Tính chất và ứng dụng của thép công cụ D2

Thép công cụ D2 là gì? Nó là một loại thép có hàm lượng cacbon cao, crom cao, thép công cụ làm việc nguội. Nó đặc biệt được biết đến với khả năng chống mài mòn tốt và khả năng làm cứng sâu. Khi chúng ta thảo luận về thông số kỹ thuật của thép D2, chúng ta sẽ nói về Thành phần thép D2, xử lý nhiệt và độ cứng, ứng dụng và hiệu suất, so sánh thép D2 với các loại thép khác thuộc dòng D, những tình huống phổ biến mà thép D2 cần được xem xét để thay thế, Và Nhược điểm của thép D2.

1. Thành phần hóa học của thép công cụ D2

2. Xử lý nhiệt Và độ cứng Thông số kỹ thuật cho thép công cụ D2

2.1 Làm nóng trước

Việc gia nhiệt trước rất quan trọng đối với thép có hàm lượng crom cao, chẳng hạn như D2, do độ dẫn nhiệt thấp hơn của chúng. Bước này ngăn ngừa nứt trong giai đoạn gia nhiệt chính bằng cách đảm bảo phân phối nhiệt độ đều và giảm ứng suất bên trong.

• Nhiệt độ khuyến nghị: Làm nóng chậm và đều đến 1200°F (650°C). Đôi khi, nhiệt độ trong khoảng 1200–1250°F (649–677°C) được sử dụng để giảm ứng suất cho vật liệu chưa cứng.
• Thời gian ngâm: Giữ ở nhiệt độ trong khoảng 10-15 phút cho một phần 3″ (75mm). Các phần lớn hơn cần ngâm lâu hơn. Để giảm ứng suất, hướng dẫn là 2 giờ cho mỗi inch (4,7 phút/mm) độ dày, sau đó làm nguội chậm trong lò.

2.2 Austenit hóa (Làm cứng)

Austenit hóa biến đổi cấu trúc vi mô của thép thành austenit và hòa tan các hợp kim cacbua, cần thiết cho quá trình tôi luyện.

• Nhiệt độ đông cứng: Làm nóng thép D2 đến nhiệt độ 1850°F (1010°C).
• Thời gian ngâm: Giữ ở nhiệt độ austenit hóa trong 1 giờ cho mỗi inch (25 mm) mặt cắt ngang để đảm bảo quá trình chuyển đổi hoàn toàn và đồng đều.
• Kiểm soát khí quyển: Để ngăn ngừa quá trình khử cacbon (mất cacbon bề mặt), quá trình austenit hóa được thực hiện trong môi trường trung tính được kiểm soát, chân không hoặc lò muối trung tính. Ngoài ra, bọc chặt bộ phận bằng lá thép không gỉ (Loại 309, dày 0,002 in./0,05 mm phù hợp với nhiệt độ lên đến 2240°F /1227°C).

2.3 Làm nguội

D2 là thép tôi bằng không khí, giúp quá trình tôi đơn giản hơn và giảm thiểu biến dạng so với phương pháp tôi bằng dầu hoặc nước.

• Phương pháp: Làm nguội thép trong không khí tĩnh sau khi lấy ra khỏi lò.
• Nhiệt độ mục tiêu: Để thép nguội đến khoảng 150°F (65°C) trước khi tôi.
• Làm thẳng: Nếu cần, có thể làm thẳng thép sau khi thép nguội đến khoảng 1050° F (565° C) nhưng trước khi chuyển thành martensite (khoảng 400° F / 205° C). Để ngăn ngừa ứng suất và biến dạng, tránh làm nguội nhanh hoặc không đều dưới điểm biến dạng này.

2.4 Làm nguội

Làm nguội là điều cần thiết để giảm độ giòn vốn có trong thép tôi, giảm ứng suất và tăng độ dẻo dai trong khi vẫn duy trì độ cứng cần thiết. Tôi luyện kép được khuyến nghị cho thép D2.

• Cơn nóng giận đầu tiên: Đun nóng đến 960°F (515°C). Giữ trong 2 giờ cho mỗi inch (25mm) mặt cắt ngang.
• Làm mát: Để sản phẩm nguội hoàn toàn đến nhiệt độ phòng sau lần tôi đầu tiên.
• Cơn nóng giận thứ hai: Làm nóng lại đến 900°F (480°C). Giữ trong 2 giờ cho mỗi inch (25mm) mặt cắt ngang.
• Độ cứng mong đợi: Sau lần tôi luyện và làm nguội thứ hai, độ cứng điển hình đạt được là 58 HRC. Quá trình tôi luyện kép này tinh chỉnh cấu trúc hạt, có khả năng cải thiện khả năng chống mài mòn.
• Thay thế (Tính khí đơn): Quá trình tôi luyện đơn ở khoảng 400°F (205°C) mang lại độ cứng cao hơn (khoảng 62 HRC) nhưng nhìn chung độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn kém hơn so với quá trình tôi luyện kép.

2.5 Giảm căng thẳng (Sau khi làm cứng)

Nếu thép D2 đã tôi phải trải qua quá trình mài, hàn hoặc gia công bằng tia lửa điện (EDM) đáng kể thì nên sử dụng phương pháp tôi giảm ứng suất để ngăn ngừa nứt hoặc hỏng do ứng suất dư gây ra.

