D2 įrankių plienas: Šalto darbo įrankių plienas

1. Įvadas

D2 įrankių plienas jau seniai buvo pripažintas dėl išskirtinio atsparumo dilimui ir matmenų stabilumo, todėl jis yra pagrindinis šalto apdirbimo programų elementas.

Kilę iš XX amžiaus pradžios legiravimo technologijos pažangos, D2 yra daug anglies dioksido išskirianti medžiaga, daug chromo turintis plienas, kuris nustato etaloną įrankiams, dirbantiems sunkiomis dėvėjimosi sąlygomis.

Šiame straipsnyje kalbama apie savybes, apdorojimas, ir D2 įrankių plieno pritaikymas, atsakyti į pagrindinius klausimus apie jo tinkamumą įvairioms pramonės šakoms.

Ištyrus jo cheminę sudėtį, fizinės ir mechaninės savybės, terminio apdorojimo protokolai, ir apdirbimo iššūkiai,

Siekiame visapusiškai suprasti, kodėl D2 tebėra tinkamiausias pasirinkimas esant dideliems įrankių reikalavimams.

2. Cheminė sudėtis

D2 įrankių plieno savo išskirtinį atsparumą dilimui ir matmenų stabilumą lemia kruopščiai sukurta lydinio chemija.

Didelį anglies kiekį derinant su strateginiais chromo priedais, molibdenas, ir vanadis, metalurgai sukuria matricą, kurioje gausu kietųjų karbidų, kurie atsparūs dilimui ir išlaiko pjovimo briaunas esant didelei apkrovai.

Pagrindiniai legiravimo elementai ir jų vaidmuo

Elementas	Tipiškas turinys (%)	Metalurgijos vaidmuo
Anglies (C)	1.40 - 1.60	Sudaro cementitą ir sudėtingus chromo karbidus; tiesiogiai koreliuoja su kietumu ir atsparumu dilimui
Chromas (Kr)	11.00 - 13.00	Skatina kietų M7C3 ir M3C6 karbidų susidarymą; padidina atsparumą korozijai; padidina kietumą
Molibdenas (MO)	0.70 - 1.40	Rafinuoja ankstesnius karbidus; padidina kietumą ir raudonumą; stabdo grūdų augimą austenitizavimo metu
Vanadis (V)	0.30 - 1.10	Sukuria itin kietus MC tipo karbidus, kurie pagerina briaunų išlaikymą ir atsparumą mikroįtrūkimams
Manganas (Mn)	≤ 1.00	Veikia kaip deoksidatorius; padeda sukietėti, bet gali sumažinti kietumą, jei pridedama per daug
Silicis (Ir)	≤ 1.00	Deoksidatorius; nežymiai prisideda prie stiprumo ir prisideda prie karbido morfologijos

Būdingos karbido fazės

D2 atsparumas dilimui kyla iš a dviguba karbido sistema:

Chromo turtingi karbidai (M₇c₃, M₂3C6)

• Šie chromo karbidai grūdinto martensito matricoje atrodo kaip blokinės arba kampinės nuosėdos.
• Jie sudaro maždaug 30–40% mikrostruktūra pagal tūrį, užtikrina masinį atsparumą abrazyviniam nusidėvėjimui.

Vanadžio turtingi MC karbidai

• Nano skalės MC dalelės (daug vanadžio ir anglies) tolygiai paskirstyti visame pliene.
• Net a 5– 10 proc. MC karbidų tūrio dalis žymiai padidina briaunų išlaikymą, trukdydama atsirasti įtrūkimams.

3. Lygiaverčiai prekės ženklai ir standartai

D2 įrankių plienas atitinka keletą tarptautinių specifikacijų. Žemiau pateikiami pirminiai atitikmenys iki ASTM žymėjimo:

Standartinis / prekės ženklas	Paskyrimas	Lygiavertis	Regionas
AISI/SAE	D2 (US T30402)	-	JAV
Nuo	1.2379	D-2	Vokietija/Europa
JIS	SKD11	D-2	Japonija/Azija
BS	BS 1407M40	D-2	JK
AFNOR	X210Cr12	D-2	Prancūzija
ASTM	A681	D-2	Tarptautinė

4. Mechaninės savybės

D2 įrankių plienas subalansuoja ypatingą kietumą ir pakankamą kietumą, leidžianti atlaikyti didelį susidėvėjimą ir atsispirti trapiam gedimui.

Žemiau esančioje lentelėje apibendrinami pagrindiniai mechaniniai rodikliai, esant gesinimo ir grūdinimo būsenai (paprastai 60 HRC), po to trumpai aptariama jų reikšmė.

