D2 instrumentu tērauds: Aukstā darba instrumentu tērauds

1. Ievads

Instrumentu tērauds D2 jau sen ir atzīts par izcilu nodilumizturību un izmēru stabilitāti, padarot to par pamatelementu aukstās apstrādes lietojumos.

Radās no 20. gadsimta sākuma sasniegumiem sakausēšanas tehnoloģijā, D2 ir augsta oglekļa satura viela, tērauds ar augstu hroma saturu, kas nosaka etalonu instrumentiem, kas darbojas smagos nodiluma apstākļos.

Šajā rakstā ir apskatītas īpašības, apstrāde, un D2 instrumentu tērauda pielietojumi, atbildot uz galvenajiem jautājumiem par tā piemērotību dažādām nozarēm.

Izpētot tā ķīmisko sastāvu, fizikālās un mehāniskās īpašības, termiskās apstrādes protokoli, un apstrādes izaicinājumi,

Mūsu mērķis ir sniegt visaptverošu izpratni par to, kāpēc D2 joprojām ir vēlamā izvēle stingrām instrumentu prasībām.

2. Ķīmiskais sastāvs

D2 instrumentu tērauds Savu izcilo nodilumizturību un izmēru stabilitāti nodrošina rūpīgi izstrādāta sakausējuma ķīmija.

Apvienojot augstu oglekļa saturu ar stratēģiskām hroma piedevām, molibdēns, un vanādijs, metalurgi izveido ar cietiem karbīdiem bagātu matricu, kas ir izturīga pret nodilumu un saglabā griešanas malas lielas slodzes apstākļos.

Galvenie sakausējuma elementi un to lomas

Elements	Tipisks saturs (%)	Metalurģijas loma
Ogleklis (C)	1.40 - 1.60	Veido cementītu un kompleksos hroma karbīdus; tiešā veidā korelē ar cietību un nodilumizturību
Hroms (Krekls)	11.00 - 13.00	Veicina cieto M₇C₃ un M₂3C6 karbīdu veidošanos; palielina izturību pret koroziju; paaugstina sacietēšanu
Molibdēns (Noplūde)	0.70 - 1.40	Attīra iepriekšējos karbīdus; palielina stingrību un sarkano cietību; aizkavē graudu augšanu austenitizācijas laikā
Vanādijs (V)	0.30 - 1.10	Izveido īpaši cietus MC tipa karbīdus, kas uzlabo malu noturību un iztur mikroplaisāšanu
Mangāns (Nojaukšanās)	≤ 1.00	Darbojas kā deoksidētājs; palīdz sacietēt, bet var samazināt stingrību, ja tiek pievienots pārāk daudz
Silīcijs (Un)	≤ 1.00	Deoksidētājs; nedaudz veicina stiprību un veicina karbīda morfoloģiju

Raksturīgās karbīda fāzes

D2 nodilumizturība izriet no a divu karbīdu sistēma:

Ar hromu bagāti karbīdi (M₇c₃, M₂3C6)

• Šie hroma karbīdi rūdītajā martensīta matricā parādās kā blokainas vai leņķiskas nogulsnes.
• Tie veido aptuveni 30–40% mikrostruktūra pēc tilpuma, nodrošinot lielapjoma izturību pret abrazīvu nodilumu.

Ar vanādiju bagāti MC karbīdi

• Nanomēroga MC daļiņas (bagāts ar vanādiju un oglekli) vienmērīgi sadalīties pa visu tēraudu.
• Pat a 5-10% MC karbīdu tilpuma daļa ievērojami palielina malu noturību, kavējot plaisu rašanos.

3. Līdzvērtīgi zīmoli un standarti

Instrumentu tērauds D2 atbilst vairākām starptautiskām specifikācijām. Tālāk ir norādīti primārie ekvivalenti līdz ASTM apzīmējumam:

Standarts/zīmols	Apzīmējums	Līdzvērtīgs	Reģions
AISI/SAE	D2 (US T30402)	-	ASV
No	1.2379	D-2	Vācija/Eiropa
Viņš	SKD11	D-2	Japāna/Āzija
BS	BS 1407M40	D-2	Apvienotā Karaliste
Afnors	X210Cr12	D-2	Francija
ASTM	A681	D-2	Starptautisks

4. Mehāniskās īpašības

Instrumentu tērauds D2 līdzsvaro ārkārtēju cietību ar pietiekamu stingrību, ļaujot tai izturēt lielu nodilumu, vienlaikus izturot trauslu bojājumu.

Zemāk esošajā tabulā ir apkopoti tās galvenie mehāniskie rādītāji rūdītā stāvoklī (parasti 60 HRC), kam seko īsa diskusija par to ietekmi.

