D2 szerszámacél: Hideg megmunkáló szerszámacél

1. Bevezetés

A D2 szerszámacélt régóta elismerték kivételes kopásállóságáról és méretstabilitásáról, így a hidegmegmunkálási alkalmazások alapvető eleme.

A 20. század eleji ötvözési technológia fejlődéséből származik, A D2 egy magas széntartalmú, magas krómtartalmú acél, amely mércét állít a súlyos kopási körülmények között működő szerszámok számára.

Ez a cikk a tulajdonságokkal foglalkozik, feldolgozás, és D2 szerszámacél alkalmazásai, választ ad a kulcskérdésekre a különféle iparágakban való alkalmazhatóságáról.

Kémiai összetételének feltárásával, fizikai és mechanikai tulajdonságok, hőkezelési protokollok, és megmunkálási kihívások,

Célunk, hogy átfogó megértést adjunk arról, hogy miért továbbra is a D2 a preferált választás az igényes szerszámokkal szemben.

2. Kémiai összetétel

D2 szerszámacél kivételes kopásállóságát és méretstabilitását a gondosan megtervezett ötvözetkémiának köszönheti.

A magas széntartalom és a stratégiai króm hozzáadásával kombinálva, molibdén, és vanádium, a kohászok kemény karbidokban gazdag mátrixot hoznak létre, amely ellenáll a kopásnak és megtartja a vágóéleket nagy terhelés alatt.

Kulcsfontosságú ötvözőelemek és szerepük

Elem	Tipikus tartalom (%)	Kohászati ​​szerepe
Szén (C)	1.40 - - 1.60	Cementitet és összetett króm-karbidokat képez; közvetlenül korrelál a keménységgel és a kopásállósággal
Króm (CR)	11.00 - - 13.00	Elősegíti a kemény M7C3 és M23C6 karbidok képződését; növeli a korrózióállóságot; fokozza a keménységet
Molibdén (MO)	0.70 - - 1.40	Finomítja a korábbi karbidokat; növeli a szívósságot és a vöröses keménységet; késlelteti a szemcse növekedését az ausztenitizálás során
Vanádium (V)	0.30 - - 1.10	Rendkívül kemény MC típusú keményfémeket hoz létre, amelyek javítják az élek megtartását és ellenállnak a mikrorepedésnek
Mangán (MN)	≤ 1.00	Deoxidálószerként működik; elősegíti az edzhetőséget, de túlzott adagolás esetén csökkentheti a szívósságot
Szilícium (És)	≤ 1.00	Deoxidálószer; szerényen hozzájárul a szilárdsághoz és hozzájárul a karbid morfológiájához

Karbid fázisok

A D2 kopásállósága abból ered, hogy a kettős keményfém rendszer:

Krómban gazdag karbidok (M₇C3, M23C6)

• Ezek a króm-karbidok tömbös vagy szögletes csapadékként jelennek meg a temperált martenzitmátrixon belül.
• Nagyjából elszámolnak 30–40% a mikrostruktúra térfogat szerint, tömegállóságot biztosít a kopásállósággal szemben.

Vanádiumban gazdag MC karbidok

• Nanoméretű MC részecskék (vanádiumban és szénben gazdag) egyenletesen oszlik el az acélban.
• Még a 5-10% Az MC-karbidok térfogati hányada drámaian növeli az élek megtartását a repedés keletkezésének gátlásával.

3. Egyenértékű márkák és szabványok

A D2 szerszámacél megfelel számos nemzetközi specifikációnak. Az alábbiakban az ASTM jelölésig az elsődleges megfelelők találhatók:

Standard/Márka	Kijelölés	Egyenértékű	Régió
AISI/SAE	D2 (US T30402)	- -	Egyesült Államok
TÓL	1.2379	D-2	Németország/Európa
Ő az	SKD11	D-2	Japán/Ázsia
BS	BS 1407M40	D-2	Egyesült Királyság
AFNOR	X210Cr12	D-2	Franciaország
ASTM	A681	D-2	Nemzetközi

4. Mechanikai tulajdonságok

A D2 szerszámacél egyensúlyban tartja az extrém keménységet a megfelelő szívóssággal, lehetővé teszi, hogy ellenálljon a nagy kopásnak, miközben ellenáll a rideg meghibásodásnak.

Az alábbi táblázat összefoglalja a kulcsfontosságú mechanikai mutatóit oltott és temperált állapotban (jellemzően 60 HRC), majd ezek következményeinek rövid megbeszélése következik.

