Härten von D2-Werkzeugstahl: Der Lufthärtungszyklus, Schritt für Schritt

Was angestrebt wird

D2 ist ein hochkohlenstoffhaltiger, hochchromhaltiger Kaltarbeitsstahl (nominell etwa 1.5% C, 12% Cr). Korrekt gehärtet liefert er 58–62 HRC mit einer großen Population harter Chromkarbide für abrasive Verschleißbeständigkeit und — weil er an Luft härtet — eine der geringsten Verzüge aller Werkzeugstähle.

Der Zyklus

1. Vorwärmen — langsam ausgleichen, typischerweise in Stufen um 650 °C und dann etwa 820 °C. Die niedrige Wärmeleitfähigkeit und der hohe Legierungsgehalt von D2 bestrafen einen Wärmeschock, und kalte Werkzeuge sollten niemals direkt in einen heißen Austenitisierungsofen eingebracht werden.
2. Austenitisieren — üblicherweise im Bereich von 1010–1045 °C, wobei um 1030 °C ein weit verbreiteter Arbeitspunkt ist. Höher im Bereich löst mehr Karbid auf: Härte und Verschleißbeständigkeit steigen, aber Kornwachstum, Restaustenit und Rissrisiko steigen mit ihnen. Nur so lange halten, wie der Querschnitt zum Ausgleichen und zum Vollenden der beabsichtigten Karbidauflösung braucht.
3. Abschrecken — Luft oder Hochdruckgas (Vakuumöfen sind Standardpraxis). Die Härtbarkeit von D2 ist hoch genug, dass ruhende Luft die meisten Querschnitte härtet; die Anforderung ist ein gleichmäßiges Abkühlen und das Vermeiden von langsamem, ungleichmäßigem Abkühlen, das Korngrenzenkarbide ausscheidet. Unterbrechen und ausgleichen, anstatt dünne Kanten dem Block vorauseilen zu lassen.
4. Anlassen — zweimal, mindestens. Zwischen den Anlassvorgängen auf Raumtemperatur (oder kurz bis auf Handwärme) abkühlen. Das erste Anlassen wandelt Restaustenit um und baut Abschreckspannungen ab; das zweite Anlassen lässt den frischen Martensit an, den das erste erzeugt hat. Das Auslassen des zweiten Anlassens ist der klassische D2-Fehler. Die Temperaturwahl legt die Endhärte fest:

Anlassbereich (indikativ)	Ergebnis
etwa 200 °C	Nahezu maximale Härte, ungefähr Klasse 60–62 HRC
etwa 500–540 °C	Bereich der Sekundärhärtung; Härte bleibt erhalten, Zähigkeit und Stabilität verbessern sich

Bei Werkzeugen, die später PVD-beschichtet oder nitriert werden, muss das Anlassen sicher oberhalb der Beschichtungsprozesstemperatur liegen — der Bereich der Sekundärhärtung existiert zum Teil aus diesem Grund.

Maßänderung

D2 wächst beim Härten leicht — eine Änderung in der Größenordnung von wenigen Hundertstel Prozent wird üblicherweise berichtet, aber die genaue Bewegung hängt von der Austenitisierungstemperatur und dem Restaustenitgehalt ab. Präzisionswerkzeuge sollten nach dem Härten fertiggeschliffen werden, wobei Schleifzugabe belassen wird, und hochpräzise Arbeiten profitieren von einem Tiefkühlschritt (siehe den Leitfaden zu Restaustenit), um das Gefüge vor der Fertigstellung zu stabilisieren.

Zu vermeidende Versagensarten

• Entkohlung während eines langen Halten an Atmosphäre — Vakuum, Salz oder Schutzatmosphäre verwenden und die Oberflächenhärte verifizieren.
• Überhitzung — grobes Korn und Karbidanschmelzung lassen sich nicht herausanlassen.
• EDM-Schäden an Ort und Stelle belassen — die Umschmelzschicht auf gehärtetem D2 ist rissanfällig; sie entfernen und nach dem EDM spannungsarmglühen.

D2 gegenüber seinen Nachbarn

D2 steht in einer Familie hochchromhaltiger Kaltarbeitssorten. D3 trägt noch mehr Kohlenstoff und Karbid, gibt aber Zähigkeit und Härtbarkeit auf; D2 bleibt die Allzweckwahl, weil er Verschleiß gegen die Fähigkeit abwägt, große Querschnitte an Luft zu härten. Wo Ausbröckeln statt abrasivem Verschleiß die Versagensart ist, sind kohlenstoffärmere schlagzähe oder Cr-Mo-V-Sorten der übliche Schritt weg von D2 — mehr Härte ist nicht die Antwort auf eine Kante, die bricht.