Nuosavybė	Tipinė vertė	Vienetai	Pastabos
Tempimo stiprumas (σₜ)	2 000 - 2 200	MPA	Didelis ribinis stiprumas palaiko dideles apkrovas šalto darbo metu.
Derliaus stiprumas (σᵧ 0.2%)	1 850 - 2 000	MPA	Minimali plastinė deformacija esant didelėms gniuždymo jėgoms išsaugo matmenų tikslumą.
Rockwell C kietumas	58 - 62	HRC	Išskirtinis paviršiaus kietumas užtikrina puikų atsparumą dilimui.
Brinelio kietumas (HBW)	700 - 750	HBW	Atitinka HRC kryžminėms nuorodoms tarptautiniuose standartuose.
Charpy V formos smūgis	10 - 15	Džauliais	Tinkamas energijos sugėrimas apsaugo nuo katastrofiškų įtrūkimų kirpimo ir apipjaustymo metu.
Pailgėjimas per pertrauką	2 - 3	%	Ribotas lankstumas; konstrukcijoje turi būti atsižvelgiama į mažą grūdintų ruožų deformacinę galią.
Tvirtumo modulis	20 - 25	MJ/m³	Plotas po įtempių ir deformacijų kreive kiekybiškai įvertina bendrą energijos absorbciją prieš lūžį.

5. Fizinės savybės

Be jo mechaninių savybių, D2 įrankių plienas pasižymi fizinių savybių rinkiniu, turinčiu įtakos šilumos srautui, matmenų stabilumas, ir elektromagnetinis elgesys eksploatacijos metu.

Žemiau pateikiama pagrindinių jo fizinių savybių sukietėjusioje santraukoje (60 HRC) sąlyga:

Nuosavybė	Tipinė vertė	Vienetai	Pastabos & Pasekmės
Tankis	7.75 g/cm³		Sunkesnis už vandenį, turinčios įtakos štampo masei ir valdymui.
Youngo modulis (Elastinis modulis)	205 GPA		Didelis standumas užtikrina minimalų elastingą deformaciją esant apkrovai.
Puasono koeficientas	0.28		Nurodo vidutinį šoninį susitraukimą ištempus.
Šilumos laidumas	20 W/m · k		Santykinai mažas šilumos laidumas padeda išlaikyti šilumą įrankių paviršiuose.
Savitoji šilumos talpa	460 J/kg · k		Energija, reikalinga temperatūrai pakelti, tinka grūdinimo ir gesinimo dizainui.
Šilumos išsiplėtimo koeficientas	11.5 µm/m·K		Šiluminio plėtimosi poveikis yra vidutinio sunkumo, palengvina mažus tarpelius per temperatūros ciklus.
Elektros varža	0.70 µΩ · m		Didesnė varža nei mažai legiruoto plieno, įtakos EDM parametrams ir elektrinio šildymo elgsenai.
Magnetinis pralaidumas (Santykinis μᵣ)	1.002		Beveik identiška laisvai vietai; patvirtina D-2 nemagnetinį (diamagnetinis) simbolis daugelyje programų.
Rockwell C kietumas (Tipiškas, gesintas/grūdintas)	60 HRC		Nors mechaninė savybė, kietumas turi įtakos paviršiaus kontaktui, trintis, ir šilumos generavimas naudojant.

6. Terminis apdorojimas & Apdorojimas

D2 įrankių plieno našumo optimizavimas priklauso nuo tikslaus terminio apdorojimo ir kruopštaus apdorojimo.

Kontroliuojant atkaitinimą, austenitizuojantis, gesinimas, grūdinimas, ir pasirenkami kriogeniniai žingsniai,

gamintojai pritaiko plieno kietumą, Tvirtumas, ir matmenų stabilumą atliekant sudėtingas šalto darbo užduotis.

Atkaitinimas ir streso mažinimas

Tikslas: Suminkštinkite D2 apdirbimui, sumažinti liekamąjį įtampą, ir sferoidizuoti karbidus.

• Procedūra: Lėtai pašildykite iki 800–820 ° C., palaikykite 2–4 valandos, tada atvėsinkite orkaitėje 20 °C/val į 650 ° C., po to aušinimas oru.
• Rezultatas: Pasiekia ~240 HBW, su tolygiai sferoidiniais karbidais, kurie sumažina įrankio pjovimo briaunų susidėvėjimą ir apsaugo nuo drožlių.

Prieš bet kokį grūdinimo ciklą, Naudokite a atleidimas prieš stresą adresu 650 ° C. už 1 valandą, kad pašalintų apdirbimo sukeltus įtempius.

Grūdinimas (Austenitizavimas ir gesinimas)

Tikslas: Paverskite martensitą ir ištirpinkite pakankamai karbidų, kad būtų užtikrintas didžiausias atsparumas dilimui.

