Thép công cụ D2: Thép công cụ làm việc lạnh

1. Giới thiệu

Thép công cụ D2 từ lâu đã được công nhận cho khả năng chống mài mòn đặc biệt và sự ổn định kích thước của nó, làm cho nó trở thành một mặt hàng chủ lực trong các ứng dụng làm việc lạnh.

Bắt nguồn từ những tiến bộ đầu thế kỷ 20 trong công nghệ hợp kim, D2 là một carbon cao, Thép nhiễm sắc thể cao đặt điểm chuẩn cho các công cụ hoạt động trong điều kiện hao mòn nghiêm trọng.

Bài viết này đi sâu vào các thuộc tính, xử lý, và các ứng dụng của thép công cụ D2, Trả lời các câu hỏi chính về sự phù hợp của nó cho các ngành công nghiệp khác nhau.

Bằng cách khám phá thành phần hóa học của nó, thuộc tính vật lý và cơ học, Giao thức xử lý nhiệt, và những thách thức gia công,

Chúng tôi mong muốn cung cấp một sự hiểu biết toàn diện về lý do tại sao D2 vẫn là một lựa chọn ưa thích cho các yêu cầu về công cụ yêu cầu.

2. Thành phần hóa học

D2 thép công cụ nợ điện trở hao mòn đặc biệt và độ ổn định kích thước của một hóa học hợp kim được thiết kế cẩn thận.

Bằng cách kết hợp hàm lượng carbon cao với các bổ sung chiến lược của crom, molypden, và vanadi, Các nhà luyện kim tạo ra một ma trận giàu cacbua cứng chống mài mòn và giữ các cạnh cắt dưới tải trọng nặng.

Các yếu tố hợp kim chính và vai trò của chúng

Yếu tố	Nội dung điển hình (%)	Vai trò luyện kim
Cacbon (C)	1.40 – 1.60	Tạo thành các cacbua crom và crom phức tạp; tương quan trực tiếp với độ cứng và khả năng chống mài mòn
crom (Cr)	11.00 – 13.00	Thúc đẩy sự hình thành các cacbua cứng và m₂₃c₆; Thêm kháng ăn mòn; tăng khả năng cứng
Molypden (Mo)	0.70 – 1.40	Tinh chỉnh các cacbua trước; Tăng cường độ bền và độ cứng màu đỏ; làm chậm sự phát triển của hạt trong quá trình austenitizing
Vanadi (V.)	0.30 – 1.10	Tạo ra các cacbua loại MC cực kỳ cứng giúp cải thiện khả năng giữ cạnh và chống lại việc bẻ khóa vi mô
Mangan (Mn)	≤ 1.00	Hoạt động như một chất khử oxy; hỗ trợ độ cứng nhưng có thể giảm độ dẻo dai nếu được thêm vào
Silicon (Và)	≤ 1.00	Desoxidizer; đóng góp khiêm tốn vào sức mạnh và đóng góp cho hình thái cacbua

Các giai đoạn cacbua đặc trưng

D2 Lôi mòn mòn bắt nguồn từ một Hệ thống kép-Carbide:

Các cacbua giàu crom (M₇c₃, M₂₃c₆)

• Các cacbua crom này xuất hiện dưới dạng kết tủa khối hoặc góc trong ma trận martensite được tăng cường.
• Họ chiếm khoảng một cách gần như 30–40% của cấu trúc vi mô theo khối lượng, cung cấp khả năng chống mài mòn số lượng lớn.

Carbide MC giàu Vanadi

• Các hạt MC nano (Giàu vanadi và carbon) Phân phối đồng đều trên khắp thép.
• Ngay cả a 5–10% Khối lượng phần của cacbua MC tăng đáng kể khả năng giữ cạnh bằng cách cản trở sự khởi đầu vết nứt.

