Инструментальная сталь D2: Холодный рабочий инструмент сталь

1. Введение

D2 Tool Steel уже давно распознана за исключительную износную стойкость и размерную стабильность, Сделать его основным продуктом в холодных приложениях.

Происходящее из достижений в начале 20 -го века в области легирования технологий, D2-высокий уровень углерода, Сталь с высоким хромиумом, которая устанавливает эталон для инструментов, работающих в условиях тяжелых износов.

Эта статья углубляется в свойства, обработка, и применение D2 Tool Steel, Ответ на ключевые вопросы о его пригодности для различных отраслей промышленности.

Изучая его химический состав, физические и механические атрибуты, Протоколы термообработки, и задачи обработки,

Мы стремимся дать всестороннее понимание того, почему D2 остается предпочтительным выбором для требований к инструментам.

2. Химический состав

Д2 инструментальная сталь обязан своей исключительной устойчивостью к износу и размерной стабильности тщательно спроектированной химии сплава..

Сочетая высокое содержание углерода со стратегическими добавлениями хрома, молибден, и ванадий, Металлургисты создают матрицу, богатую твердыми карбидами, которые противостоят истиранию и сохраняют режущие края при тяжелой нагрузке.

Ключевые легирующие элементы и их роли

Элемент	Типичный контент (%)	Металлургическая роль
Углерод (С)	1.40 – 1.60	Образует цементит и сложные хромовые карбиды; непосредственно коррелирует с твердостью и износостойкостью
Хром (Кр)	11.00 – 13.00	Способствует формированию твердых карбидов M₇C₃ и M₂₃C₆; добавляет коррозионную стойкость; Укрепляет укрепление
Молибден (Мо)	0.70 – 1.40	Уточняет предыдущие карбиды; Улучшает прочность и красную высокость; задерживает рост зерна во время аустенизации
Ванадий (В)	0.30 – 1.10	Создает чрезвычайно жесткие карбиды типа MC, которые улучшают удержание краев и сопротивляются микро-разрыву
Марганец (Мин.)	≤ 1.00	Действует как оксидийзер; Помогает в укреплении, но может снизить прочность, если они переполнены
Кремний (И)	≤ 1.00	Разоксидийзер; Спремительно вносит вклад в силу и способствует морфологии карбида

Характерные карбидные фазы

Устойчивость к износу D2 проистекает из Двойная система:

Убогнутые хромом карбиды (M₇c₃, M₂₃c₆)

• Эти хромовые карбиды появляются в виде блочных или угловых осадков в пределах закаленной мартенситной матрицы.
• Они составляют примерно 30–40% микроструктуры по объему, обеспечение массовой сопротивления абразивному износу.

Обогащенные ванадием MC Carbides

• Наноразмерные частицы MC (богатый ванадием и углеродом) Распределять равномерно по всей стали.
• Даже а 5–10% Объемная доля карбидов MC резко повышает удержание края, препятствуя инициации трещины.

3. Эквивалентные бренды и стандарты

D2 Tool Steel выравнивается с несколькими международными спецификациями. Ниже приведены основные эквиваленты до обозначения ASTM:

Стандарт/Бренд	Обозначение	Эквивалент	Область
Aisi/Sae	Д2 (США T30402)	-	США
ОТ	1.2379	D-2	Германия/Европа
ОН	SKD11	D-2	Япония/Азия
BS	BS 1407M40	D-2	Великобритания
АФНОР	X210cr12	D-2	Франция
АСТМ	A681	D-2	Международный

4. Механические свойства

D2 Tool Steel Balansing Extreme Hardness с достаточной вязкостью, позволяя ему выдерживать высокий износ, сопротивляясь хрупкой неудаче.

В таблице ниже суммируются его ключевые механические метрики в состоянии гашет (обычно 60 СПЧ), с последующим кратким обсуждением их последствий.