Austenitizavimas:

• Temperatūra: 1 020–1 040 ° C.
• Mirkymo laikas: 15–30 minučių (priklausomai nuo skyriaus storio)
• Atmosfera: Kontroliuojamos atmosferos krosnis arba druskos vonia, kad būtų išvengta dekarbonizacijos ir oksidacijos.

Gesinimas:

• Žiniasklaida: Šiltas aliejus (50–70 °C) arba oras, kad iškraipymas būtų minimalus; druskos vonios gesinimas (400–500 °C) greitesniam vėsinimui ir mažesniam stresui.
• Iškraipymo valdymas: Naudokite šviestuvus arba pertraukiamo gesinimo būdus, ypač sudėtingoms geometrijoms.

Rezultatas: Derlius ~62 HRC maksimalus ir martensitinė matrica su smulkia, dispersiniai karbidai.

Grūdinimo ciklai

Tikslas: Subalansuokite kietumą ir kietumą, sumažinti trapumą, ir numalšinti įtampą.

• Žemos temperatūros grūdinimas (150–200 °C):

• • Rezultatas: Kietumas išlieka 60–62 HRC, su kukliu kietumu. Idealiai tinka naudoti, kai reikalaujama ypatingo atsparumo dilimui ir kraštų išlaikymo.

• Vidutinės temperatūros grūdinimas (500–550 °C):

• • Rezultatas: Kietumas sumažėja iki 55–58 HRC o kietumas padidėja 20–30%. Geriausiai tinka įrankiams, veikiamiems smūgių arba vidutinio stiprumo smūgių.

• Procedūra: Atlikti du iš eilės grūdinimo ciklai, laikantis 2 valandos kiekviena, po to aušinimas oru.

Kriogeninis gydymas

Tikslas: Paverskite išlikusį austenitą į martensitą ir patobulinkite karbido pasiskirstymą.

• Procesas: Po gesinimo, atvėsinti –80 °C (sausas ledas/etanolis) už 2 valandos, tada grįžkite į kambario temperatūrą.
• Nauda: Padidina kietumą iki 2–3 HRC ir nežymiai pagerina atsparumą dilimui, neprarandant tvirtumo.

Galutinis streso pašalinimas ir tiesinimas

Po grūdinimo (ir kriogeninis gydymas, jei naudojamas), elgtis a galutinis streso pašalinimas adresu 150–200 °C už 1 valandą. Šis žingsnis stabilizuoja matmenis ir sumažina deformacijos riziką eksploatacijos metu.

7. Aparatas & Gaminimas

D2 įrankių plieno didelis karbido kiekis ir iš anksto grūdinta mikrostruktūra kelia unikalių iššūkių apdirbant ir gaminant.

Pasirinkus tinkamus įrankius, pjovimo parametrų optimizavimas, ir laikytis specializuotos suvirinimo ir apdailos praktikos,

gamintojai gali pagaminti tikslius, aukštos kokybės dalys išsaugant D2 atsparias dilimui savybes.

Apdirbimas Grūdintas D2

Nors atkaitintas D2 (~240 HBW) mašinos lengvai, daugelis programų prasideda iš anksto grūdintos žaliavos (50 ± 2 HRC). Šioje būsenoje:

• Įrankiai:

• • Karbido įdėklai su TiC arba TiCN dangomis atsparus dilimui nuo kieto chromo ir vanadžio karbidų.
  • Polikristalinis kubinis boro nitridas (PCBN) puikiai tinka grūdintų paviršių grublėtam dideliam kiekiui.

• Pjaustymo parametrai:

• • Greitis: 60–90 m/min karbidui; 100–150 m/min PCBN.
  • Pašaras: 0.05–0,15 mm/aps., siekiant subalansuoti įrankio tarnavimo laiką ir paviršiaus apdailą.
  • Pjovimo gylis: 0.5– 2 mm; sekliuose pravažiavimuose sumažinamos pjovimo jėgos ir šilumos susidarymas.

• Aušinimo skystis: Užtvindytas aušinimo skystis arba įrankio tiekimas sumažina susikaupusias briaunas ir išlaiko žemiau esančias pjovimo zonas 200 ° C., užkirsti kelią karbido ištraukimui.

Laikinai, Šių rekomendacijų priėmimas padidina paviršiaus vientisumą ir matmenų tikslumą, labai svarbus griežtos tolerancijos įrankiams.

Suvirinimas ir remontas

Suvirinimas D2 reikalauja kruopštaus valdymo, kad būtų išvengta įtrūkimų ir išsaugota martensitinė matrica:

1. Iš anksto pašildyti: Atneškite dalis 200–300 ° C. sumažinti šiluminius gradientus.
2. Tarpinė temperatūra: Prižiūrėti 200–250 °C tarp važiavimų, kad sumažintų liekamuosius įtempius.
3. Užpildas metalai: Naudokite mažai legiruotą, didelio kietumo strypas (Pvz., AWS A5.28 ER410NiMo) suderinamas su D2 chemija.
4. Terminis apdorojimas po suvirinimo: Streso mažinimas at 500 ° C. už 2 valandos, tada grūdinti pagal skyrių 5 atkurti tvirtumą ir kietumą.