3. Các thương hiệu và tiêu chuẩn tương đương

Thép công cụ D2 phù hợp với một số thông số kỹ thuật quốc tế. Dưới đây là tương đương chính cho đến chỉ định ASTM:

Tiêu chuẩn/thương hiệu	chỉ định	Tương đương	Vùng đất
AISI/SAE	D2 (Hoa Kỳ T30402)	-	Hoa Kỳ
TỪ	1.2379	D-2	Đức/Châu Âu
ANH TA	SKD11	D-2	Nhật Bản/Châu Á
BS	BS 1407M40	D-2	Vương quốc Anh
TUYỆT VỜI	X210CR12	D-2	Pháp
ASTM	A681	D-2	Quốc tế

4. Tính chất cơ học

D2 Công cụ Thép cân bằng độ cứng cực cao với độ dẻo dai đủ, cho phép nó chịu được hao mòn cao trong khi chống lại thất bại giòn.

Bảng dưới đây tóm tắt các số liệu cơ học chính của nó trong điều kiện làm nguội và nóng tính (tiêu biểu 60 HRC), tiếp theo là một cuộc thảo luận ngắn gọn về ý nghĩa của họ.

Tài sản	Giá trị điển hình	Đơn vị	Ghi chú
Độ bền kéo (σₜ)	2 000 – 2 200	MPa	Sức mạnh cao cuối cùng hỗ trợ tải trọng nặng nề trong các hoạt động làm việc lạnh.
Sức mạnh năng suất (Bạn 0.2%)	1 850 – 2 000	MPa	Biến dạng dẻo tối thiểu dưới lực nén cao bảo tồn độ chính xác về chiều.
Rockwell c độ cứng	58 – 62	HRC	Độ cứng bề mặt đặc biệt đảm bảo khả năng chống mài mòn vượt trội.
Độ cứng Brinell (HBW)	700 – 750	HBW	Tương ứng với HRC để tham khảo chéo trong các tiêu chuẩn quốc tế.
Charpy V-notch Impact	10 – 15	Joules	Hấp thụ năng lượng đầy đủ ngăn chặn vết nứt thảm khốc trong các ứng dụng cắt và cắt tỉa.
Độ giãn dài khi đứt	2 – 3	%	Độ dẻo hạn chế; Thiết kế phải giải thích cho khả năng biến dạng thấp trong các phần cứng.
Mô đun của độ dẻo dai	20 – 25	Mj/m³	Diện tích dưới đường cong căng thẳng căng thẳng định lượng sự hấp thụ năng lượng tổng thể trước khi gãy.

5. Tính chất vật lý

Ngoài hiệu suất cơ học của nó, Thép công cụ D2 thể hiện một tập hợp các đặc điểm vật lý ảnh hưởng đến lưu lượng nhiệt, ổn định kích thước, và hành vi điện từ trong dịch vụ.

Dưới đây là một bản tóm tắt các tính chất vật lý quan trọng của nó trong (60 HRC) tình trạng:

Tài sản	Giá trị điển hình	Đơn vị	Ghi chú & Ý nghĩa
Tỉ trọng	7.75 g/cm³		Nặng hơn nước, ảnh hưởng đến khối lượng chết và xử lý.
Mô đun của Young (Mô đun đàn hồi)	205 GPa		Độ cứng cao đảm bảo độ lệch đàn hồi tối thiểu dưới tải.
Tỷ lệ Poisson	0.28		Chỉ ra sự co thắt bên vừa phải khi kéo dài.
Độ dẫn nhiệt	20 W/m·K		Độ dẫn nhiệt tương đối thấp hỗ trợ giữ nhiệt trong các mặt dụng cụ.
Công suất nhiệt cụ thể	460 J/kg·K		Năng lượng cần thiết để tăng nhiệt độ, phù hợp với thiết kế ủ và dập tắt.
Hệ số giãn nở nhiệt	11.5 Mạnhm/m · k		Hiệu ứng mở rộng nhiệt ở mức vừa phải, tạo điều kiện cho các khoảng trống chết chặt chẽ trong chu kỳ nhiệt độ.
Điện trở suất	0.70 Tiết · m		Điện trở suất cao hơn thép hợp kim thấp, tác động đến các thông số EDM và hành vi sưởi điện.
Độ thấm từ (Tương đối μᵣ)	1.002		Gần giống hệt với không gian trống; Xác nhận D-2 không từ tính (nghịch từ) nhân vật trong hầu hết các ứng dụng.
Rockwell c độ cứng (Đặc trưng, dập tắt/nóng nảy)	60 HRC		Mặc dù một tài sản cơ học, Độ cứng ảnh hưởng đến tiếp xúc bề mặt, Mắt, và sử dụng thế hệ nhiệt.

