D2 frente a SKD11: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

El D2 y el SKD11 son dos de los aceros para herramientas de trabajo en frío con alto contenido de carbono y cromo más comúnmente especificados a nivel mundial. Ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción se enfrentan con frecuencia al dilema de elegir entre ellos al especificar matrices, punzones, cuchillas de corte y componentes resistentes al desgaste: priorizar la resistencia al desgaste y la estabilidad dimensional, o priorizar la disponibilidad local, el proceso de fabricación y el costo de la cadena de suministro. La decisión práctica suele depender menos de grandes diferencias metalúrgicas y más del tratamiento térmico, el procesamiento del proveedor (por ejemplo, fusión al vacío frente a convencional) y las presentaciones regionales.

La principal distinción radica en su origen estándar: un grado se asocia históricamente con las tradiciones de acero para herramientas de EE. UU. y Europa, y el otro con el sistema japonés JIS. Química y funcionalmente son muy similares, pero pequeñas diferencias en su composición y procesamiento generan sutiles variaciones en la templabilidad, la distribución de carburos y el control de impurezas, factores que pueden influir en el rendimiento final en servicio.

1. Normas y designaciones

• D2: Se encuentra comúnmente bajo las normas AISI/ASTM/SAE (AISI D2 / ASTM A681, etc.), EN (como X155CrVMo12 o notaciones similares según la fuente) y otras designaciones regionales. Clasificado como un acero para herramientas de trabajo en frío con alto contenido de carbono y cromo.
• SKD11: Designación JIS (Norma Industrial Japonesa), a menudo indicada como SKD11 (familia equivalente a D2). También se fabrica bajo la norma ISO y por siderúrgicas japonesas con códigos de producto específicos.
• Categoría: Ambos son aceros para herramientas no inoxidables (con alto contenido de cromo, pero principalmente diseñados como aceros para herramientas resistentes al desgaste, no como aceros inoxidables resistentes a la corrosión). Son aceros para herramientas aleados, diseñados para aplicaciones de trabajo en frío y desgaste intenso.

2. Composición química y estrategia de aleación

Elemento	Rango típico — D2 (típico según AISI/ASTM)	Rango típico — SKD11 (típico JIS)
do	1,40–1,60 % en peso	1,40–1,60 % en peso
Minnesota	0,30–0,60 % en peso	0,20–0,60 % en peso
Si	0,20–0,60 % en peso	0,20–0,60 % en peso
PAG	≤0,03 % en peso	≤0,03 % en peso
S	≤0,03 % en peso	≤0,03 % en peso
Cr	11,0–13,0 % en peso	11,0–13,0 % en peso
Ni	≤0,30 % en peso	≤0,30 % en peso
Mes	0,70–1,20 % en peso	0,70–1,20 % en peso
V	0,80–1,20 % en peso	0,70–1,20 % en peso
Nótese bien	—	rastro (raro)
Ti	—	rastro (raro)
B	—	rastro (raro)
norte	rastro	rastro

Notas: Los rangos exactos varían según las normas, los fabricantes de acero y los lotes de producto. La tabla muestra los rangos nominales que se publican habitualmente. Estrategia de aleación: El alto contenido de carbono y cromo genera una matriz que forma abundantes carburos de cromo duros (principalmente del tipo M7C3/M23C6 y carburos MC enriquecidos en V/Mo), lo que proporciona una excelente resistencia a la abrasión. El Mo y el V refinan los carburos, aumentan la templabilidad secundaria y mejoran la resistencia al revenido a altas temperaturas; el Si y el Mn favorecen la desoxidación y la resistencia; se controlan los bajos niveles de P y S para evitar la fragilización.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas: - En estado recocido: carburos esferoidizados en una matriz ferrítica o perlítica (blandos para el mecanizado y el conformado). Tras la austenización y el temple: matriz martensítica con una alta fracción volumétrica de carburos de cromo duros y carburos secundarios de tipo MC (ricos en V/Mo). Debido a la gran cantidad de carburos, la dureza y la resistencia al desgaste de la matriz son elevadas, pero la tenacidad es moderada en comparación con los aceros para herramientas de bajo carbono. - El revenido produce una tenacidad retenida al reducir la fragilidad de la martensita y al mismo tiempo preservar los carburos para la resistencia al desgaste.

