D2 Tool Steel: Malamig na Tool sa Paggawa ng Bakal

1. Panimula

Ang D2 tool steel ay matagal nang kinikilala para sa pambihirang paglaban sa pagsusuot at dimensional na katatagan, Ginagawa itong isang pangunahing sangkap na hilaw sa malamig na mga aplikasyon ng pagtatrabaho.

Mula sa unang bahagi ng ika-20 siglo ng mga pagsulong sa teknolohiya ng haluang metal, D2 ay isang mataas na carbon, mataas na chromium steel na nagtatakda ng benchmark para sa mga tool na gumagana sa ilalim ng malubhang kondisyon ng pagsusuot.

Ang artikulong ito ay nag-uusap tungkol sa mga katangian, pagproseso ng, at mga aplikasyon ng D2 tool steel, Pagsagot sa mga pangunahing katanungan tungkol sa pagiging angkop nito para sa iba't ibang mga industriya.

Sa pamamagitan ng pagsisiyasat ng kemikal na komposisyon nito, pisikal at mekanikal na mga katangian, Mga Protocol ng Paggamot sa Init, at mga hamon sa machining,

Nilalayon naming magbigay ng isang komprehensibong pag-unawa sa kung bakit ang D2 ay nananatiling isang ginustong pagpipilian para sa hinihingi na mga kinakailangan sa tooling.

2. Komposisyon ng Kemikal

D2 po tool na bakal Utang nito pambihirang wear paglaban at dimensional katatagan sa isang maingat na engineered haluang metal kimika.

Sa pamamagitan ng pagsasama ng mataas na nilalaman ng carbon na may madiskarteng pagdaragdag ng chromium, molibdenum, at vanadium, Ang mga metalurhiko ay lumikha ng isang matrix na mayaman sa matitigas na karbid na lumalaban sa hadhad at mapanatili ang mga gilid ng pagputol sa ilalim ng mabigat na pag-load.

Mga Pangunahing Elemento ng Alloying at ang Kanilang Mga Tungkulin

Elemento	Tipikal na Nilalaman (%)	Papel na ginagampanan ng metalurhiko
Carbon (C)	1.40 – 1.60	Bumubuo ng semento at kumplikadong chromium carbides; direktang nauugnay sa katigasan at paglaban sa pagsusuot
Chromium (Cr)	11.00 – 13.00	Nagtataguyod ng pagbuo ng matigas na M₇C₃ at M₂₃C₆ carbides; nagdaragdag ng paglaban sa kaagnasan; nagpapalakas ng hardenability
Molibdenum (Mo)	0.70 – 1.40	Pino ang mga naunang karbid; Pinahuhusay ang katigasan at pula-katigasan; Nagpapabagal sa paglago ng butil sa panahon ng austenitizing
Vanadium (V)	0.30 – 1.10	Lumilikha ng lubhang matigas na MC-type carbides na nagpapabuti sa pagpapanatili ng gilid at lumalaban sa micro-cracking
Mga mangganeso (Mn)	≤ 1.00	Gumaganap bilang isang deoxidizer; Tumutulong sa pagpapatigas ngunit maaaring mabawasan ang katigasan kung labis na idinagdag
Silicon (Si Si)	≤ 1.00	Deoxidizer; Nag-aambag nang katamtaman sa lakas at nag-aambag sa morpolohiya ng karbid

Katangian ng mga yugto ng karbid

D2 ang pag-aayos ng mga kagamitan sa pag-aalaga ng mga hayop ay nagmumula sa isang dual-carbide system:

Chromium-Rich Carbides (M₇C₃, M₂₃C₆)

• Ang mga chromium carbides na ito ay lumilitaw bilang blocky o angular precipitates sa loob ng tempered martensite matrix.
• Ang mga ito ay nag-aangkin ng halos 30–40% ng microstructure sa pamamagitan ng dami, Pagbibigay ng maramihang paglaban sa nakasasakit na damit.

Vanadium-Rich MC Carbides

• Nanoscale MC particle (Mayaman sa vanadium at carbon) Ipamahagi nang pare-pareho sa buong bakal.
• Kahit na isang 5–10% dami ng fraction ng MC carbides kapansin-pansing boosts gilid pagpapanatili sa pamamagitan ng pagpigil crack pagsisimula.