Ingatlan	Tipikus érték	Egységek	Jegyzet
Szakítószilárdság (σₜ)	2 000 - - 2 200	MPA	A nagy végszilárdság támogatja a nehéz terheléseket hideg megmunkálási műveleteknél.
Hozamszilárdság (σᵧ 0.2%)	1 850 - - 2 000	MPA	A minimális képlékeny alakváltozás nagy nyomóerők hatására megőrzi a méretpontosságot.
Rockwell C keménység	58 - - 62	HRC	A rendkívüli felületi keménység kiváló kopásállóságot biztosít.
Brinell keménység (HBW)	700 - - 750	HBW	Megfelel a HRC-nek a nemzetközi szabványok kereszthivatkozása tekintetében.
Charpy V-bevágású ütés	10 - - 15	Joule	A megfelelő energiaelnyelés megakadályozza a katasztrofális repedéseket nyírási és vágási alkalmazásoknál.
Meghosszabbítás a szünetben	2 - - 3	%	Korlátozott rugalmasság; a tervezésnek figyelembe kell vennie az edzett szakaszok alacsony deformációs képességét.
Szívóssági modulus	20 - - 25	MJ/m³	A feszültség-nyúlás görbe alatti terület a törés előtti teljes energiaelnyelést számszerűsíti.

5. Fizikai tulajdonságok

A mechanikai teljesítményén túl, A D2 szerszámacél olyan fizikai jellemzőkkel rendelkezik, amelyek befolyásolják a hőáramlást, méretstabilitás, és elektromágneses viselkedés üzem közben.

Az alábbiakban összefoglaljuk a fő fizikai tulajdonságait az edzett (60 HRC) állapot:

Ingatlan	Tipikus érték	Egységek	Jegyzet & Következmények
Sűrűség	7.75 G/cm³		A víznél nehezebb, befolyásolja a szerszám tömegét és kezelését.
Young modulusa (Rugalmassági modulus)	205 GPA		A nagy merevség minimális rugalmas elhajlást biztosít terhelés alatt.
Poisson aránya	0.28		Nyújtáskor mérsékelt oldalirányú összehúzódást jelez.
Hővezető képesség	20 W/m · k		A viszonylag alacsony hővezető képesség elősegíti a hő megtartását a szerszámlapokon.
Fajlagos hőkapacitás	460 J/kg·K		A hőmérséklet emeléséhez szükséges energia, a temperálás és a kioltás tervezésénél releváns.
Termikus tágulási együttható	11.5 µm/m·K		A hőtágulási hatás mérsékelt, elősegíti a szűk szerszámhézagot a hőmérsékleti ciklusokon keresztül.
Elektromos ellenállás	0.70 µω · m		Nagyobb ellenállás, mint az alacsonyan ötvözött acéloké, befolyásolja az EDM paramétereket és az elektromos fűtési viselkedést.
Mágneses áteresztőképesség (Relatív μᵣ)	1.002		Majdnem azonos a szabad hellyel; megerősíti a D-2 nem mágnesességét (diamágneses) karakter a legtöbb alkalmazásban.
Rockwell C keménység (Tipikus, kioltott/edzett)	60 HRC		Bár mechanikai tulajdonság, a keménység befolyásolja a felületi érintkezést, súrlódás, és hőtermelés a használat során.

6. Hőkezelés & Feldolgozás

A D2 szerszámacél teljesítményének optimalizálása a pontos hőkezelésen és a gondos megmunkáláson múlik.

Az izzítás szabályozásával, ausztenitizáló, eloltás, edzés, és opcionális kriogén lépések,

a gyártók testreszabják az acél keménységét, szívósság, és méretstabilitás az igényes hidegen végzett munkákhoz.

Lágyítás és stresszoldás

Cél: D2 lágyítása megmunkáláshoz, enyhíti a maradék feszültségeket, és a karbidokat szferoidizálják.

• Eljárás: Lassan melegítse fel 800–820 °C, tartsa meg 2– 4 óra, majd a kemencében hűtsük le 20 °C/óra -hoz 650 ° C, majd a léghűtés követte.
• Eredmény: Eléri ~240 HBW, egyenletesen szferoidizált keményfémekkel, amelyek minimalizálják a szerszámkopást a vágóéleken és megakadályozzák a forgácsolást.

Minden edzési ciklus előtt, használd a stressz előtti enyhítés at 650 ° C -ra 1 óra a megmunkálás okozta feszültségek eltávolítására.

Keményedés (Ausztenitizálás és kioltás)

Célkitűzés: Alakítsa át martenzitté, és oldjon fel elegendő karbidot a maximális kopásállóság érdekében.

Ausztenitesítő:

• Hőmérséklet: 1 020–1 040 ° C
• Áztatási idő: 15– 30 perc (szakasz vastagságától függően)
• Légkör: Szabályozott légkörű kemence vagy sófürdő a széntelenítés és az oxidáció megakadályozására.

