فولاد ابزار D2: فولاد ابزار کار سرد

1. مقدمه

فولاد ابزار D2 مدتهاست که به دلیل مقاومت در برابر سایش و ثبات ابعادی خود شناخته شده است, ساختن آن به عنوان اصلی در برنامه های کار سرد.

سرچشمه گرفتن از پیشرفت های اوایل قرن بیستم در فناوری آلیاژ, D2 یک کربن بالا است, فولاد کروم بالا که معیار ابزارهای کار شده در شرایط شدید سایش را تعیین می کند.

این مقاله به خواص می پردازد, پردازش, و کاربردهای فولاد ابزار D2, پاسخ دادن به سؤالات کلیدی در مورد مناسب بودن آن برای صنایع مختلف.

با کاوش در ترکیب شیمیایی آن, ویژگی های فیزیکی و مکانیکی, پروتکل های عملیات حرارتی, و چالش های ماشینکاری,

هدف ما این است که درک کاملی از این موضوع ارائه دهیم که چرا D2 یک انتخاب ارجح برای نیازهای ابزار ابزار است.

2. ترکیب شیمیایی

D2 فولاد ابزار مقاومت در برابر سایش استثنایی و ثبات ابعادی خود را به یک شیمی آلیاژ با دقت مهندسی مدیون است.

با ترکیب محتوای کربن بالا با افزودنیهای استراتژیک کروم, مولیبدن, و وانادیوم, متالورژیست ها یک ماتریس سرشار از کاربیدهای سخت ایجاد می کنند که در برابر سایش مقاومت می کنند و لبه های برش را در زیر بار سنگین حفظ می کنند.

عناصر اصلی آلیاژ و نقش آنها

مراحل کاربید مشخصه

مقاومت در برابر سایش D2 از a سیستم دوتایی:

کاربیدهای غنی از کروم (m₇c₃, m₂₃c₆)

• این کاربیدهای کروم به عنوان رسوبات مسدود یا زاویه ای در ماتریس مارتنزیت معتدل ظاهر می شوند.
• آنها تقریباً حساب می کنند 30-40 ٪ ریزساختار با حجم, مقاومت عمده ای در برابر ساینده ساینده.

MC Carbides غنی از وانادیوم

• ذرات MC نانو (سرشار از وانادیوم و کربن) به طور یکنواخت در سراسر فولاد توزیع کنید.
• حتی a 5-10 ٪ کسر حجمی کاربیدهای MC با مانع شروع ترک به طور چشمگیری باعث افزایش چشمگیر لبه می شود.

3. مارک ها و استانداردهای معادل

D2 Tool Steel با چندین مشخصات بین المللی تراز می شود. در زیر معادل اصلی تا تعیین ASTM وجود دارد:

4. خواص مکانیکی

D2 ابزار فولاد سختی شدید را با سختی کافی متعادل می کند, این امکان را برای مقاومت در برابر سایش زیاد در حالی که در برابر نارسایی شکننده مقاومت می کند.

جدول زیر معیارهای اصلی مکانیکی آن را در شرایط خاموش و بافته شده خلاصه می کند (به طور معمول 60 HRC), پس از آن یک بحث مختصر در مورد پیامدهای آنها.

5. خواص فیزیکی

فراتر از عملکرد مکانیکی آن, D2 Tool Steel مجموعه ای از خصوصیات فیزیکی را نشان می دهد که بر جریان گرما تأثیر می گذارد, ثبات ابعادی, و رفتار الکترومغناطیسی در خدمت.

در زیر خلاصه ای از خصوصیات بدنی اصلی آن در سخت شده است (60 HRC) وضعیت:

6. عملیات حرارتی & پردازش

بهینه سازی عملکرد فولاد ابزار D2 به عملیات حرارتی دقیق و پردازش دقیق.

با کنترل بازپخت, بذله گویی, خاموش کردن, معتدل کردن, و مراحل کرایوژنیک اختیاری,

تولید کنندگان سختی فولاد را خیاطی می کنند, سختی, و ثبات ابعادی در خواستار انجام کارهای سرد.

بازپرداخت و تسکین استرس

هدف: D2 را برای ماشینکاری نرم کنید, تنش های باقیمانده را تسکین دهید, و کاربیدهای Spheroidize.

• رویه: به آرامی گرم شوید 800-820 درجه سانتیگراد, برای 2-4 ساعت, سپس در کوره خنک شوید 20 درجه سانتیگراد/ساعت به 650 درجه سانتی گراد, به دنبال آن خنک کننده هوا.
• نتیجه: به دست می آید 240 پوند HBW, با کاربیدهای یکنواخت کروی که سایش ابزار را در لبه های برش به حداقل می رساند و از تراش جلوگیری می کند.

قبل از هر چرخه سخت شدن, استفاده از a تسکین پیش از استرس در 650 درجه سانتی گراد برای 1 ساعت برای از بین بردن فشارهای ناشی از ماشینکاری.

سخت شدن (Austenitizing و فرونشست)

عینی: به مارتنزیت تبدیل شده و کاربیدهای کافی را برای مقاومت حداکثر سایش حل کنید.

