D2 工具鋼: コールドワーキングツールスチール

1. 導入

D2ツールスチールは、その並外れた摩耗抵抗と寸法の安定性で長い間認識されてきました, 寒いアプリケーションの定番となっています.

20世紀初頭の合金技術における進歩に由来する, D2は高炭素です, 深刻な摩耗条件下で動作するツールのベンチマークを設定する高クロミウム鋼.

この記事はプロパティを掘り下げます, 処理, D2ツールスチールのアプリケーション, さまざまな業界への適合性に関する重要な質問に答える.

化学組成を調査することにより, 物理的および機械的属性, 熱処理プロトコル, および機械加工の課題,

私たちは、D2が厳しいツール要件に適した選択肢である理由を包括的に理解することを目指しています.

2. 化学組成

D2 工具鋼 慎重に設計された合金化学に対するその並外れた耐摩耗性と寸法安定性を負っています.

高い炭素含有量とクロムの戦略的追加を組み合わせることにより, モリブデン, バナジウムと, 冶金学者は、耐摩耗性に抵抗し、激しい負荷の下で切断端を保持する硬い炭化物が豊富なマトリックスを作成します.

重要な合金要素とその役割

要素	典型的なコンテンツ (%)	冶金の役割
炭素 (C)	1.40 – 1.60	セメンタイトと複雑な炭化物を形成します; 硬さと耐摩耗性と直接相関します
クロム (Cr)	11.00 – 13.00	硬いm₇c₃およびm₂₃c₆炭化物の形成を促進します; 耐食性を追加します; 焼入れ性を高める
モリブデン (モー)	0.70 – 1.40	以前の炭化物を洗練します; 靭性と赤ハードを強化します; オーステナイト中に穀物の成長を遅らせます
バナジウム (V)	0.30 – 1.10	エッジの保持を改善し、マイクロクラッキングに抵抗する非常に硬いMCタイプの炭化物を作成します
マンガン (ん)	≤ 1.00	デオキシ酸剤として機能します; 硬化性を支援しますが、過剰に添加された場合は靭性を減らすことができます
シリコン (そして)	≤ 1.00	デオキシジ剤; 強さに適度に貢献し、炭化物の形態に貢献します

特徴的なカーバイドフェーズ

D2の耐摩耗性はaに由来します デュアルカーバイドシステム:

クロムが豊富な炭化物 (m₇c₃, m₂₃c₆)

• これらのクロム炭化物は、強化されたマルテンサイトマトリックス内で閉塞性または角度沈殿物として表示されます.
• 彼らは大まかに説明します 30–40％ 体積による微細構造の, 研磨摩耗にバルク抵抗を提供します.

バナジウムが豊富なMC炭化物

• ナノスケールMC粒子 (バナジウムと炭素が豊富です) 鋼全体に均一に分布します.
• さえ 5–10％ MC炭化物の体積分率は、亀裂開始を妨げることにより、エッジ保持を劇的に高めます.

3. 同等のブランドと標準

D2ツールスチールは、いくつかの国際仕様と整合しています. 以下は、ASTM指定までの主要な同等物です:

標準/ブランド	指定	同等	地域
aisi/sae	D2 (US T30402)	-	アメリカ合衆国
から	1.2379	D-2	ドイツ/ヨーロッパ
彼	SKD11	D-2	日本/アジア
BS	BS 1407M40	D-2	英国
AFNOR	x210cr12	D-2	フランス
ASTM	A681	D-2	国際的

4. 機械的性質

D2ツールスチールは、極度の硬度と十分な靭性のバランスを取ります, 脆性障害に抵抗しながら高摩耗に耐えることができる.

以下の表は、消光状態でその重要な機械的指標をまとめたものです (通常 60 HRC), その後、それらの意味について簡単に説明します.

財産	代表値	ユニット	注意事項
抗張力 (σₜ)	2 000 – 2 200	MPa	高い究極の強度は、寒冷作戦で重い負荷をサポートします.
降伏強さ (あなた 0.2%)	1 850 – 2 000	MPa	高圧縮力の下での最小限のプラスチック変形は、寸法精度を保持します.
ロックウェルCの硬度	58 – 62	HRC	例外的な表面硬度により、優れた耐摩耗性が保証されます.
ブリネル硬度 (HBW)	700 – 750	HBW	国際基準の相互参照については、HRCに対応します.
Charpy V-Notch Impact	10 – 15	ジュール	適切なエネルギー吸収は、せん断およびトリミングアプリケーションの壊滅的な亀裂を防ぎます.
破断伸び	2 – 3	%	限られた延性; 設計は、硬化セクションでの変形能力の低さを考慮する必要があります.
靭性のモジュラス	20 – 25	MJ/M³	ストレス - ひずみ曲線の下の面積は、骨折前の全体的なエネルギー吸収を定量化します.

5. 物理的特性

その機械的性能を超えて, D2ツールスチールは、熱の流れに影響を与える一連の物理的特性を示します, 寸法安定性, 使用中の電磁挙動.