Īpašums	Tipiska vērtība	Vienības	Piezīmes
Stiepes izturība (σₜ)	2 000 - 2 200	MPA	Augsta maksimālā izturība atbalsta lielas slodzes aukstās apstrādes operācijās.
Peļņas izturība (σᵧ 0.2%)	1 850 - 2 000	MPA	Minimāla plastiskā deformācija pie lieliem spiedes spēkiem saglabā izmēru precizitāti.
Rockwell C cietība	58 - 62	HRC	Īpaša virsmas cietība nodrošina izcilu nodilumizturību.
Brinela cietība (HBW)	700 - 750	HBW	Atbilst HRC savstarpējai atsaucei starptautiskajos standartos.
Čārpija V veida iegriezuma trieciens	10 - 15	Džūli	Atbilstoša enerģijas absorbcija novērš katastrofālu plaisāšanu griešanas un apgriešanas laikā.
Pagarinājums pārtraukumā	2 - 3	%	Ierobežota elastība; projektēšanā jāņem vērā zemā deformācijas spēja rūdītajās sekcijās.
Stingrības modulis	20 - 25	MJ/m³	Sprieguma un deformācijas līknes laukums nosaka kopējo enerģijas absorbciju pirms lūzuma.

5. Fizikālās īpašības

Papildus tā mehāniskajai veiktspējai, D2 instrumentu tēraudam ir virkne fizisko īpašību, kas ietekmē siltuma plūsmu, Izmēra stabilitāte, un elektromagnētiskā uzvedība ekspluatācijā.

Tālāk ir sniegts tā galveno fizisko īpašību kopsavilkums rūdītajā (60 HRC) nosacījums:

Īpašums	Tipiska vērtība	Vienības	Piezīmes & Ietekme
Blīvums	7.75 G/cm³		Smagāks par ūdeni, kas ietekmē presformas masu un vadāmību.
Young’s Modulus (Elastības modulis)	205 GPA		Augsta stingrība nodrošina minimālu elastīgu deformāciju slodzes laikā.
Puasona koeficients	0.28		Norāda mērenu sānu kontrakciju, kad tas ir izstiepts.
Siltumvadītspēja	20 Ar m/m · k		Salīdzinoši zema siltumvadītspēja palīdz saglabāt siltumu instrumentu virsmās.
Īpaša siltuma jauda	460 J/kg · k		Enerģija, kas nepieciešama temperatūras paaugstināšanai, attiecas uz rūdīšanas un dzēšanas dizainu.
Termiskās izplešanās koeficients	11.5 µm/m·K		Termiskās izplešanās efekti ir mēreni, atvieglojot stingru die klīrensu temperatūras ciklos.
Elektriskā pretestība	0.70 µΩ · m		Augstāka pretestība nekā mazleģētiem tēraudiem, kas ietekmē EDM parametrus un elektriskās apkures uzvedību.
Magnētiskā caurlaidība (Relatīvs μᵣ)	1.002		Gandrīz identisks brīvai vietai; apstiprina D-2 nemagnētisko (diamagnētisks) raksturs lielākajā daļā lietojumprogrammu.
Rockwell C cietība (Tipisks, rūdīts/rūdīts)	60 HRC		Lai gan mehāniska īpašība, cietība ietekmē virsmas saskari, berze, un siltuma ražošana lietošanā.

6. Termiskā apstrāde & Apstrāde

D2 instrumentu tērauda veiktspējas optimizēšana ir atkarīga no precīzas termiskās apstrādes un rūpīgas apstrādes.

Kontrolējot atkausēšanu, austenitizēšana, rūdīšana, rūdīšana, un izvēles kriogēnās darbības,

ražotāji pielāgo tērauda cietību, izturība, un izmēru stabilitāte prasīgiem aukstā darba uzdevumiem.

Atkausēšana un stresa mazināšana

Mērķis: Mīkstināt D2 apstrādei, mazināt atlikušo stresu, un sferoidizēt karbīdus.

• Procedūra: Lēnām karsē līdz 800-820 °C, turiet 2– 4 stundas, tad atdzesē krāsnī plkst 20 °C/stundā līdz 650 ° C, kam seko gaisa dzesēšana.
• Rezultāts: Sasniedz ~240 HBW, ar vienmērīgi sferoidizētiem karbīdiem, kas samazina instrumenta griešanas malu nodilumu un novērš šķeldošanu.

Pirms jebkura sacietēšanas cikla, izmantot a pirmsstresa atvieglošana pie 650 ° C par 1 stundu, lai noņemtu apstrādes radītos spriegumus.

Sacietēšana (Austenitizācija un rūdīšana)

Mērķis: Pārveidojiet par martensītu un izšķīdiniet pietiekami daudz karbīdu, lai nodrošinātu maksimālu nodilumizturību.