Comportamiento ante el tratamiento térmico: - La normalización (o recocido subcrítico) refina el tamaño del grano y homogeneiza la microestructura, pero el endurecimiento completo requiere una austenización adecuada y un enfriamiento rápido. Temple y revenido: Los aceros D2/SKD11 presentan cierto grado de endurecimiento al aire, pero muchos procesos emplean temple en aceite/agua, dependiendo del tamaño de la sección y las propiedades deseadas. El revenido en múltiples ciclos es habitual para estabilizar las dimensiones y reducir la austenita retenida. - El procesamiento termomecánico (por ejemplo, desgasificación al vacío, forjado y laminado controlado) puede producir carburos más finos y niveles de inclusión más bajos; el SKD11/D2 fundido al vacío y forjado a menudo muestra una tenacidad y un rendimiento a la fatiga mejorados en comparación con el producto fundido convencionalmente.

4. Propiedades mecánicas

Propiedad (típica; dependiente del tratamiento térmico)	D2 (rangos típicos)	SKD11 (rangos típicos)
Resistencia a la tracción (endurecido y templado)	1200–2200 MPa	1200–2200 MPa
Límite elástico (endurecido y revenido)	800–1600 MPa	800–1600 MPa
Alargamiento (A%, endurecido)	2–8%	2–8%
Resistencia al impacto (Charpy V-notch, templado)	de baja a moderada; ~3–20 J	de baja a moderada; ~3–20 J
Dureza (recocida)	~170–220 HB (≈ 160–220 HB)	~170–220 HB
Dureza (endurecido y templado)	HRC 56–62 (rango de servicio típico 57–60 HRC)	HRC 56–62 (rango de servicio típico 57–60 HRC)

Interpretación: Ambos grados ofrecen una dureza muy elevada y una excelente resistencia al desgaste gracias a la abundancia de carburos. Tras el endurecimiento, presentan una alta resistencia a la tracción y al límite elástico; sin embargo, la elongación y la tenacidad al impacto son relativamente bajas en comparación con los aceros de bajo carbono. Las diferencias son mínimas: SKD11 y D2 presentan numerosas similitudes. Pequeñas variaciones en el contenido de vanadio y molibdeno, o en los procesos de fusión y desgasificación, pueden dar lugar a ligeras diferencias en la tenacidad o en el control del tamaño de los carburos.

5. Soldabilidad

El alto contenido de carbono y cromo hace que ambos grados sean difíciles de soldar: - La alta templabilidad y el equivalente de carbono predicen el riesgo de formación de martensita, agrietamiento en frío y agrietamiento asistido por hidrógeno en la soldadura y sus alrededores. - Fórmulas predictivas útiles (interpretación cualitativa): - Carbono equivalente (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Índice Pcm (más conservador): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - Interpretación: Tanto el D2 como el SKD11 suelen presentar valores elevados de CE y Pcm, lo que indica una baja soldabilidad. Orientación práctica: - Evite soldar siempre que sea posible; prefiera la unión mecánica, la soldadura fuerte (teniendo en cuenta el precalentamiento) o el rediseño. - Si es necesario soldar: utilice metales de aporte con bajo contenido de hidrógeno, precaliente suficientemente (a menudo entre 150 y 300 °C según el espesor), controle la temperatura entre pasadas y realice un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT), generalmente un revenido para aliviar las tensiones y reducir la dureza. - Para herramientas críticas, considere utilizar componentes soldados solo en áreas que no estén sometidas a altas tensiones o utilice técnicas de inserción.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el acero D2 ni el SKD11 son aceros inoxidables a pesar de su contenido relativamente alto de cromo (entre el 11 % y el 13 %): el elevado contenido de carbono forma carburos de cromo y reduce el cromo de la matriz por debajo de los niveles necesarios para la resistencia a la corrosión pasiva. Por lo tanto, los entornos típicos favorecen la oxidación y la corrosión con el tiempo.
• Opciones de protección de la superficie:
• Recubrimientos: Recubrimientos duros PVD/CVD (TiN, AlTiN, DLC) para resistencia al desgaste por deslizamiento y a la corrosión.
• Los procesos de recubrimiento o electroquímicos son posibles, pero pueden verse limitados por la adhesión en superficies muy duras.
• Tratamientos de barrera: pintura, aceitado o recubrimientos de conversión para almacenamiento y aplicaciones de baja abrasión.
• Para entornos corrosivos agresivos, seleccione en su lugar una aleación resistente a la corrosión (acero inoxidable o aceros para herramientas recubiertos).
• La fórmula PREN para la resistencia del acero inoxidable no es aplicable aquí, pero como referencia: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ — D2/SKD11 no alcanzan ni pretenden alcanzar los umbrales PREN para la resistencia a la corrosión.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Mecanizado: Se realiza mejor en estado reblandecido/recocido; dureza típica tras recocido: ~170–220 HB. Una dureza superior a ~45 HRC reduce significativamente la velocidad de mecanizado convencional; para obtener las dimensiones finales, se suele recurrir al rectificado o al mecanizado por electroerosión (EDM).
• Rectificado y electroerosión: Ambos grados responden bien al rectificado y a la electroerosión; el contenido de carburo afecta a la selección de la muela y a los parámetros de la chispa.
• Conformado y doblado: Limitado una vez endurecido. En estado recocido, es posible el conformado en frío, pero pueden producirse recuperación elástica y fisuras en el carburo. Para un conformado preciso, realice tratamientos térmicos o mecánicos previos.
• Acabado superficial: La dispersión de carburo puede producir marcas de herramienta; a menudo se requiere cuidado en el acabado y pulido para herramientas que requieren una baja rugosidad superficial.