Свойство	Типичное значение	Единицы	Примечания
Предел прочности (σₜ)	2 000 – 2 200	МПа	Высокая максимальная прочность поддерживает тяжелые нагрузки в холодных операциях.
Предел текучести (ты 0.2%)	1 850 – 2 000	МПа	Минимальная пластическая деформация при высоких силах сжатия сохраняет точность размеров.
Роквелл С. Твердость	58 – 62	СПЧ	Исключительная поверхностная твердость обеспечивает превосходную устойчивость к истиранию.
Твердость по Бринеллю (HBW)	700 – 750	HBW	Соответствует HRC для перекрестных ссылок в международных стандартах.
Чарпи V-Notch Empakce	10 – 15	Джоулз	Адекватное поглощение энергии предотвращает катастрофическое растрескивание при применении сдвига и обрезки.
Удлинение при разрыве	2 – 3	%	Ограниченная пластичность; Дизайн должен учитывать низкую деформационную емкость в закаленных секциях.
Модуль выносливости	20 – 25	MJ/M³	Площадь под кривой напряжения-деформации количественно определяет общее поглощение энергии перед переломом.

5. Физические свойства

Помимо его механических характеристик, D2 Tool Steel демонстрирует набор физических характеристик, которые влияют на тепловый поток, стабильность размеров, и электромагнитное поведение в обслуживании.

Ниже приводится краткое изложение его ключевых физических свойств в закаленных (60 СПЧ) состояние:

Свойство	Типичное значение	Единицы	Примечания & Подразумеваемое
Плотность	7.75 г/см³		Тяжелее воды, затрагивая массу и управляемость.
Модуль Юнга (Модуль упругости)	205 ГПа		Высокая жесткость обеспечивает минимальное упругое отклонение при нагрузке.
Коэффициент Пуассона	0.28		Указывает умеренное боковое сокращение при растяжении.
Теплопроводность	20 Вт/м·К		Относительно низкая теплопроводности способствует удержанию тепла на лицах инструментов.
Удельная теплоемкость	460 Дж/кг·К		Энергия, необходимая для повышения температуры, актуально для отпуска и утомительного дизайна.
Коэффициент теплового расширения	11.5 мкм/м · к		Эффекты термического расширения умеренные, облегчение зазоров по температуре по температуре.
Электрическое сопротивление	0.70 µОМ · м		Более высокое удельное сопротивление, чем стали с низким сплавкой, воздействие на параметры EDM и поведение электрического нагрева.
Магнитная проницаемость (Относительный μᵣ)	1.002		Почти идентично свободному пространству; Подтверждает немагнитный D-2 (диамагнитный) персонаж в большинстве приложений.
Роквелл С. Твердость (Типичный, утомил/закален)	60 СПЧ		Хотя механическое свойство, Твердость влияет на поверхностный контакт, трение, и генерация тепла в использовании.

6. Термическая обработка & Обработка

Оптимизация производительности D2 Tool Steel зависит от точной термической обработки и тщательной обработки.

Контролируя отжиг, Austenitizing, закалка, закалка, и дополнительные криогенные шаги,

Производители адаптируют твердость стали, прочность, и устойчивость измерения для требования холодных задач.

Отжиг и снятие стресса

Цель: Размягчить D2 для обработки, облегчить остаточные стрессы, и сфероидаризации карбидов.

• Процедура: Нагревать медленно до 800–820 ° C., держаться за 2–4 часа, затем охладить в печи в 20 ° C/час к 650 °С, с последующим воздушным охлаждением.
• Результат: Достигает ~ 240 HBW, С равномерными сфероидированными карбидами, которые минимизируют износ инструмента на режущих краях и предотвращают скопление.

Перед каким -либо циклом упрочнения, Используйте Предварительное облегчение в 650 °С для 1 Час для удаления напряжений, вызванных обработкой.

Закалка (Остификация и гашение)

Цель: Трансформировать в мартенсит и растворить достаточные карбиды для максимальной устойчивости к износу.