Austenitizēšana:

• Temperatūra: 1 020–1 040 ° C
• Mērcēšanas laiks: 15– 30 minūtes (atkarībā no sekcijas biezuma)
• Atmosfēra: Kontrolētas atmosfēras krāsns vai sāls vanna, lai novērstu dekarbonizāciju un oksidēšanos.

Rūdīšana:

• Plašsaziņas līdzekļi: Silta eļļa (50-70 °C) vai gaisu, lai radītu minimālus traucējumus; sāls vannas veldzēšana (400-500 °C) ātrākai dzesēšanai un stresa samazināšanai.
• Izkropļojumu kontrole: Izmantojiet armatūras vai pārtrauktas dzēšanas metodes, īpaši sarežģītām ģeometrijām.

Iznākums: Ienesīgums ~62 HRC maksimums un martensīta matrica ar smalku, izkliedēti karbīdi.

Rūdīšanas cikli

Mērķis: Līdzsvaro cietību un stingrību, samazināt trauslumu, un mazina stresu.

• Zemas temperatūras rūdīšana (150-200 °C):

• • Rezultāts: Cietība paliek 60-62 HRC, ar pieticīgu stingrību. Ideāli piemērots lietojumiem, kas prasa ārkārtēju nodilumizturību un malu noturību.

• Vidējas temperatūras rūdīšana (500-550 °C):

• • Rezultāts: Cietība samazinās līdz 55-58 HRC kamēr stingrība palielinās par 20–30%. Vispiemērotākais instrumentiem, kas pakļauti triecieniem vai vidējiem triecieniem.

• Procedūra: Veikt divus pēc kārtas rūdīšanas cikli, turēšana 2 laiks katrs, kam seko gaisa dzesēšana.

Kriogēnā ārstēšana

Mērķis: Pārvērtiet saglabāto austenītu par martensītu un uzlabojiet karbīda sadalījumu.

• Apstrādāt: Pēc dzēšanas, atdzesē līdz –80 ° C (sausais ledus/etanols) par 2 laiks, pēc tam atgriezieties istabas temperatūrā.
• Labums: Palielina cietību par 2-3 HRC un nedaudz uzlabo nodilumizturību bez ievērojama izturības zuduma.

Pēdējā stresa mazināšana un iztaisnošana

Pēc rūdīšanas (un kriogēnā apstrāde, ja lieto), veikt a galīgā stresa mazināšana pie 150-200 °C par 1 stundu. Šis solis stabilizē izmērus un samazina deformācijas risku apkopes laikā.

7. Mašīnīgums & Izgatavošana

D2 instrumentu tērauda augstais karbīda saturs un iepriekš rūdīta mikrostruktūra rada unikālas problēmas apstrādes un izgatavošanas laikā.

Izvēloties atbilstošus instrumentus, griešanas parametru optimizēšana, un ievērojot specializētas metināšanas un apdares metodes,

ražotāji var ražot precīzu, augstas kvalitātes detaļas, vienlaikus saglabājot D2 nodilumizturīgās īpašības.

Apstrāde Rūdīta D2

Lai gan atkausēta D2 (~240 HBW) mašīnas viegli, daudzas lietojumprogrammas sākas ar iepriekš rūdīts krājums (50 ± 2 HRC). Šajā stāvoklī:

• Instrumentus:

• • Karbīda ieliktņi ar TiC vai TiCN pārklājumiem ir izturīgs pret noberšanos no cietā hroma un vanādija karbīdiem.
  • Polikristālisks kubiskais bora nitrīds (PCBN) lieliski piemērots rūdītu virsmu liela apjoma raupjēšanai.

• Griešanas parametri:

• • Ātrums: 60-90 m/min karbīdam; 100–150 m/min PCBN.
  • Barība: 0.05–0,15 mm/apgr., lai līdzsvarotu instrumenta kalpošanas laiku un virsmas apdari.
  • Griešanas dziļums: 0.5-2 mm; seklās pārejas samazina griešanas spēkus un siltuma veidošanos.

• Dzesēšanas šķidrums: Pārpludināts dzesēšanas šķidrums vai instrumenta padeve samazina nogulsnēto malu un saglabā griešanas zonas zemāk 200 ° C, novēršot karbīda izvilkšanu.

Pagaidu, šo ieteikumu pieņemšana uzlabo virsmas integritāti un izmēru precizitāti, kritisks stingras pielaides instrumentiem.

Metināšana un remonts

Metināšanai D2 nepieciešama rūpīga kontrole, lai izvairītos no plaisāšanas un saglabātu martensīta matricu:

1. Iepriekš uzkarsē: Nogādājiet detaļas 200–300 ° C lai samazinātu termiskos gradientus.
2. Interpass Temperatūra: Uzturēt 200-250 °C starp piegājieniem, lai mazinātu atlikušos spriegumus.
3. Pildvielas metāli: Izmantojiet zemu sakausējumu, augstas cietības stienis (Piem., AWS A5.28 ER410NiMo) saderīgs ar D2 ķīmiju.
4. Termiskā apstrāde pēc metināšanas: Stresa mazināšana plkst 500 ° C par 2 laiks, tad rūdījums saskaņā ar iedaļu 5 lai atjaunotu stingrību un cietību.