以下は、硬化した主要な物理的特性の要約です (60 HRC) 状態:

財産	代表値	ユニット	注意事項 & 意味
密度	7.75 g/cm3		水より重い, ダイの質量と取り扱いに影響を与えます.
ヤング率 (弾性率)	205 GPa		高い剛性により、負荷下での弾性偏向が最小限に抑えられます.
ポアソン比	0.28		伸ばしたときに中程度の横方向の収縮を示します.
熱伝導率	20 W/m・K		熱伝導率が比較的低い熱伝導率は、ツーリング面での熱保持に役立ちます.
比熱容量	460 J/kg・K		温度を上げるのに必要なエネルギー, テンピングとクエンチのデザインに関連しています.
熱膨張係数	11.5 µm/m・k		熱膨張効果は中程度です, 温度サイクルにわたってタイトなダイクリアランスを促進します.
電気抵抗率	0.70 µΩ・m		低合金鋼よりも高い抵抗率, EDMパラメーターと電気加熱挙動に影響を与えます.
透磁率 (相対μᵣ)	1.002		空きスペースとほぼ同じ; D-2の非磁性を確認します (反磁性の) ほとんどのアプリケーションのキャラクター.
ロックウェルCの硬度 (典型的な, クエンチ/焼き戻し)	60 HRC		機械的特性ですが, 硬度は表面接触に影響します, 摩擦, 使用中の熱生成.

6. 熱処理 & 処理

D2ツールスチールのパフォーマンスが正確な熱処理と慎重な処理にかかっている最適化.

アニーリングを制御することにより, オーステナイト化, 焼き入れ, 焼き戻し, およびオプションの極低温ステップ,

製造業者は鋼の硬度を調整します, 靭性, そして、厳しい冷たい作業のタスクに対する寸法の安定性.

アニーリングとストレスの緩和

目的: 機械加工のためにD2を柔らかくします, 残留応力を緩和します, 炭化炭化物を球体化します.

• 手順: ゆっくりと加熱します 800–820°C, 保持します 2–4時間, 次に、炉で冷やします 20 °C/時間 に 650 ℃, その後空冷.
• 結果: 達成 〜240 HBW, 切断エッジのツール摩耗を最小限に抑え、欠けを防ぐ均一に球状の炭化物を備えています.

硬化サイクルの前, aを使用します ストレス前の救済 で 650 ℃ のために 1 機械加工されたストレスを除去する時間.

硬化 (オーステナイトとクエンチング)

客観的: マルテンサイトに変換し、最大の耐摩耗性のために十分な炭化物を溶解する.

オーステナイト化:

• 温度: 1 020–1 040 ℃
• 時間を浸します: 15–30分 (セクションの厚さに応じて)
• 雰囲気: 脱炭素化と酸化を防ぐための、大胞子香港炉または塩浴.

焼入れ:

• メディア: 温かい油 (50–70°C) または最小限の歪みのための空気; ソルトバスクエンチ (400–500°C) より速い冷却とストレスの減少のため.
• ディストーションコントロール: 備品または中断されたクエンチテクニックを使用します, 特に複雑な幾何学の場合.

結果: 降伏します 〜62 HRC 最大および微細なマルテンサイトマトリックス, 分散炭化物.

焼き戻しサイクル

ゴール: 硬度と靭性のバランス, 脆性を減らします, クエンチのストレスを和らげます.

• 低温焼き込み (150–200°C):

• • 結果: 硬度は残ります 60–62 HRC, 控えめなタフネスで. 極端な耐摩耗性とエッジ保持を要求するアプリケーションに最適.

• 中程度の温度焼き戻し (500–550°C):

• • 結果: 硬度が低下します 55–58 HRC 一方、靭性は増加します 20–30％. 衝撃または中程度のショックにさらされるツールに最適です.

• 手順: 実行する 2つの連続 焼き戻しサイクル, 保持 2 時間 それぞれ, その後空冷.

極低温処理

目的: 保持されたオーステナイトをマルテンサイトに変換し、カーバイド分布を改良します.

• プロセス: 焼入れ後, かっこいい –80°C (ドライアイス/エタノール) のために 2 時間, その後、室温に戻ります.
• 利点: 硬度を上げます 2–3 HRC タフネスの顕著な損失なしに耐摩耗性をわずかに改善します.

最終的な応力緩和と矯正

後に続く (および極低温治療, 使用する場合), a 最終的な応力緩和 で 150–200°C のために 1 時間. このステップは寸法を安定させ、サービス中の反りのリスクを最小限に抑える.

7. 被削性 & 製作

D2ツールスチールの高炭化物含有量と事前に硬化した微細構造は、機械加工と製造中に独自の課題をもたらします.

適切なツールを選択します, 切断パラメーターの最適化, 特殊な溶接と仕上げの実践に従います,

メーカーは正確に生産できます, D2の耐摩耗性を保存しながら、高品質の部品.

加工されたD2

アニールされたD2 (〜240 HBW) 容易にマシン, 多くのアプリケーションが始まります 事前に硬化した在庫 (50 ± 2 HRC). この状態で:

• ツーリング:

• • カーバイドインサート TICまたはTICNコーティングで、ハードクロムおよびバナジウム炭化物からの摩耗に抵抗します.
  • 多結晶キュービックホウ素窒化 (PCBN) 硬化した表面の大量の粗整形に優れています.