8. Aplicaciones típicas

D2 — Usos típicos	SKD11 — Usos típicos
Troqueles y punzones para trabajo en frío (estampado, troquelado)	Troqueles y punzones para trabajo en frío
Cuchillas de corte longitudinal, cuchillas de corte transversal y cuchillas de corte	Cuchillas de corte, cuchillas de recorte y filos de tijera
herramientas de extrusión y estirado en frío	herramientas de extrusión y estirado en frío
Piezas de desgaste, formas de rodillos, troqueles de recorte	Troqueles progresivos y herramientas de precisión
Matrices de extrusión para algunos materiales no abrasivos	Moldes y herramientas de precisión donde se requiere un control preciso del carburo

Justificación de la selección: Elija cualquiera de los grados cuando se requiera alta resistencia al desgaste, estabilidad dimensional y retención de filo a temperaturas de servicio moderadas. La selección suele depender de la disponibilidad, la experiencia del proveedor, la capacidad de tratamiento térmico y si se requiere material fundido al vacío o forjado para mayor tenacidad.

9. Costo y disponibilidad

• Coste: Generalmente similar; ambos tienen un precio medio-alto debido a su composición de aleación y los requisitos de procesamiento. El precio fluctúa según los mercados mundiales de aleaciones (Cr, V, Mo) y el procesamiento (al vacío frente a convencional).
• Disponibilidad: El D2 está ampliamente disponible en Norteamérica y Europa; el SKD11 suele encontrarse en los proveedores asiáticos. Las cadenas de suministro globales a menudo almacenan ambos productos bajo diferentes nombres comerciales y en distintas presentaciones (barras, placas, bloques preendurecidos).
• Formatos de producto: SKD11 puede estar más disponible en ciertos tamaños métricos o en formas preendurecidas en Asia; D2 puede tener un ecosistema de proveedores más amplio en regiones atendidas históricamente por las normas ASTM/AISI.

10. Resumen y recomendación

Atributo	D2	SKD11
soldabilidad	Bajo	Bajo
equilibrio entre resistencia y tenacidad	Alta dureza/resistencia al desgaste; tenacidad moderada	Muy similares; las pequeñas diferencias dependen del proceso de fusión y procesamiento.
Coste y disponibilidad	Ampliamente disponible en los mercados de EE. UU. y la UE.	Ampliamente disponible en Asia; coste similar en general.

Recomendaciones: Elija D2 si prefiere proveedores y suministro de materiales que cumplan con las normas ASTM/AISI, o si tiene más acceso a existencias y procesamiento locales (tratamiento térmico, fusión al vacío, servicios de electroerosión) para D2. D2 es una opción segura por defecto para las especificaciones de acero para herramientas de trabajo en frío en muchas cadenas de suministro occidentales. Elija SKD11 si realiza compras en Asia o prefiere procesos y controles de calidad al estilo japonés, o si el proveedor puede ofrecer SKD11 fundido al vacío o forjado con control de impurezas documentado y trazabilidad del tratamiento térmico. SKD11 es prácticamente el equivalente a JIS y puede resultar más económico o estar disponible con mayor facilidad en los canales de adquisición asiáticos.

Nota final: Metalúrgicamente, D2 y SKD11 son casi equivalentes; por lo tanto, los factores decisivos para la especificación de ingeniería deberían ser la especificación del tratamiento térmico, la calidad metalúrgica del proveedor (inclusiones, fusión al vacío), la forma dimensional y la viabilidad de la fabricación local y el postprocesamiento, en lugar de esperar grandes diferencias intrínsecas en el rendimiento.