Šīs darbības samazina ūdeņraža izraisītu plaisāšanu un nodrošina metināšanas zonu atbilstību parastā metāla veiktspējai.

Slīpēšana un elektriskās izlādes apstrāde (EDM)

Sarežģītai ģeometrijai un smalkai apdarei, netradicionālās metodes izceļas:

• Slīpēšana:

• • Riteņu izvēle: Izmantojiet alumīnija oksīda vai kubiskā bora nitrīda riteņus (46A60H–54A80H) ar mīkstām saitēm, lai novērstu iestiklošanos.
  • Parametri: Viegla padeve (0.01-0,05 mm) un liels riteņu ātrums (30 m/s) raža Ra ≤ 0.4 µm.

• EDM:

• • Die Sinking vai Wire EDM rada sarežģītus dobumus, neizraisot mehāniskus spriegumus.
  • Dielektriskais šķidrums: Ogļūdeņraža eļļa ar kontrolētu skalošanu novērš karbīdu atkārtotu nogulsnēšanos.
  • Apstrādes likmes: Parasti 0,1–0,5 mm³/min, atkarībā no elektrodu ģeometrijas un jaudas iestatījumiem.

EDM un precīzās slīpēšanas izmantošana ļauj D2 komponentiem sasniegt gandrīz tīkla formas un spoguļa apdari, vienlaikus saglabājot visu instrumenta tērauda cietību..

Virsmas apdare un pārklājums

Lai vēl vairāk pagarinātu instrumenta kalpošanas laiku, apsveriet šīs apdares iespējas:

• Pulēšana: Galīgā pulēšana līdz Ra ≤ 0.2 µm samazina berzi un gružu saķeri.
• PVD pārklājumi: Titāna nitrīds (TiN) vai alumīnija titāna nitrīds (Zelts) slāņi pievienot grūti, zemas berzes virsma, palielinot nodiluma ilgumu līdz pat 50%.
• Nitrēšana: Zemas temperatūras gāzes nitrēšana (500 ° C) izkliedē slāpekli, veidojot sacietējušu apvalku, palielinot virsmas cietību HRC 70+ neizkropļojot serdes izmērus.

8. D2 aukstās apstrādes instrumentu tērauda galvenie pielietojumi

D2 nodilumizturības un izturības līdzsvars ir piemērots:

• Aukstā darba rezultātā nomirst: Tukšošana, veidošanās, un apgriešanas darbības pārsniedz 1 miljons ciklu.
• Griešanas asmeņi: Ātrgaitas bīdes naži, kas saglabā asas malas zem abrazīvām suspensēm.
• Perforatoru un matricu komplekti: Uzticama veiktspēja apzīmogotās detaļās automobiļu un ierīču rūpniecībai.
• Nodiluma daļas: Veltņi, ežektora tapas, un bukses augsta nodiluma vidēs.
• Instrumentu ieliktņi ar piedevām: Hibrīdie veidņu ieliktņi, kas apvieno D2 ar konformāliem dzesēšanas kanāliem.

9. Veiktspējas salīdzinājums: D2 vs. Citi instrumentu tēraudi

D2 aukstās apstrādes instrumentu tērauds ir plaši atzīts par izcilu nodilumizturību un mērenu stingrību.

Lai arī, izvēloties instrumentu tēraudu ražošanas vajadzībām, ir ļoti svarīgi salīdzināt D2 ar citiem populāriem instrumentu tēraudiem, lai novērtētu veiktspējas kompromisus, izturība, un izmaksas.

Šajā sadaļā ir sniegts detalizēts D2 un A-2 salīdzinājums, M-2, un S-7, atbalsta dati un reālās pasaules gadījumu ieskati.

Instrumentu tērauda salīdzināšanas tabula

10. Secinājums

D2 aukstās apstrādes instrumentu tērauds izceļas ar nepārspējamu nodilumizturības kombināciju, Izmēra stabilitāte, un termiskā stabilitāte.

Tā daudzpusība plašā lietojumu klāstā — no tradicionālajām aukstuma apstrādes presformām līdz jaunām piedevu ražošanas metodēm — padara to par neaizstājamu materiālu mūsdienu ražošanā..

Izpratne par D2 ķīmiskā sastāva niansēm, Mehāniskās īpašības, un apstrādes metodes dod spēku

inženieriem un dizaineriem, lai pilnībā izmantotu tā potenciālu, nodrošinot optimālu sniegumu un efektivitāti savos projektos.