6. Xử lý nhiệt & Xử lý

Tối ưu hóa công cụ D2 Hinges Hinges về xử lý nhiệt chính xác và xử lý cẩn thận.

Bằng cách kiểm soát ủ, austenitizing, dập tắt, ủ, và các bước đông lạnh tùy chọn,

Các nhà sản xuất điều chỉnh độ cứng của thép, sự dẻo dai, và sự ổn định về chiều để đòi hỏi các nhiệm vụ làm việc lạnh.

Ủ và giảm căng thẳng

Mục đích: Làm mềm D2 để gia công, làm giảm căng thẳng dư, và spheroidize cacbua.

• Thủ tục: Làm nóng từ từ đến 800Mùi820 ° C., giữ cho 2–4 giờ, sau đó nguội trong lò tại 20 ° C/giờ ĐẾN 650 °C, tiếp theo là làm mát không khí.
• Kết quả: Đạt được ~ 240 HBW, với các cacbua hình cầu đồng đều giúp giảm thiểu hao mòn công cụ khi cắt các cạnh và ngăn chặn sứt mẻ.

Trước bất kỳ chu kỳ cứng nào, sử dụng a Cứu trợ trước căng thẳng Tại 650 °C vì 1 giờ để loại bỏ các ứng suất do gia công gây ra.

Làm cứng (Austenitizing và dập tắt)

Khách quan: Biến đổi thành martensite và hòa tan đủ cacbua để có khả năng chống mài mòn tối đa.

Austenitizing:

• Nhiệt độ: 1 020–1 040 °C
• Ngâm thời gian: 15–30 phút (Tùy thuộc vào phần độ dày của phần)
• Bầu không khí: Lò khí khí quyển có kiểm soát hoặc tắm muối để ngăn chặn quá trình khử trùng và oxy hóa.

Làm nguội:

• Phương tiện truyền thông: Dầu ấm (50Mạnh70 ° C.) hoặc không khí để biến dạng tối thiểu; làm dịu bồn tắm muối (400Mùi500 ° C.) Để làm mát nhanh hơn và giảm căng thẳng.
• Kiểm soát biến dạng: Sử dụng đồ đạc hoặc kỹ thuật làm nguội bị gián đoạn, đặc biệt đối với hình học phức tạp.

kết quả: Năng suất ~ 62 giờ Tối đa và ma trận martensitic với Fine, phân tán cacbua.

Chu kỳ ủ

Mục tiêu: Cân bằng độ cứng và độ dẻo dai, giảm độ giòn, và làm giảm căng thẳng dập tắt.

• Ủ nhiệt độ thấp (150Mùi200 ° C.):

• • Kết quả: Độ cứng vẫn còn 60Mạnh62 HRC, với sự dẻo dai khiêm tốn. Lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu chống mài mòn cao và giữ cạnh.

• Nhiệt độ trung bình ủ (500Mạnh550 ° C.):

• • Kết quả: Độ cứng giảm xuống 55Mạnh58 HRC trong khi độ dẻo dai tăng lên bởi 20–30%. Tốt nhất cho các công cụ tiếp xúc với tác động hoặc các cú sốc vừa phải.

• Thủ tục: Trình diễn Hai liên tiếp chu kỳ ủ, giữ 2 giờ mỗi, tiếp theo là làm mát không khí.

Điều trị lạnh

Mục đích: Chuyển đổi Austenite được giữ lại thành martensite và tinh chỉnh phân phối cacbua.