Šie veiksmai sumažina vandenilio sukeliamą įtrūkimą ir užtikrina, kad suvirinimo zonos atitiktų netauriojo metalo charakteristikas.

Šlifavimas ir elektros iškrovos apdirbimas (EDM)

Įmantrioms geometrijoms ir dailiai apdailai, netradiciniai metodai išsiskiria:

• Šlifavimas:

• • Ratų pasirinkimas: Naudokite aliuminio oksido arba kubinio boro nitrido ratus (46A60H–54A80H) su minkštomis jungtimis, kad būtų išvengta stiklinimo.
  • Parametrai: Lengvas padavimas (0.01-0,05 mm) ir didelis rato greitis (30 m/s) derlius Ra ≤ 0.4 µm.

• EDM:

• • Die Singing arba Wire EDM sukuria sudėtingas ertmes nesukeldamas mechaninių įtempių.
  • Dielektrinis skystis: Angliavandenilių alyva su kontroliuojamu praplovimu apsaugo nuo pakartotinio karbidų nusėdimo.
  • Apdirbimo normos: Paprastai 0,1–0,5 mm³/min, priklausomai nuo elektrodo geometrijos ir galios nustatymų.

EDM ir tikslus šlifavimas leidžia D2 komponentams pasiekti beveik tinklinę formą ir veidrodinę apdailą, išlaikant visą įrankinio plieno kietumą..

Paviršiaus apdaila ir dengimas

Norėdami dar labiau pailginti įrankio tarnavimo laiką, apsvarstykite šias apdailos galimybes:

• Poliravimas: Galutinis poliravimas iki Ra ≤ 0.2 µm sumažina trintį ir šiukšlių sukibimą.
• PVD dangos: Titano nitridas (Alavas) arba aliuminio titano nitridas (Auksas) sluoksniai pridėti kietą, žemos trinties paviršius, ilgesnis nusidėvėjimo laikas iki 50%.
• Azotavimas: Žemos temperatūros dujų azotavimas (500 ° C.) išsklaido azotą, kad susidarytų sukietėjęs apvalkalas, padidina paviršiaus kietumą iki HRC 70+ neiškraipant šerdies matmenų.

8. Pagrindinės D2 šalto apdirbimo įrankių plieno taikymas

D2 atsparumo dilimui ir tvirtumo balansas tinka:

• Šaltasis darbas miršta: Blankavimas, formavimas, ir apipjaustymo operacijų viršija 1 milijonas ciklų.
• Pjovimo peiliukai: Didelio greičio kirpimo peiliai, išlaikantys aštrius kraštus po abrazyvinėmis srutomis.
• Punch ir štampavimo rinkiniai: Patikimas štampuotų komponentų, skirtų automobilių ir prietaisų pramonei, veikimas.
• Susidėvinčios dalys: Ritinėliai, Išmetimo kaiščiai, ir įvorės didelio dilimo aplinkoje.
• Įrankiai su priedais: Hibridiniai formų įdėklai, sujungiantys D2 su konforminiais aušinimo kanalais.

9. Našumo palyginimas: D2 vs. Kiti įrankių plienai

D2 šalto apdirbimo įrankių plienas yra plačiai pripažintas dėl savo išskirtinio atsparumo dilimui ir vidutinio kietumo.

Tačiau, renkantis įrankinį plieną gamybos reikmėms, labai svarbu palyginti D2 su kitais populiariais įrankių plienais, kad būtų galima įvertinti našumo kompromisus, patvarumas, ir kaina.

Šiame skyriuje pateikiamas išsamus D2 ir A-2 palyginimas, M-2, ir S-7, remiamas duomenimis ir realaus pasaulio atvejų įžvalgomis.

Įrankių plieno palyginimo lentelė

10. Išvada

D2 šalto apdirbimo įrankių plienas išsiskiria neprilygstamu atsparumo dilimui deriniu, matmenų stabilumas, ir šiluminis stabilumas.

Dėl jo universalumo įvairiose srityse – nuo ​​tradicinių šalto apdirbimo štampų iki naujų priedų gamybos metodų – tai yra nepakeičiama medžiaga šiuolaikinėje gamyboje..

Suprasti D2 cheminės sudėties niuansus, Mechaninės savybės, o apdorojimo metodai įgalina

inžinieriams ir dizaineriams, kad išnaudotų visą savo potencialą, užtikrinti optimalų savo projektų našumą ir efektyvumą.