Eloltás:

• Média: Meleg olaj (50–70 °C) vagy levegő a minimális torzítás érdekében; sófürdő oltás (400–500 °C) a gyorsabb hűtés és a stressz csökkentése érdekében.
• Torzításvezérlés: Használjon fixtures vagy megszakított kioltási technikákat, különösen összetett geometriák esetén.

Eredmény: Hozamok ~62 HRC maximum és egy martenzites mátrix finom, diszpergált karbidok.

Temperációs ciklusok

Cél: Egyensúlyozza a keménységet és a szívósságot, csökkenti a törékenységet, és enyhíti a csillapító feszültségeket.

• Alacsony hőmérsékletű temperálás (150–200 °C):

• • Eredmény: A keménység megmarad 60–62 HRC, szerény keménységgel. Ideális olyan alkalmazásokhoz, amelyek rendkívüli kopásállóságot és éltartást igényelnek.

• Közepes hőmérsékletű temperálás (500–550 °C):

• • Eredmény: A keménység leesik 55–58 HRC míg a szívósság azáltal nő 20–30%. A legjobb ütésnek vagy mérsékelt ütésnek kitett szerszámokhoz.

• Eljárás: Végezzen két egymást követő temperálási ciklusok, holding 2 órák minden, majd a léghűtés követte.

Kriogén kezelés

Cél: A visszatartott ausztenitet martenzitté alakítja, és finomítsa a karbideloszlást.

• Folyamat: Kioltás után, hűvös –80 °C (szárazjég/etanol) -ra 2 órák, majd térjen vissza szobahőmérsékletre.
• Haszon: Növeli a keménységet azáltal 2–3 HRC és kismértékben javítja a kopásállóságot anélkül, hogy a szívósságban jelentős veszteséget szenvedne.

Végső stresszoldás és kiegyenesedés

Temperálást követően (és kriogén kezelés, ha használják), magatartás a végső stresszoldás at 150–200 °C -ra 1 óra. Ez a lépés stabilizálja a méreteket és minimalizálja a vetemedés kockázatát a szervizelés során.

7. Megmunkálhatóság & Gyártás

A D2 szerszámacél magas keményfém tartalma és előedzett mikroszerkezete egyedi kihívásokat jelent a megmunkálás és a gyártás során.

A megfelelő szerszám kiválasztásával, a vágási paraméterek optimalizálása, valamint speciális hegesztési és befejező gyakorlatok követése,

a gyártók pontosan tudnak előállítani, kiváló minőségű alkatrészek, miközben megőrzik a D2 kopásálló tulajdonságait.

Megmunkálás Edzett D2

Bár lágyított D2 (~240 HBW) gépek könnyen, sok alkalmazás ezzel kezdődik előkeményített állomány (50 ± 2 HRC). Ebben az állapotban:

• Szerszámkészítés:

• • Keményfém betétek a TiC vagy TiCN bevonatokkal ellenáll a kemény króm és vanádium karbidok okozta kopásnak.
  • Polikristályos köbös bór-nitrid (PCBN) edzett felületek nagy volumenű nagyolásánál kiváló.

• Paraméterek vágási paraméterek:

• • Sebesség: 60–90 m/perc keményfémhez; 100–150 m/perc PCBN esetén.
  • Takarmány: 0.05–0,15 mm/fordulat a szerszám élettartamának és a felületi minőség egyensúlyának érdekében.
  • Vágásmélység: 0.5– 2 mm; A sekély áthaladások csökkentik a vágási erőket és a hőtermelést.

• Hűtőfolyadék: Az elárasztó hűtőfolyadék vagy a szerszámon keresztüli szállítás minimalizálja a felhalmozódott élt, és alatta tartja a vágási zónákat 200 ° C, megakadályozza a keményfém kihúzását.

Átmenetileg, ezen ajánlások elfogadása javítja a felület integritását és a méretpontosságot, kritikus a szűk tűréshatárú szerszámokhoz.

Hegesztés és javítás

A D2 hegesztés gondos ellenőrzést igényel a repedés elkerülése és a martenzites mátrix megőrzése érdekében:

1. Előmelegítés: Vigye be az alkatrészeket 200–300 ° C a termikus gradiensek csökkentésére.
2. Átmeneti hőmérséklet: Karbantartás 200–250 °C menetek között a maradék feszültségek enyhítésére.
3. Kitöltő fémek: Használjon alacsony ötvözetű, nagy keménységű rúd (PÉLDÁUL., AWS A5.28 ER410NiMo) kompatibilis a D2 kémiájával.
4. Hegesztést követő hőkezelés: Stresszoldás at 500 ° C -ra 2 órák, majd a szakasz szerinti indulat 5 a szívósság és a keménység helyreállítására.