Austenitizing:

• Температура: 1 020–1 040 °С
• Время замачивания: 15–30 минут (в зависимости от толщины секции)
• Атмосфера: Печь с контролируемой атмосферой или соленой ванн для предотвращения декарбурации и окисления.

закалка:

• СМИ: Теплое масло (50–70 ° C.) или воздух для минимального искажения; Соляная ванна (400–500 ° C.) Для более быстрого охлаждения и уменьшения напряжения.
• Контроль искажений: Используйте приспособления или прерванные методы утоления, Особенно для сложной геометрии.

Исход: Доходность ~ 62 HRC максимум и мартенситная матрица с тонкой, рассеянные карбиды.

Циклы отпуска

Цель: Сбалансировать твердость и прочность, уменьшить хрупкость, и снять стрессы утоления.

• Низкотемпературное падающее (150–200 ° C.):

• • Результат: Твердость остается 60–62 HRC, со скромной стойкостью. Идеально подходит для применений, требующих крайней устойчивости к износу и удержания края.

• Средний температура (500–550 ° C.):

• • Результат: Твердость падает 55–58 HRC в то время как выносливость увеличивается 20–30%. Лучше всего для инструментов, подвергшихся воздействию или умеренных шоках.

• Процедура: Выполнять два последовательных циклы отпуска, держащий 2 часы каждый, с последующим воздушным охлаждением.

Криогенное лечение

Цель: Преобразовать оставленный аустенит в мартенсит и уточнить распределение карбидов.

• Процесс: После закалки, круто до –80 ° C. (сухой лед/этанол) для 2 часы, Затем вернитесь к комнатной температуре.
• Выгода: Увеличивает твердость 2–3 HRC и незначительно улучшает устойчивость к износу без заметной утраты в прочности.

Окончательное снятие стресса и выпрямление

После отказа (и криогенное лечение, Если используется), поведение а Окончательное снятие стресса в 150–200 ° C. для 1 час. Этот шаг стабилизирует размеры и сводит к минимуму риск деформации во время обслуживания.

7. Обрабатываемость & Изготовление

Высокое содержание карбида D2 Tool Steel и предварительно упорная микроструктура создают уникальные проблемы во время обработки и изготовления.

Выбирая соответствующие инструменты, Оптимизация параметров резки, и следовать специализированной сварке и отделке,

Производители могут производить точные, Высококачественные детали при сохранении износостойких свойств D2.

Обработка закаленной D2

Хотя отожжен D2 (∼240 HBW) машины легко, Многие приложения начинаются с Предварительно упорно (50 ± 2 СПЧ). В этом состоянии:

• Оснастка:

• • Карбид вставки с покрытиями тика или тикна противостоят истиранию из твердого хрома и ванадий карбидов.
  • Поликристаллический кубический нитрид бора (PCBN) превосходно для высокого объема грубых отверстий затвердевших поверхностей.

• Параметры резки:

• • Скорость: 60–90 м/мин для карбида; 100–150 м/мин для PCBN.
  • Кормить: 0.05–0,15 мм/оборот, чтобы сбалансировать срок службы инструмента и отделки поверхности.
  • Глубина разрезания: 0.5–2 мм; мелкие проходы уменьшают силы резки и тепло..

• охлаждающая жидкость: Охлаждающая жидкость или через инструкции или доставка с помощью инструкции минимизирует встроенный край и сохраняет зоны резания ниже 200 °С, Предотвращение вытягивания карбида.

Переход, Применение этих рекомендаций повышает целостность поверхности и точность размеров, Критическое для жесткой устойчивости инструментов.

