1.2379 vs D2 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura frequentemente enfrentam uma escolha entre aços para ferramentas de desempenho próximo ao especificar matrizes, ferramentas de corte ou peças de desgaste. Dois graus frequentemente comparados são 1.2379 (uma designação europeia frequentemente usada para um aço para ferramentas de trabalho a frio de alto cromo, “semelhante ao D2” controlado) e AISI/ASTM D2 (um aço para matrizes de alto carbono e alto cromo amplamente utilizado). Os contextos típicos de decisão incluem equilibrar resistência ao desgaste versus tenacidade, priorizar soldabilidade ou facilidade de usinagem e otimizar o custo do ciclo de vida para produção em alta volume.
A distinção essencial entre os dois é que 1.2379 é geralmente apresentado como uma variante refinada e mais rigorosamente especificada do conceito clássico de química e processamento do D2: é projetado para oferecer resistência ao desgaste semelhante ou ligeiramente melhorada com melhor tenacidade e limpeza controláveis. Como ambos são aços para ferramentas de trabalho a frio de alto carbono e alto cromo, eles são comumente comparados onde a vida útil da borda a longo prazo e a resistência à abrasão são necessárias, juntamente com a fabricabilidade e o controle de custos.
1. Normas e Designações
- D2: Comumente referenciado como AISI/ASTM D2 (também disponível sob várias normas nacionais). Classificado como um aço para ferramentas de trabalho a frio de alto carbono e alto cromo.
- 1.2379: Designação numérica europeia EN, frequentemente associada ao nome comercial X153CrMoV12 ou variantes proprietárias semelhantes. Também um aço para ferramentas de trabalho a frio/alto carbono, alto cromo, mas tipicamente com controle de impurezas mais rigoroso e microligação adaptada para desempenho melhorado.
Classificação: ambos são aços para ferramentas de trabalho a frio (endurecimento a ar ou óleo) (não aços para ferramentas inoxidáveis, apesar do alto cromo), usados para matrizes, punções, facas de corte e componentes de desgaste.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
Abaixo estão faixas de composição representativas e típicas para cada grau. As composições exatas variam de acordo com o fornecedor e a especificação; use estas como guias comparativas em vez de valores de certificação estritos.
| Elemento | 1.2379 (típico / representativo) | D2 (típico / representativo) |
|---|---|---|
| C | 1.45 – 1.60% | 1.40 – 1.60% |
| Mn | 0.20 – 0.60% | 0.30 – 0.60% |
| Si | 0.20 – 0.60% | 0.20 – 1.00% |
| P | ≤ 0.03% | ≤ 0.03% |
| S | ≤ 0.03% | ≤ 0.03% |
| Cr | 11.0 – 13.0% | 11.0 – 13.0% |
| Ni | ≤ 0.50% (traço) | ≤ 0.40% (traço) |
| Mo | 0.8 – 1.4% | 0.7 – 1.3% |
| V | 0.6 – 1.0% | 0.1 – 0.6% |
| Nb (Cb) | tipicamente 0 ou traço | tipicamente 0 ou traço |
| Ti | traço a 0.1% | traço a 0.1% |
| B | traço (raro) | traço (raro) |
| N | traço | traço |
Como a liga afeta o desempenho: - Carbono: elemento de endurecimento primário; aumenta a dureza e a resistência ao desgaste por meio da formação de carbonetos, mas reduz a soldabilidade e a tenacidade em altos níveis. - Cromo (alto): forma carbonetos de cromo duros (tipos M7C3/M23C6) e contribui para a resistência ao desgaste e estabilidade de têmpera; sozinho não torna o aço “inoxidável” em ambientes práticos. - Molibdênio e vanádio: formam carbonetos de liga finos que refinam a microestrutura, melhoram a capacidade de endurecimento e o endurecimento secundário, e aumentam a resistência ao desgaste e a tenacidade quando equilibrados corretamente. As variantes 1.2379 geralmente usam V e Mo ligeiramente mais altos para refinar carbonetos e melhorar a retenção de borda/tenacidade em comparação com o D2 base. - Silício e manganês: contribuintes para desoxidação e resistência; excesso de Mn pode aumentar a capacidade de endurecimento, mas pode reduzir a tenacidade. - Microligação em traço (Nb, Ti, B) quando presente é usada para refino de grão e resposta de têmpera melhorada.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestrutura (como endurecido e temperado): - Ambos os graus desenvolvem uma matriz martensítica com uma rede de carbonetos primários ricos em cromo e carbonetos de liga secundários. O caráter do carboneto é a chave para o desempenho de desgaste: carbonetos grossos oferecem alta resistência à abrasão, mas podem atuar como pontos de iniciação de trincas; carbonetos de liga finos e bem distribuídos proporcionam um melhor equilíbrio entre desgaste e tenacidade. - As variantes 1.2379 são frequentemente produzidas com controle mais rigoroso do conteúdo de inclusões e microligação adicional (V, Mo) para produzir uma distribuição de carbonetos mais fina do que alguns derretimentos genéricos de D2.