• Quá trình: Sau khi làm nguội, Làm mát để Mùi80 ° C. (đá khô/ethanol) vì 2 giờ, Sau đó trở về nhiệt độ phòng.
• Lợi ích: Tăng độ cứng bằng 2HRC3 HRC và cải thiện một chút sức đề kháng hao mòn mà không mất độ bền đáng chú ý.

Cứu trợ căng thẳng cuối cùng và làm thẳng

Sau khi ủ (và điều trị lạnh, Nếu được sử dụng), tiến hành a Cứu trợ căng thẳng cuối cùng Tại 150Mùi200 ° C. vì 1 giờ. Bước này ổn định kích thước và giảm thiểu rủi ro cong vênh trong quá trình phục vụ.

7. Khả năng gia công & chế tạo

D2 Tool Steel Hàm lượng cacbua cao và cấu trúc vi mô được đặt trước đặt ra những thách thức độc đáo trong quá trình gia công và chế tạo.

Bằng cách chọn công cụ thích hợp, Tối ưu hóa các thông số cắt, và theo dõi các hoạt động hàn và hoàn thiện chuyên dụng,

Các nhà sản xuất có thể sản xuất chính xác, Các bộ phận chất lượng cao trong khi bảo quản các thuộc tính chống mài mòn D2.

Gia công d2 cứng

Mặc dù đã ủ D2 (∼240 HBW) máy móc dễ dàng, Nhiều ứng dụng bắt đầu với Cổ phiếu làm cứng trước (50 ± 2 HRC). Trong điều kiện này:

• Dụng cụ:

• • Chèn cacbua Với lớp phủ tic hoặc ticn chống mài mòn từ crom cứng và cacbua vanadi.
  • Nitride khối đa tinh thể (PCBN) vượt trội cho độ nhám khối lượng lớn của bề mặt cứng.

• Thông số cắt:

• • Tốc độ: 60–90 m/phút cho cacbua; 100–150 m/phút cho PCBN.
  • Cho ăn: 0.05–0,15 mm/rev để cân bằng tuổi thọ và hoàn thiện bề mặt.
  • Độ sâu cắt: 0.5Mạnh2 mm; Đường chuyền nông làm giảm lực cắt và tạo nhiệt.

• chất làm mát: Chất làm mát lũ hoặc giao hàng qua công cụ giảm thiểu cạnh tích hợp và tiếp tục cắt các vùng bên dưới 200 °C, Ngăn chặn kéo ra cacbua.

Chuyển qua, Việc áp dụng các khuyến nghị này giúp tăng cường tính toàn vẹn bề mặt và độ chính xác về chiều, quan trọng đối với dụng cụ dung sai chặt chẽ.

Hàn và sửa chữa

Hàn D2 yêu cầu kiểm soát cẩn thận để tránh nứt và bảo quản ma trận martensitic:

1. Làm nóng trước: Mang các bộ phận đến 200Mùi300 ° C. Để giảm độ dốc nhiệt.
2. Nhiệt độ giữa: Duy trì 200Mùi250 ° C. giữa các lần vượt qua để giảm bớt các ứng suất dư.
3. Kim loại phụ: Sử dụng hợp kim thấp, thanh cứng cao (ví dụ., AWS A5,28 ER410NIMO) Tương thích với hóa học D2.
4. Xử lý nhiệt sau hàn: ỨNG DỤNG TUYỆT VỜI tại 500 °C vì 2 giờ, Sau đó tính khí theo phần 5 Khôi phục độ bền và độ cứng.

Các bước này giảm thiểu nứt do hydro và đảm bảo các vùng hàn khớp với hiệu suất kim loại cơ sở.

Máy nghiền và gia công điện (EDM)

Đối với hình học phức tạp và hoàn thiện tốt, Phương pháp không thông thường xuất sắc:

• mài:

• • Lựa chọn bánh xe: Sử dụng bánh xe nhôm-oxit hoặc khối nitride khối (46A60H-54A80H) với các liên kết mềm để ngăn chặn kính.
  • Tham số: Ánh sáng nhẹ (0.01Hàng0,05 mm) và tốc độ bánh xe cao (30 bệnh đa xơ cứng) năng suất ra 0.4 ừm.