Сварка и ремонт

Сварка D2 требует тщательного контроля, чтобы избежать растрескивания и сохранить мартенситную матрицу:

1. Предварительный нагрев: Принесите детали 200–300 ° C. Чтобы уменьшить тепловые градиенты.
2. Межпроходная температура: Поддерживать 200–250 ° C. между проходами, чтобы облегчить остаточные стрессы.
3. Наполнитель металлы: Используйте низкоплавьев, Стержень высокого уровня (например, AWS A5.28 ER410NIMO) совместим с химией D2.
4. Послесварочная термообработка: Снятие стресса в 500 °С для 2 часы, затем повладеть в соответствии с разделом 5 Чтобы восстановить прочность и твердость.

Эти этапы минимизируют индуцированное водородом растрескивание и обеспечивают характеристики сварных зон..

Шлифование и электрообояние (электроэрозионная обработка)

Для замысловатой геометрии и тонкой отделки, Нетрадиционные методы Excel:

• Шлифование:

• • Выбор колеса: Используйте алюминиевые или кубические нитридные колеса. (46A60H-54A80H) с мягкими связями, чтобы предотвратить остекление.
  • Параметры: Легкая доля (0.01–0,05 мм) и высокая скорость колеса (30 РС) урожайность ra ≤ 0.4 мкм.

• электроэрозионная обработка:

• • Умирание или проволока EDM Создает сложные полости без индуцирования механических напряжений.
  • Диэлектрическая жидкость: Углеводородное масло с контролируемым промывком предотвращает повторное обнаружение карбидов.
  • Ставки обработки: Обычно 0,1–0,5 мм/мин, в зависимости от геометрии электродов и настройки питания.

Включение EDM и точного шлифования позволяет компонентам D2 достигать форм в ближней сети и отделка зеркала, сохраняя при этом полную твердость инструментальной стали.

Поверхностная отделка и покрытие

Для дальнейшего продления срока службы инструмента, Рассмотрим эти варианты отделки:

• Полировка: Окончательный лак до ra ≤ 0.2 мкм уменьшает адгезию трения и мусора.
• PVD -покрытия: Нитрид титана (ТиН) или алюминиевый нитрид титана (Золото) слои добавляют жесткие, Поверхность с низким содержанием фарки, Увеличение жизни ношения до 50%.
• Азотирование: Низкотемпературный газовый азотирование (500 °С) диффундирует азот с образованием закаленного случая, Усиление поверхностной твердости к HRC 70+ без искажения размеров ядра.

8. Ключевые применения D2 Cold Working Tool Steel Steel

Balance of износостойчивость и костюмы D2:

• Холодная работа умирает: Вырваний, формирование, и операции обрезки превышают 1 миллион циклов.
• Режущие лезвия: Высокоскоростные ножи сдвига, поддерживающие острые края под абразив.
• Удар и умирает: Надежная производительность в штампованных компонентах для автомобильной и приборной промышленности.
• Носить детали: Ролики, выбросы, и втулки в средах с высокой абразией.
• Аддитивные вставки инструментов: Гибридные вставки плесени, объединяющие D2 с конформными каналами охлаждения.

9. Сравнение производительности: D2 VS. Другие инструментальные стали

D2 Холодная рабочая инструментальная сталь широко признается за исключительную износную стойкость и умеренную вязкость.

Однако, При выборе инструментального стали для производственных применений, Крайне важно сравнить D2 с другими популярными инструментами для оценки компромиссов в производительности, долговечность, и стоимость.

В этом разделе подробное сравнение D2 с A-2, М-2, и S-7, поддерживается данными и реальным пониманием дела о корпусе.

Таблица сравнения инструментов

10. Заключение

D2 Холодный рабочий инструмент сталь выделяется своей беспрецедентной комбинацией износостойкости, стабильность размеров, и термическая стабильность.

Его универсальность в широком спектре применений - от традиционных холодных работ до новых методов аддитивного производства - делает его незаменимый материал в современном производстве.

Понимание нюансов химического состава D2, механические свойства, и методы обработки

инженеры и дизайнеры, чтобы использовать свой полный потенциал, Обеспечение оптимальной производительности и эффективности в своих проектах.