3. Katumbas na Mga Tatak at Pamantayan

Ang D2 tool steel ay nakahanay sa ilang mga internasyonal na pagtutukoy. Nasa ibaba ang mga pangunahing katumbas hanggang sa pagtatalaga ng ASTM:

Pamantayan / Tatak	Pagtatalaga	Katumbas	Rehiyon
AISI / SAE	D2 po (UNS T30402)	—	USA
DIN	1.2379	D-2	Alemanya/Europa
JIS	SKD11	D-2	Japan / Asya
BS	BS 1407M40	D-2	UK
AFNOR	X210Cr12	D-2	Pransya
ASTM	A681	D-2	Internasyonal na

4. Mga Katangian ng Mekanikal

Ang D2 tool steel ay nagbabalanse ng matinding katigasan na may sapat na katigasan, Pinapayagan itong makatiis ng mataas na pagkasira habang lumalaban sa malutong na pagkabigo.

Ang talahanayan sa ibaba ay nagbubuod ng mga pangunahing sukatan ng mekanikal nito sa kondisyon ng quenched-and-tempered (Karaniwan 60 HRC), Sinundan ito ng maikling talakayan tungkol sa kanilang mga implikasyon.

Pag-aari	Tipikal na Halaga	Mga Yunit	Mga Tala
Lakas ng Paghatak (σt)	2 000 – 2 200	MPa	Sinusuportahan ng mataas na pangwakas na lakas ang mabibigat na naglo-load sa mga operasyon ng malamig na pagtatrabaho.
Yield Lakas (σᵧ 0.2%)	1 850 – 2 000	MPa	Minimal plastic pagpapapangit sa ilalim ng mataas na compressive pwersa nagpapanatili ng dimensional katumpakan.
Rockwell C Hardness	58 – 62	HRC	Ang pambihirang katigasan ng ibabaw ay nagsisiguro ng higit na mataas na paglaban sa hadhad.
Brinell tigas na tigas (HBW)	700 – 750	HBW	Tumutugma sa HRC para sa cross-reference sa mga internasyonal na pamantayan.
Charpy V-Notch Epekto	10 – 15	Mga Joule	Ang sapat na pagsipsip ng enerhiya ay pumipigil sa mapaminsalang pag-crack sa mga aplikasyon ng paggugupit at pag-trim.
Pagpapahaba sa Break	2 – 3	%	Limitadong ductility; Ang disenyo ay dapat isaalang-alang ang mababang kapasidad ng pagpapapangit sa mga matigas na seksyon.
Modulus ng katigasan	20 – 25	MJ / m³	Ang lugar sa ilalim ng stress-strain curve ay sumusukat sa pangkalahatang pagsipsip ng enerhiya bago ang pagkabali.

5. Mga Katangian ng Pisikal

Higit pa sa mekanikal na pagganap nito, Ang D2 tool steel ay nagpapakita ng isang hanay ng mga pisikal na katangian na nakakaimpluwensya sa daloy ng init, dimensional na katatagan, at electromagnetic pag-uugali sa serbisyo.

Nasa ibaba ang isang buod ng mga pangunahing pisikal na katangian nito sa matigas na (60 HRC) kalagayan:

Pag-aari	Tipikal na Halaga	Mga Yunit	Mga Tala & Mga implikasyon
Densidad ng katawan	7.75 g/cm³		Mas mabigat kaysa sa tubig, nakakaapekto sa die mass at paghawak.
Ang Modulus ni Young (nababanat na modulus)	205 GPa		Tinitiyak ng mataas na tigas ang minimal na nababanat na paglihis sa ilalim ng pag-load.
Ang Ratio ni Poisson	0.28		Nagpapahiwatig ng katamtamang lateral contraction kapag nakaunat.
Thermal kondaktibiti	20 W/m·K		Relatibong mababang thermal kondaktibiti aids sa init pagpapanatili sa tooling mukha.
Tiyak na Kapasidad ng Init	460 J/kg· K		Enerhiya na kinakailangan upang mapataas ang temperatura, May kaugnayan sa pag-temper at pag-aayos ng disenyo.
Koepisyent ng Thermal Expansion	11.5 μm / m · K		Ang mga epekto ng pagpapalawak ng thermal ay katamtaman, Pagpapadali ng masikip na mga clearance ng mamatay sa mga siklo ng temperatura.
Electrical Resistivity	0.70 μΩ·m		Mas mataas na resistivity kaysa sa mababang-haluang metal steels, nakakaapekto sa mga parameter ng EDM at pag-uugali ng pag-init ng kuryente.
Magnetic Pagkamatagusin (Kamag-anak μr)	1.002		Halos kapareho ng libreng espasyo; D-2 Mga Bagay na Hindi Dapat Gawin (diamagnetiko) character sa karamihan ng mga application.
Rockwell C Hardness (Tipikal, pinatay / pinainit)	60 HRC		Kahit na isang mekanikal na pag-aari, Ang katigasan ay nakakaimpluwensya sa pakikipag-ugnay sa ibabaw, alitan, at pagbuo ng init na ginagamit.