بذله گویی:

• دما: 1 020–1 040 درجه سانتی گراد
• زمان خیس کردن: 15-30 دقیقه (بستگی به ضخامت بخش دارد)
• جو: کوره کنترل شده یا حمام نمکی برای جلوگیری از ترشح و اکسیداسیون.

خاموش کردن:

• رسانه ها: روغن گرم (50-70 درجه سانتیگراد) یا هوا برای حداقل تحریف; خاموش کردن حمام نمکی (400-500 درجه سانتیگراد) برای خنک کننده سریعتر و کاهش استرس.
• کنترل اعوجاج: از وسایل یا تکنیک های خاموش شده استفاده کنید, مخصوصاً برای هندسه های پیچیده.

نتیجه: بازده ~ 62 HRC حداکثر و یک ماتریس مارتنزیتی با ریز, کاربیدهای پراکنده.

چرخه های معتدل

هدف: تعادل و سختی, کاهش شکنندگی, و تنش های خاموش را تسکین دهید.

• درجه حرارت کم درجه حرارت (150-200 درجه سانتیگراد):

• • نتیجه: سختی باقی مانده است 60-62 HRC, با سختی متوسط. ایده آل برای برنامه هایی که خواستار مقاومت شدید سایش و حفظ لبه هستند.

• درجه حرارت متوسط (500-550 درجه سانتیگراد):

• • نتیجه: سختی به 55-58 HRC در حالی که چقرمگی افزایش می یابد 20-30 ٪. بهترین برای ابزارهایی که در معرض ضربه یا شوک های متوسط ​​قرار دارند.

• رویه: اجرا کردن دو متوالی چرخه های معتدل, دارایی 2 ساعت هر یک, به دنبال آن خنک کننده هوا.

درمان کرایوژنیک

هدف: تبدیل آستنیت را به مارتنزیت تبدیل کرده و توزیع کاربید را اصلاح کنید.

• فرآیند: پس از خاموش کردن, خنک کردن به -80 درجه سانتیگراد (یخ خشک/اتانول) برای 2 ساعت, سپس به دمای اتاق برگردید.
• بهره مند شوند: سختی را افزایش می دهد 2-3 HRC و به طور حاشیه ای مقاومت سایش را بدون از دست دادن قابل توجه در سختی بهبود می بخشد.

تسکین و صاف کردن استرس نهایی

به دنبال خویشتن داری (و درمان کرایوژنیک, در صورت استفاده), رفتار تسکین استرس نهایی در 150-200 درجه سانتیگراد برای 1 یک ساعت. این مرحله ابعاد را تثبیت می کند و خطر پیچیدگی در طول خدمت را به حداقل می رساند.

7. ماشین کاری & ساخت

محتوای بالای کاربید فولاد D2 و ریزساختار از قبل سخت شده چالش های منحصر به فردی را در هنگام ماشینکاری و ساختگی ایجاد می کند.

با انتخاب ابزار مناسب, بهینه سازی پارامترهای برش, و به دنبال شیوه های تخصصی جوشکاری و پایان,

تولید کنندگان می توانند دقیق تولید کنند, قطعات با کیفیت بالا ضمن حفظ خصوصیات مقاوم در برابر سایش D2.

ماشینکاری سخت D2

اگرچه D2 آنیل شده است (240 HBW) ماشین ها به راحتی, بسیاری از برنامه ها با شروع می شوند سهام از پیش سخت شده (50 ± 2 HRC). در این شرایط:

• ابزار سازی:

• • درج کاربید با روکش های تیک یا Ticn در برابر سایش از کروم سخت و کاربیدهای وانادیوم مقاومت می کنند.
  • نیترید مکعب پلی کریستالی (PCBN) برتری برای زباله های با حجم بالا از سطوح سخت شده.

• پارامترهای برش:

• • سرعت: 60-90 متر در دقیقه برای کاربید; 100-150 متر در دقیقه برای PCBN.
  • تغذیه کردن: 0.05-0.15 میلی متر/rev برای تعادل عمر ابزار و پایان سطح.
  • عمق برش: 0.5- 2 میلی متر; پاس های کم عمق باعث کاهش نیروهای برش و تولید گرما می شود.

• خنک کننده: خنک کننده سیل یا تحویل از طریق ابزار لبه ساخته شده را به حداقل می رساند و مناطق برش را در زیر ادامه می دهد 200 درجه سانتی گراد, جلوگیری از بیرون کشیدن کاربید.

بطور انتقال یافته, اتخاذ این توصیه ها باعث افزایش یکپارچگی سطح و دقت بعدی می شود, برای ابزار تحمل محکم بسیار مهم است.