• EDM:

• • Chết chìm hoặc dây EDM tạo ra các khoang phức tạp mà không gây ra căng thẳng cơ học.
  • chất lỏng điện môi: Dầu hydrocarbon với nước xả có kiểm soát ngăn chặn sự lắng đọng lại của cacbua.
  • Tỷ lệ gia công: Thông thường, 0,1 Ném0,5 mm³/phút, Tùy thuộc vào hình học điện cực và cài đặt năng lượng.

Kết hợp EDM và mài chính xác cho phép các thành phần D2 đạt được hình dạng gần lưới và hoàn thiện gương trong khi vẫn duy trì độ cứng hoàn toàn của thép công cụ.

Hoàn thiện bề mặt và lớp phủ

Để tiếp tục mở rộng cuộc sống công cụ, Xem xét các tùy chọn hoàn thiện này:

• đánh bóng: Ba Lan cuối cùng đến RA 0.2 “M làm giảm độ bám dính của ma sát và mảnh vụn.
• Lớp phủ PVD: titan nitrit (TiN) hoặc nhôm titan nitride (Vàng) Các lớp thêm một khó khăn, bề mặt ma sát thấp, tăng sự sống của cuộc sống của lên đến 50%.
• thấm nitơ: Khí nhiệt độ thấp nitriding (500 °C) khuếch tán nitơ để tạo thành một trường hợp cứng, Tăng cường độ cứng bề mặt đối với HRC 70+ mà không làm biến dạng kích thước cốt lõi.

8. Các ứng dụng chính của thép công cụ làm việc lạnh D2

D2 Cân bằng của bộ quần áo chống mài mòn và dẻo dai:

• Làm việc lạnh chết: Khoảng trống, hình thành, và các hoạt động cắt tỉa vượt quá 1 triệu chu kỳ.
• Cắt lưỡi: Dao cắt tốc độ cao duy trì các cạnh sắc nét dưới lớp lót mài mòn.
• Sets Punch and Die: Hiệu suất đáng tin cậy trong các thành phần đóng dấu cho các ngành công nghiệp ô tô và thiết bị.
• Mặc các bộ phận: Con lăn, chân phun, và ống lót trong môi trường tiêu thụ cao.
• Chèn công cụ hỗ trợ phụ gia: Các chèn khuôn lai kết hợp D2 với các kênh làm mát phù hợp.

9. So sánh hiệu suất: D2 vs. Thép công cụ khác

D2 Công cụ làm việc lạnh Thép được công nhận rộng rãi với khả năng chống mài mòn đặc biệt và độ bền vừa phải của nó.

Tuy nhiên, trong việc lựa chọn thép công cụ cho các ứng dụng sản xuất, Nó rất quan trọng để so sánh D2 với các thép công cụ phổ biến khác để đánh giá sự đánh đổi trong hiệu suất, độ bền, và chi phí.

Phần này cung cấp một so sánh chi tiết về D2 với A-2, M-2, và S-7, được hỗ trợ bởi dữ liệu và thông tin chi tiết về trường hợp thực.

Bảng so sánh thép công cụ

10. Phần kết luận

D2 Công cụ làm việc lạnh Thép nổi bật với sự kết hợp vô song của khả năng chống mài mòn của nó, ổn định kích thước, và ổn định nhiệt.

Tính linh hoạt của nó trên một loạt các ứng dụng, từ công việc lạnh truyền thống chết đến các kỹ thuật sản xuất phụ gia mới nổi, coi nó là một vật liệu không thể thiếu trong sản xuất hiện đại.

Hiểu các sắc thái của thành phần hóa học D2, tính chất cơ học, và kỹ thuật xử lý trao quyền

các kỹ sư và nhà thiết kế để tận dụng tiềm năng đầy đủ của nó, Đảm bảo hiệu suất và hiệu quả tối ưu trong các dự án của họ.