năng chống mài mòn cao này có được trực tiếp là nhờ vào khối lượng lớn các cacbua cứng, giàu crom trong cấu trúc vi mô của nó. Điều này khiến D2 trở thành vật liệu được ưa chuộng để gia công trong điều kiện mài mòn và sản xuất trong thời gian dài. Khả năng chống mài mòn của nó được ghi nhận là khoảng 30-40%, cải thiện hơn thép công cụ A2.

6.6 Cân nhắc về xử lý cho thép D2

Trong khi cung cấp hiệu suất tuyệt vời, xử lý nhất định Tính chất của thép công cụ D2 cần lưu ý:

• Khả năng gia công: D2 được coi là có khả năng gia công tương đối kém. Nếu thép có hàm lượng cacbon 1% được đánh giá là 100, thì D2 được đánh giá là 45 về khả năng gia công ở trạng thái ủ. Có thể khó gia công và mài.
• Khả năng hàn: Do hàm lượng carbon cao trong thép D2 nên khả năng hàn bằng phương pháp truyền thống rất kém.

6.7 Tối ưu hóa tính chất D2 thông qua xử lý nhiệt

Cuối cùng Tính chất của thép công cụ D2 phụ thuộc rất nhiều vào quy trình xử lý nhiệt chính xác. Quy trình này thường bao gồm một số giai đoạn chính:

• Giảm ứng suất (Vật liệu chưa cứng): Trước khi tôi cứng, đặc biệt là đối với các bộ phận phức tạp hoặc các bộ phận được gia công nhiều, việc giảm ứng suất là rất quan trọng. Điều này thường bao gồm việc nung nóng chậm và đồng đều đến 649–677°C (1200–1250°F), ngâm trong 1-2 giờ cho mỗi inch độ dày và làm nguội chậm (lý tưởng nhất là trong lò).
• Làm nóng trước: Do độ dẫn nhiệt tương đối thấp của D2, nên làm nóng trước đến khoảng 650°C (1200°F) trước khi austenit hóa. Điều này giúp giảm thiểu sốc nhiệt, giảm nguy cơ nứt và biến dạng.
• Austenit hóa: Thép được nung nóng đến khoảng 1010°C (1850°F). Ở nhiệt độ này, cấu trúc chuyển thành austenit và một phần đáng kể các cacbua hòa tan. Thời gian ngâm thường là 1 giờ cho mỗi inch mặt cắt ngang. Kiểm soát nhiệt độ thích hợp là rất quan trọng để tránh austenit dư thừa.
• Làm nguội: D2 là thép tôi bằng không khí. Làm nguội bằng không khí từ nhiệt độ austenit hóa biến đổi austenit thành mactensit, giúp giảm thiểu sự biến dạng. Thép phải được làm nguội đến khoảng 65°C (150°F) trước khi tôi luyện.
• Làm nguội: Bước này rất quan trọng để tăng độ dẻo dai và giảm ứng suất bên trong trong martensite đã tôi. Đối với D2, quá trình tôi cũng cung cấp độ cứng thứ cấp do sự kết tủa của các hợp kim cacbua cụ thể.
  • Ủ kép: Thực hành tiêu chuẩn cho D2 để đảm bảo quá trình tôi luyện hoàn toàn và tính ổn định của cấu trúc vi mô. Nhiệt độ tôi luyện đầu tiên có thể vào khoảng 515°C (960°F), sau đó là nhiệt độ tôi luyện thứ hai vào khoảng 480°C (900°F). Thời gian ngâm thường là 2 giờ cho mỗi inch mặt cắt ngang.
• Quản lý Austenit giữ lại: D2 có thể giữ lại austenit đáng kể (lên đến 20%) sau khi xử lý nhiệt tiêu chuẩn. Austenit không ổn định này có thể biến đổi theo thời gian, gây ra những thay đổi về kích thước.
  • Phương pháp điều trị dưới 0 độ: Các phương pháp xử lý lạnh sâu (ví dụ, gần -184°C / -300°F) có thể giúp chuyển đổi austenit giữ lại, có khả năng cải thiện độ ổn định về kích thước, độ bền kéo, độ dẻo dai và giảm mài mòn.
  • Ủ sau khi đông lạnh: Nếu thực hiện xử lý dưới 0 độ, cần có thêm một bước tôi luyện để tôi luyện martensit mới hình thành và ngăn ngừa tình trạng giòn.
• Làm nguội giảm ứng suất (Vật liệu cứng): Khuyến nghị sử dụng sau các hoạt động như mài hoặc EDM trên D2 đã tôi cứng, thường ở nhiệt độ thấp hơn một chút so với nhiệt độ tôi cuối cùng.