جوش و تعمیر

جوشکاری D2 برای جلوگیری از ترک خوردگی و حفظ ماتریس مارتنسیتی نیاز به کنترل دقیق دارد:

1. از قبل گرم کردن: قطعات را بیاورید 200-300 درجه سانتیگراد برای کاهش شیب های حرارتی.
2. دمای Interpass: حفظ کردن 200-250 درجه سانتیگراد بین پاس ها برای کاهش فشارهای باقیمانده.
3. فلزات: از آلیاژ کم استفاده کنید, میله سخت (به عنوان مثال, AWS A5.28 ER410NIMO) سازگار با شیمی D2.
4. عملیات حرارتی پس از جوش: استرس در 500 درجه سانتی گراد برای 2 ساعت, سپس طبق بخش خلق و خوی 5 برای بازگرداندن سختی و سختی.

این مراحل ترک خوردگی ناشی از هیدروژن را به حداقل می رساند و اطمینان حاصل می کند که مناطق جوشکاری با عملکرد فلزی پایه مطابقت دارند.

سنگ زنی و ماشینکاری تخلیه الکتریکی (EDM)

برای هندسه های پیچیده و پایان های خوب, روشهای غیر متعارف عالی است:

• سنگ زنی:

• • انتخاب چرخ: از چرخ های نیترید بور آلومینیوم یا مکعب استفاده کنید (46A60H-54A80H) با پیوندهای نرم برای جلوگیری از لعاب.
  • پارامترها: بی رحمانه (0.01-0.05 میلی متر) و سرعت چرخ بالا (30 ام‌اس) عملکرد ra ≤ 0.4 میکرومتر.

• EDM:

• • در حال غرق شدن یا سیم EDM حفره های پیچیده ای را ایجاد می کند بدون ایجاد فشارهای مکانیکی.
  • سیال دی الکتریک: روغن هیدروکربن با گرگرفتگی کنترل شده از مصرف مجدد کاربیدها جلوگیری می کند.
  • نرخ ماشینکاری: به طور معمول 0.1-0.5 میلی متر در دقیقه, بسته به هندسه الکترود و تنظیمات برق.

ترکیب EDM و سنگ زنی دقیق به اجزای D2 اجازه می دهد تا ضمن حفظ سختی کامل فولاد ابزار ، به شکل های نزدیک شبکه و پایان آینه دست یابند.

اتمام سطح و روکش

برای گسترش بیشتر زندگی ابزار, این گزینه های نهایی را در نظر بگیرید:

• جلا دادن: لهستانی نهایی به RA 0.2 میکرومتر باعث کاهش اصطکاک و چسبندگی آوار می شود.
• روکش های PVD: نیترید تیتانیوم (TiN) یا نیترید تیتانیوم آلومینیوم (طلا) لایه ها سخت اضافه می کنند, دارای سطح پایین اصطکاک, افزایش عمر سایش تا حداکثر 50%.
• نیتریدینگ: نیترایدر گاز با دمای پایین (500 درجه سانتی گراد) نیتروژن را برای ایجاد یک مورد سخت شده پخش می کند, افزایش سختی سطح به HRC 70+ بدون تحریف ابعاد هسته.

8. برنامه های اصلی فولاد ابزار سرد D2 D2

تعادل مقاومت در برابر سایش D2 و لباس های سختی:

• کار سرد می میرد: خالی, تشکیل, و عملیات پیرایش بیش از 1 میلیون چرخه.
• پره های برش: چاقوهای برشی با سرعت بالا که لبه های تیز را در زیر دوغاب های ساینده حفظ می کنند.
• مجموعه های پانچ و مرگ: عملکرد قابل اعتماد در اجزای مهر برای صنایع خودرو و لوازم خانگی.
• قطعات بپوشید: غلتک, پین های اگزکتور, و بوش در محیط های قریب به اتفاق.
• درج ابزاری با کمک افزودنی: درج قالب ترکیبی D2 با کانال های خنک کننده کنفورماسی.

9. مقایسه عملکرد: D2 در مقابل. سایر فولادهای ابزار

D2 ابزار کار سرد D2 به دلیل مقاومت در برابر سایش استثنایی و سختی متوسط ​​به طور گسترده ای شناخته شده است.

با این حال, در انتخاب فولاد ابزار برای تولید برنامه ها, مقایسه D2 با سایر فولادهای ابزار محبوب برای ارزیابی معاملات در عملکرد بسیار مهم است, دوام, و هزینه.

در این بخش مقایسه مفصلی از D2 با A-2 ارائه شده است, M-2, و S-7, پشتیبانی شده توسط داده ها و بینش مورد در دنیای واقعی.

جدول مقایسه فولاد ابزار

10. نتیجه گیری

D2 ابزار کار سرد فولاد به دلیل ترکیب بی نظیر مقاومت در برابر سایش ایستاده است, ثبات ابعادی, و پایداری حرارتی.

تطبیق پذیری آن در طیف گسترده ای از برنامه ها - از کار سرد سنتی تا تکنیک های تولید افزودنی در حال ظهور می میرد - آن را یک ماده ضروری در تولید مدرن می کند.

درک تفاوت های ظریف ترکیب شیمیایی D2, خواص مکانیکی, و تکنیک های پردازش توانمند است

مهندسان و طراحان برای بهره گیری از تمام توان خود, اطمینان از عملکرد و کارآیی بهینه در پروژه های خود.