• 切断パラメータ:

• • スピード: 60カーバイドの–90 m/min; 100–150 m/min PCBN.
  • 餌: 0.05–0.15 mm/Rev。ツールの寿命と表面仕上げのバランスをとる.
  • カットの深さ: 0.5–2 mm; 浅いパスは、切断力と熱生成を減らします.

• クーラント: 洪水クーラントまたはスルーツールの配達は、組み込みのエッジを最小限に抑え、下のゾーンを切断し続けます 200 ℃, 炭化物の引き抜きを防ぎます.

トランジション, これらの推奨事項を採用すると、表面の完全性と寸法精度が向上します, タイトトレランスツールにとって重要です.

溶接と修理

溶接D2は、亀裂を避け、マルテンサイトマトリックスを保存するために慎重な制御を必要とします:

1. 予熱します: 部品を持ってきます 200–300°C 熱勾配を減らすため.
2. パス間温度: 維持する 200–250°C 残留応力を軽減するためのパス間.
3. フィラー金属: 低合金を使用します, ハードネスロッド (例えば, AWS A5.28 ER410NIMO) D2の化学と互換性があります.
4. 溶接後の熱処理: ストレスリリーブで 500 ℃ のために 2 時間, 次に、セクションに応じて抑制します 5 靭性と硬さを回復するため.

これらのステップは水素誘発性亀裂を最小限に抑え、溶接ゾーンが基本金属のパフォーマンスに一致するようにします.

研削および電気放電加工 (放電加工)

複雑な幾何学と細かい仕上げのため, 非慣例的な方法Excel:

• 研削:

• • ホイール選択: 酸化アルミニウムまたはキュービックホウ素ホイールを使用します (46A60H-54A80H) グレージングを防ぐための柔らかい結合で.
  • パラメーター: 軽い排除 (0.01–0.05 mm) そして、ホイールの速度が高い (30 MS) ra≤ 0.4 μm.

• 放電加工:

• • 沈没またはワイヤーEDM 機械的応力を誘発することなく複雑な空洞を作成します.
  • 誘電性流体: 制御されたフラッシングを伴う炭化水素オイルは、炭化物の再堆積を防ぎます.
  • 機械加工率: 通常、0.1〜0.5mm³/min, 電極のジオメトリと電力設定に応じて.

EDMと精密粉砕を組み込むことで、D2コンポーネントは、ツールスチールの完全な硬度を維持しながら、ネットに近い形状とミラー仕上げを実現できます。.

表面仕上げとコーティング

ツールの寿命をさらに拡大する, これらの仕上げオプションを検討してください:

• 研磨: ra≤から最終的なポリッシュ 0.2 µMは摩擦と破片の接着を減らします.
• PVDコーティング: 窒化チタン (錫) または窒化アルミニウム (金) レイヤーはハードを追加します, 低摩擦表面, 摩耗の寿命を増やします 50%.
• 窒化処理: 低温ガス窒化 (500 ℃) 窒素を拡散して、硬化したケースを形成します, HRCに表面硬度を高める 70+ コア寸法を歪めることなく.

8. D2コールドワーキングツールスチールの主要なアプリケーション

D2の耐摩耗性と靭性のバランス:

• コールドワークは死にます: ブランキング, 形にする, 操作を超えるトリミング 1 百万サイクル.
• 刃を切る: 研磨スラリーの下で鋭いエッジを維持する高速せん断ナイフ.
• パンチアンドダイセット: 自動車およびアプライアンス業界向けのスタンプコンポーネントの信頼できるパフォーマンス.
• 部品を着用します: ローラー, エジェクターピン, 高昇格環境のブッシング.
• 添加剤アシストツールインサート: D2とコンフォーマル冷却チャネルを組み合わせたハイブリッド金型インサート.

9. パフォーマンスの比較: D2対. 他のツール鋼

D2コールドワーキングツールスチールは、その並外れた耐摩耗性と中程度のタフネスで広く認識されています.

しかし, 製造アプリケーション用のツールスチールの選択, パフォーマンスのトレードオフを評価するには、D2を他の人気のあるツール鋼と比較することが重要です, 耐久性, そしてコスト.

このセクションでは、D2とA-2の詳細な比較を提供します, M-2, およびS-7, データと現実世界のケースの洞察によってサポートされています.

ツールスチール比較テーブル

10. 結論

D2コールドワーキングツールスチールは、耐摩耗性の比類のない組み合わせで際立っています, 寸法安定性, および熱安定性.

伝統的なコールドワークから新たな添加剤製造技術まで、幅広いアプリケーションにわたるその汎用性は、現代の製造に不可欠な素材であることを認識しています.

D2の化学組成のニュアンスを理解する, 機械的特性, 処理技術に力があります

エンジニアとデザイナーは、その潜在能力を最大限に活用します, プロジェクトの最適なパフォーマンスと効率を確保します.