6. Paggamot ng Heat & Pagproseso ng

Ang pag-optimize ng pagganap ng D2 tool steel ay nakasalalay sa tumpak na paggamot sa init at maingat na pagproseso.

Sa pamamagitan ng pagkontrol sa pagsusubo, Austenitizing, pagpapawi ng, paghina ng loob, at opsyonal na mga hakbang sa cryogenic,

Iniakma ng mga tagagawa ang katigasan ng bakal, tigas na tigas, at dimensional katatagan sa hinihingi malamig na gawain sa pagtatrabaho.

Pag-aalis ng Stress at Pag-alis ng Stress

Layunin: Slambot D2 para sa machining, mapawi ang mga natitirang stress, at spheroidize carbides.

• Pamamaraan: Init dahan-dahan sa 800-820 ° C, Hawakan para sa 2-4 na oras, pagkatapos ay palamigin sa hurno sa 20 ° C / oras sa 650 °C, sinundan ng paglamig ng hangin.
• Resulta: Nakamit ~ 240 HBW, na may pare-pareho spheroidized karbid na nagpapaliit ng pagsusuot ng tool sa mga gilid ng pagputol at maiwasan ang pag-chipping.

Bago ang anumang pagtigas ng siklo, Gumamit ng isang pre-stress relief ha 650 °C para sa 1 Oras upang alisin ang taba mula sa tiyan.

Pagpapatigas (Austenitizing at Quenching)

Layunin: Ibahin ang anyo sa martensite at matunaw ang sapat na karbid para sa maximum na paglaban sa pagsusuot.

Awteritisismo:

• Temperatura: 1 020–1 040 °C
• Oras ng Pagbababad: 15–30 minuto (Depende sa kapal ng seksyon)
• Atmospera: Kinokontrol na kapaligiran na pugon o paliguan ng asin upang maiwasan ang decarburization at oksihenasyon.

Pagpapawi:

• Media: Mainit na langis (50-70 ° C) o hangin para sa minimal na pagbaluktot; salt bath quench (400-500 ° C) Para sa mas mabilis na paglamig at nabawasan ang stress.
• Pagbaluktot Control: Gumamit ng mga fixture o naputol na mga diskarte sa pag-quench, lalo na para sa mga kumplikadong geometries.

Kinalabasan: Mga Ani ~ 62 HRC maximum at isang martensitic matrix na may pinong, Nakakalat na karbid.

Mga Siklo ng Pag-temper

Layunin: Balansehin ang katigasan at katigasan, Bawasan ang brittleness, at mapawi ang mga stress.

• Mababang temperatura Tempering (150-200 ° C):

• • Resulta: Ang katigasan ay nananatiling 60–62 HRC, na may katamtamang katigasan. Tamang-tama para sa mga application na humihingi ng matinding paglaban sa pagsusuot at pagpapanatili ng gilid.

• Katamtamang temperatura Tempering (500-550 ° C):

• • Resulta: Ang katigasan ay bumaba sa 55–58 HRC habang ang katigasan ay tumataas sa pamamagitan ng 20–30%. Pinakamahusay para sa mga tool na nakalantad sa epekto o katamtamang pagkabigla.

• Pamamaraan: Magsagawa dalawang magkakasunod na Mga siklo ng pag-temper, hawak ang 2 mga oras bawat, sinundan ng paglamig ng hangin.

Paggamot ng Cryogenic

Layunin: I-convert ang napanatili na austenite sa martensite at pinuhin ang pamamahagi ng karbid.

