Закалка инструментальной стали D2: цикл воздушного охлаждения, шаг за шагом

К чему вы стремитесь

D2 — это высокоуглеродистая, высокохромистая инструментальная сталь для холодной обработки (номинально около 1.5% C, 12% Cr). Правильно закалённая, она обеспечивает 58–62 HRC при большом количестве твёрдых карбидов хрома для сопротивления абразивному износу и — поскольку она закаливается на воздухе — одни из самых низких деформаций среди всех инструментальных сталей.

Цикл

1. Предварительный подогрев — выравнивание медленно, обычно ступенями около 650 °C, а затем около 820 °C. Низкая теплопроводность и высокое содержание легирующих элементов D2 наказывают за термический удар, а холодные инструменты никогда не следует загружать прямо в горячую печь аустенитизации.
2. Аустенитизация — обычно в области 1010–1045 °C, при этом около 1030 °C является широко используемой рабочей точкой. Более высокая температура в диапазоне растворяет больше карбидов: твёрдость и износостойкость растут, но вместе с ними растут рост зерна, остаточный аустенит и риск трещин. Выдерживайте только столько, сколько нужно сечению для выравнивания и завершения запланированного растворения карбидов.
3. Закалка — на воздухе или газом под высоким давлением (вакуумные печи являются стандартной практикой). Закаливаемость D2 достаточно высока, чтобы неподвижный воздух закаливал большинство сечений; требование состоит в охлаждении равномерно и избегании медленного, неравномерного охлаждения, которое выделяет карбиды по границам зёрен. Прерывайте и выравнивайте, а не позволяйте тонким кромкам опережать блок.
4. Отпуск — дважды, как минимум. Охлаждайте до комнатной температуры (или кратковременно до температуры, тёплой на ощупь) между отпусками. Первый отпуск превращает остаточный аустенит и снимает закалочные напряжения; второй отпускает свежий мартенсит, созданный первым. Пропуск второго отпуска — классическая ошибка с D2. Выбор температуры определяет конечную твёрдость:

Область отпуска (ориентировочно)	Результат
около 200 °C	Близкая к максимальной твёрдость, примерно класс 60–62 HRC
около 500–540 °C	Область вторичного твердения; твёрдость сохраняется, вязкость и стабильность улучшаются

Для штампов, которые позже будут покрыты PVD или азотированы, отпуск должен находиться безопасно выше температуры процесса нанесения покрытия — область вторичного твердения существует отчасти по этой причине.

Изменение размеров

D2 слегка увеличивается при закалке — обычно сообщается об изменении порядка нескольких сотых процента, но точное движение зависит от температуры аустенитизации и уровня остаточного аустенита. Прецизионные штампы следует окончательно шлифовать после закалки, оставляя припуск на шлифование, а высокоточной работе полезен шаг обработки холодом ниже нуля (см. руководство по остаточному аустениту) для стабилизации структуры перед чистовой обработкой.

Виды отказов, которых следует избегать

• Обезуглероживание при длительной выдержке в атмосфере — используйте вакуум, соль или защитную атмосферу и проверяйте поверхностную твёрдость.
• Перегрев — крупное зерно и оплавление карбидов не устраняются отпуском.
• Повреждение от EDM, оставленное на месте — переплавленный слой на закалённой D2 склонен к трещинам; удаляйте его и снимайте напряжения после EDM.

D2 по сравнению с соседями

D2 находится в семействе высокохромистых марок для холодной обработки. D3 содержит ещё больше углерода и карбидов, но уступает в вязкости и закаливаемости; D2 остаётся выбором общего назначения, поскольку она балансирует износ с способностью закаливать крупные сечения на воздухе. Когда видом отказа является выкрашивание, а не абразивный износ, обычным шагом от D2 являются низкоуглеродистые ударопрочные или Cr-Mo-V марки — большая твёрдость не является ответом на кромку, которая разрушается.