Ezek a lépések minimalizálják a hidrogén által kiváltott repedéseket, és biztosítják, hogy a hegesztési zónák megfeleljenek az alapfém teljesítményének.

Köszörülés és elektromos kisülési megmunkálás (EDM)

Bonyolult geometriákhoz és finom felületekhez, a nem hagyományos módszerek kitűnnek:

• Őrlés:

• • Kerék kiválasztása: Használjon alumínium-oxid vagy köbös bór-nitrid kerekeket (46A60H–54A80H) puha kötésekkel az üvegezés megakadályozására.
  • Paraméterek: Könnyű előtolás (0.01-0,05 mm) és nagy keréksebesség (30 m/s) hozam Ra ≤ 0.4 µm.

• EDM:

• • Süllyedő vagy huzalos szikraforgácsolás bonyolult üregeket hoz létre anélkül, hogy mechanikai feszültséget okozna.
  • Dielektromos folyadék: A szabályozott öblítésű szénhidrogénolaj megakadályozza a karbidok újbóli lerakódását.
  • Megmunkálási árak: Tipikusan 0,1-0,5 mm³/perc, az elektróda geometriájától és a teljesítménybeállításoktól függően.

A szikraforgácsolás és a precíziós köszörülés lehetővé teszi, hogy a D2 alkatrészek hálóhoz közeli formákat és tükrös felületeket érjenek el, miközben megőrzik a szerszámacél teljes keménységét.

Felületkezelés és bevonat

A szerszám élettartamának további meghosszabbítása érdekében, fontolja meg ezeket a befejezési lehetőségeket:

• Polírozás: Végső polírozás Ra ≤-ig 0.2 µm csökkenti a súrlódást és a törmelék tapadását.
• PVD bevonatok: Titán-nitrid (Ón) vagy alumínium-titán-nitrid (Arany) rétegek hozzá egy kemény, alacsony súrlódású felület, a kopás élettartamának növelése akár 50%.
• Nitriding: Alacsony hőmérsékletű gáznitridálás (500 ° C) diffundálja a nitrogént, hogy megkeményedett tokot képezzen, a felületi keménység növelése a HRC-hez 70+ a magméretek torzítása nélkül.

8. A D2 hidegmegmunkáló szerszámacél legfontosabb alkalmazásai

A D2 kopásállóság és szívósság egyensúlya megfelel:

• A hidegmunka meghal: Kiürítés, alakítás, és a vágási műveletek túllépése 1 millió ciklus.
• Vágópengék: Nagy sebességű nyíró kések, amelyek éles éleket tartanak fenn koptató iszap alatt.
• Lyukasztó és szerszámkészletek: Megbízható teljesítmény bélyegzett alkatrészekben az autóiparban és a készülékiparban.
• Kopó alkatrészek: Hengerek, kilökőcsapok, és perselyek nagy kopásállóságú környezetben.
• Adalékanyaggal támogatott szerszámbetétek: Hibrid formabetétek, amelyek a D2-t konform hűtőcsatornákkal kombinálják.

9. Teljesítmény-összehasonlítás: D2 vs. Egyéb szerszámacélok

A D2 hidegmegmunkálású szerszámacél széles körben elismert kivételes kopásállóságáról és közepes szívósságáról.

Viszont, a gyártási alkalmazásokhoz szükséges szerszámacél kiválasztásában, kritikus fontosságú a D2 összehasonlítása más népszerű szerszámacélokkal a teljesítménybeli kompromisszumok értékeléséhez, tartósság, és költség.

Ez a rész a D2 és az A-2 részletes összehasonlítását tartalmazza, M-2, és S-7, adatok és valós esetbetekintések támogatják.

Szerszámacél összehasonlító táblázat

10. Következtetés

A D2 hidegmegmunkáló szerszámacél a kopásállóság páratlan kombinációjával tűnik ki, méretstabilitás, és hőstabilitás.

Sokoldalúsága az alkalmazások széles skáláján – a hagyományos hidegen megmunkáló szerszámoktól a feltörekvő adalékos gyártási technikákig – nélkülözhetetlen anyaggá teszi a modern gyártásban..

A D2 kémiai összetételének árnyalatainak megértése, mechanikai tulajdonságok, és a feldolgozási technikák felhatalmazzák

mérnökök és tervezők, hogy kiaknázzák a benne rejlő teljes potenciált, optimális teljesítményt és hatékonyságot biztosítva projektjeikben.