• Proseso: Pagkatapos ng pagpapawi, cool na sa -80 ° C (tuyong yelo / ethanol) para sa 2 mga oras, Pagkatapos ay bumalik sa temperatura ng kuwarto.
• Benepisyo: Pinatataas ang katigasan sa pamamagitan ng 2–3 HRC at bahagyang nagpapabuti ng paglaban sa pagsusuot nang walang kapansin-pansin na pagkawala sa katigasan.

Pangwakas na Stress Relief at Straightening

Sumusunod sa pag-aayos (at cryogenic paggamot, kung gagamitin), Magsagawa ng isang Pangwakas na Stress Relief ha 150-200 ° C para sa 1 oras. Ang hakbang na ito ay nagpapatatag ng mga sukat at pinapaliit ang panganib ng pagbaluktot sa panahon ng serbisyo.

7. Machinability & Paggawa ng gawa

Ang mataas na nilalaman ng karbid ng D2 tool steel at pre-hardened microstructure ay nagdudulot ng mga natatanging hamon sa panahon ng machining at paggawa.

Sa pamamagitan ng pagpili ng naaangkop na kagamitan, Pag-optimize ng mga parameter ng pagputol, at pagsunod sa mga dalubhasang kasanayan sa hinang at pagtatapos,

Ang mga tagagawa ay maaaring gumawa ng tumpak na, Mataas na kalidad na mga bahagi habang pinapanatili ang mga katangian na lumalaban sa pagsusuot ng D2.

Machining Hardened D2

Kahit na D2 (∼240 HBW) Madaling makina, Maraming mga aplikasyon ang nagsisimula sa Pre-Hardened Stock (50 ± 2 HRC). Sa ganitong kalagayan:

• Tooling:

• • Mga pagsingit ng karbid na may TiC o TiCN coatings labanan ang hadhad mula sa hard chromium at vanadium carbides.
  • Polycrystalline cubic boron nitride (PCBN) Mahusay para sa mataas na dami ng roughing ng hardened ibabaw.

• Mga Parameter ng Pagputol:

• • Bilis: 60-90 m / min para sa karbid; 100-150 m / min para sa PCBN.
  • Email Address *: 0.05-0.15 mm / rev upang balansehin ang buhay ng tool at pagtatapos sa ibabaw.
  • Lalim ng hiwa: 0.5-2 mm; Ang mababaw na pagpasa ay binabawasan ang mga puwersa ng pagputol at pagbuo ng init.

• Coolant: Ang pagbaha ng coolant o paghahatid ng through-tool ay nagpapaliit ng built-up na gilid at pinapanatili ang mga zone ng pagputol sa ibaba 200 °C, Pag-iwas sa pag-alis ng karbid.

Transisyonal, Ang pag-aampon ng mga rekomendasyong ito ay nagpapahusay sa integridad ng ibabaw at katumpakan ng dimensional, kritikal para sa mahigpit na pagpapaubaya tooling.

Hinang at Pagkumpuni

Ang hinang D2 ay nangangailangan ng maingat na kontrol upang maiwasan ang pag-crack at mapanatili ang martensitic matrix:

1. Pre-init: Magdala ng mga bahagi sa 200-300 ° C Bawasan ang Thermal Gradients.
2. Temperatura ng Interpass: Panatilihin 200-250 ° C Sa pagitan ng mga pass upang maibsan ang natitirang stress.
3. Filler Metals: Gumamit ng mababang haluang metal, mataas na katigasan ng baras (hal., AWS A5.28 ER410NiMo) D2 D2 Chemistry.
4. Post Weld Heat Treatment: Stress-relief sa 500 °C para sa 2 mga oras, pagkatapos ay magalit ayon sa Seksyon 5 Upang maibalik ang katigasan at katigasan.

Ang mga hakbang na ito ay nagpapaliit ng pag-crack na sapilitan ng hydrogen at tinitiyak na ang mga weld zone ay tumutugma sa pagganap ng base-metal.

Paggiling at Electrical Discharge Machining (EDM)

Para sa masalimuot na geometries at pinong tapusin, Mga di-maginoo na pamamaraan ay mahusay:

• Paggiling:

• • Pagpili ng gulong: Gumamit ng mga gulong ng aluminyo-oxide o cubic boron nitride (46A60H–54A80H) Na may malambot na bono upang maiwasan ang glazing.
  • Mga parameter: Banayad na pagpapakain (0.01-0.05 mm) at mataas na bilis ng gulong (30 m / s) yield Ra ≤ 0.4 M.