• Nhiệt độ: Đun nóng từ từ đến nhiệt độ từ 25 đến 50°F (14 đến 28°C) dưới nhiệt độ tôi luyện cuối cùng được sử dụng. Một cách tiếp cận thay thế để giảm ứng suất chung là gia nhiệt đến 1200–1250°F (649–677 °C).
• Thời gian ngâm: Giữ trong 1–2 giờ cho mỗi inch (25,4 mm) độ dày.
• Làm mát: Làm nguội từ từ trong lò đến nhiệt độ phòng.

2.6 Những cân nhắc quan trọng khi xử lý nhiệt D2

• Sự biến dạng: Trong khi D2 có độ ổn định tốt, biến dạng có thể xảy ra do gia nhiệt hoặc làm mát không đều hoặc hình dạng bộ phận phức tạp. Làm nóng trước cẩn thận, austenit hóa đồng đều và làm nguội bằng khí có kiểm soát sẽ giảm thiểu rủi ro này.
• Austenit giữ lại: Một số austenit có thể vẫn không biến đổi sau khi tôi. Quá trình tôi kép giúp chuyển đổi austenit giữ lại này thành martensite, cải thiện độ ổn định về kích thước. Xử lý dưới 0 (làm lạnh) có thể làm giảm thêm austenit giữ lại cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.
• Sự khử cacbon: Việc bảo vệ bề mặt thép trong quá trình gia nhiệt bằng cách sử dụng môi trường có kiểm soát hoặc màng bọc kim loại là rất quan trọng để ngăn lớp ngoài mềm và duy trì độ cứng đầy đủ.

3. Đặc điểm kỹ thuật của ứng dụng và hiệu suất thép công cụ D2

Đầu tiên, như chúng tôi đã đề cập, thép D2 là thép có hàm lượng cacbon cao, hàm lượng crom cao. Các thành phần hợp kim này làm cho thép D2 có độ cứng cao và chống mài mòn.

Thứ hai, hàm lượng crom cao cải thiện khả năng làm cứng của thép D2. Khả năng làm cứng đề cập đến khả năng làm cứng của thép thông qua xử lý nhiệt. Quá trình làm cứng sâu đồng đều này mang lại khả năng chống mài mòn và biến dạng trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.

Dựa trên những đặc tính này, Thép D2 được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng gia công nguội.

3.1 Khuôn dập

Thép D2 nổi tiếng với khả năng chống mài mòn và độ cứng đặc biệt, khiến nó trở nên lý tưởng cho các khuôn cắt hoặc đục các hình dạng từ các tấm kim loại. Khuôn cắt cho các vật liệu khác nhau từ vật liệu mỏng hơn (t≤3mm) đến các tấm dày hơn. Hơn nữa, nó đặc biệt phù hợp cho các khuôn cắt được sử dụng với các vật liệu mài mòn, chẳng hạn như tấm thép silicon và tấm nhôm.

3.2 Khuôn xỏ khuyên

Giống như phôi, độ cứng cao và khả năng chống mài mòn của thép D2 khiến nó trở thành lựa chọn tốt để đục lỗ trên tấm kim loại.

3.3 Khuôn dập nguội

Khả năng chịu ứng suất nén cao và chống mài mòn của thép D2 khiến nó phù hợp cho các hoạt động tạo hình nguội ở nhiệt độ phòng. Điều này bao gồm các ứng dụng như đùn nguội và cán nguội, đòi hỏi phải duy trì hình dạng và chống mài mòn dưới áp suất cao.

3.4 Khuôn vẽ

Khuôn có liên quan đến quá trình kéo tấm kim loại. Thép D2 rất phù hợp để chống mài mòn liên quan đến ma sát trong quá trình kéo.

3.5 Khuôn cán ren

Khuôn dập tham gia vào quá trình kéo tấm kim loại và thép D2 rất phù hợp để chống mài mòn liên quan đến ma sát trong quá trình kéo.

3.6 Tạo hình cuộn

Trong các hoạt động cán, nơi kim loại được định hình bằng cách đi qua, độ cứng của thép D2 đảm bảo các con lăn giữ nguyên hình dạng và chống mài mòn trong quá trình sản xuất lâu dài.

3.7 Đồng hồ đo

Khi sử dụng các công cụ đo lường, độ ổn định về kích thước của thép D2 sau khi xử lý nhiệt, cùng với khả năng chống mài mòn cao, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì độ chính xác trong thời gian dài.

3.8 Máy cắt và lưỡi cắt

Các cạnh sắc của dụng cụ cắt và xẻ được làm từ thép D2 giữ được độ sắc trong thời gian dài do vật liệu có độ cứng và khả năng chống mài mòn cao. Điều này áp dụng cho nhiều độ dày vật liệu khác nhau, nhưng chúng ta phải cân nhắc cả độ cân bằng và độ bền đối với vật liệu dày hơn.

Chúng ta phải nhớ rằng trong khi thép D2 có khả năng chống mài mòn và độ cứng tuyệt vời khi gia công nguội thì độ bền của nó vẫn cần được xem xét cho các ứng dụng liên quan đến tải trọng va đập rất lớn hoặc ứng suất uốn đáng kể.