• EDM:

• • Mamatay na Lumubog o Wire EDM lumilikha ng mga kumplikadong lukab nang hindi nagdudulot ng mekanikal na stress.
  • Dielectric Fluid: Hydrocarbon oil na may kinokontrol na flushing pumipigil sa muling pagdeposito ng mga karbid.
  • Mga Rate ng Machining: Karaniwan 0.1-0.5 mm³ / min, Depende sa geometry ng electrode at mga setting ng kapangyarihan.

Ang pagsasama ng EDM at katumpakan na paggiling ay nagbibigay-daan sa mga bahagi ng D2 upang makamit ang malapit-net na mga hugis at mirror finishes habang pinapanatili ang buong katigasan ng tool na bakal.

Pagtatapos ng Ibabaw at Patong

Upang higit pang mapalawak ang buhay ng tool, Isaalang-alang ang mga pagpipilian sa pagtatapos na ito:

• Polishing: Huling polish kay Ra ≤ 0.2 Binabawasan ng μm ang alitan at pagdirikit ng mga labi.
• PVD Coatings: Titanium nitride (TiN) o aluminyo titanium nitride (AlTiN) Ang mga layer ay nagdaragdag ng isang matigas na, mababang-alitan ibabaw, Pagtaas ng Buhay ng Pagsusuot sa pamamagitan ng hanggang sa 50%.
• Nitriding: Mababang temperatura ng gas nitriding (500 °C) Alisin ang taba mula sa tiyan taba para sa pagbaba ng timbang, pagpapahusay ng katigasan ng ibabaw sa HRC 70+ nang hindi binabaluktot ang mga pangunahing sukat.

8. Mga Pangunahing Aplikasyon ng D2 Cold Working Tool Steel

Ang balanse ng D2 ng paglaban sa pagsusuot at katigasan ng mga suit:

• Mamamatay ang malamig na trabaho: Blangko, pagbuo ng, at mga operasyon ng pag-trim na lumampas sa 1 milyong mga siklo.
• Pagputol ng mga talim: Mataas na bilis ng paggupit ng mga kutsilyo na nagpapanatili ng matalim na gilid sa ilalim ng nakasasakit na slurries.
• Mga set ng suntok at mamatay: Maaasahang pagganap sa mga selyadong bahagi para sa mga industriya ng automotive at appliance.
• Mga bahagi ng pagsusuot: Mga Roller, Mga Pin ng Ejector, at mga bushing sa mga kapaligiran na may mataas na hadhad.
• Mga pagsingit ng tooling na tinulungan ng additive: Hybrid amag inserts pinagsasama D2 na may conformal paglamig channel.

9. Paghahambing ng Pagganap: D2 kumpara. Iba pang mga Tool Steels

D2 malamig na nagtatrabaho tool bakal ay malawak na kinikilala para sa kanyang pambihirang wear paglaban at katamtamang tigas.

Gayunpaman, Pagpili ng Tool Steel para sa Mga Application sa Pagmamanupaktura, Mahalaga na ihambing ang D2 sa iba pang mga tanyag na tool steels upang masuri ang mga trade-off sa pagganap, tibay ng katawan, at gastos.

Ang seksyon na ito ay nagbibigay ng isang detalyadong paghahambing ng D2 sa A-2, M-2, at S-7, Suportado ng Data at Mga Pananaw sa Kaso sa Real-World.

Talahanayan ng Paghahambing ng Tool Steel

10. Pangwakas na Salita

Ang D2 malamig na nagtatrabaho tool na bakal ay nakatayo para sa walang kapantay na kumbinasyon ng paglaban sa pagsusuot, dimensional na katatagan, at thermal katatagan.

Ang kakayahang umangkop nito sa isang malawak na hanay ng mga aplikasyon-mula sa tradisyunal na malamig na trabaho ay namamatay hanggang sa umuusbong na mga pamamaraan ng additive manufacturing-ginagawa itong isang kailangang-kailangan na materyal sa modernong pagmamanupaktura.

Pag-unawa sa Mga Nuances ng Komposisyon ng Kemikal ng D2, mekanikal na mga katangian, at mga pamamaraan sa pagpoproseso ay nagbibigay-kapangyarihan

Mga inhinyero at taga-disenyo upang magamit ang buong potensyal nito, Tinitiyak ang pinakamainam na pagganap at kahusayan sa kanilang mga proyekto.