Práticas de tratamento térmico (típicas): - Normalizar/anneal para usinabilidade antes do endurecimento. - Austenitizar na faixa típica para aços para ferramentas de alto C e alto Cr (os fabricantes especificam temperaturas exatas). Múltiplos pré-aquecimentos podem ser usados para seções grandes para evitar choque térmico. - Resfriamento: D2 e 1.2379 são comumente resfriados em óleo ou resfriados a ar/gás pressurizado, dependendo do tamanho da seção e da orientação do fornecedor. Algumas variantes finas permitem controles de resfriamento menos severos devido à melhor capacidade de endurecimento. - Têmpera: têmpera em múltiplas etapas para reduzir a austenita retida e alcançar dureza estável; a seleção da temperatura de têmpera é a principal alavanca para alcançar o equilíbrio desejado entre HRC e tenacidade.
Efeitos das rotas: - Normalização seguida de resfriamento controlado refina o tamanho do grão e reduz a austenita retida. - Austenitização agressiva ou aquecimento desigual promove carbonetos mais grossos e reduz a tenacidade. - Processamento termo-mecânico (blanks de ferramentas forjadas ou laminadas) mais têmpera controlada em 1.2379 pode resultar em uma distribuição de carbonetos mais uniforme e tenacidade melhorada em comparação com o D2 genérico.
4. Propriedades Mecânicas
As propriedades mecânicas dependem fortemente do tratamento térmico, tamanho da seção e processamento do fornecedor. A tabela fornece faixas típicas para condições endurecidas e temperadas usadas em ferramentas (os valores são indicativos).
| Propriedade | 1.2379 (típico, endurecido & temperado) | D2 (típico, endurecido & temperado) |
|---|---|---|
| Resistência à Tração (Rm) | ~1500 – 2500 MPa (dependente do processo) | ~1400 – 2400 MPa |
| Resistência ao Esforço (Rp0.2) | ~1000 – 2000 MPa | ~1000 – 1900 MPa |
| Alongamento (A%) | ~4 – 12% | ~4 – 12% |
| Tenacidade ao Impacto (Charpy V-notch) | baixa a moderada; melhorada em variantes refinadas de 1.2379 (por exemplo, valores J mais altos na mesma dureza) | baixa a moderada |
| Dureza (HRC) | Faixa de serviço típica 55 – 62 HRC (dependente do processo) | Faixa de serviço típica 55 – 62 HRC |
Qual é mais forte, mais resistente ou mais dúctil: - Resistência/dureza: ambos podem ser endurecidos para níveis de HRC semelhantes; as diferenças são marginais e dependem do tratamento térmico. - Tenacidade: variantes 1.2379 são tipicamente projetadas para oferecer ligeiramente melhor tenacidade em dureza equivalente através de carbonetos mais finos e aços mais limpos; isso as torna menos propensas a lascar para algumas aplicações de ferramentas. - Ductilidade: ambos têm ductilidade limitada na condição endurecida; a condição de usinabilidade recozida oferece ductilidade significativamente maior para conformação/usinagem.
5. Soldabilidade
Ambos os aços são desafiadores para soldar devido ao alto teor de carbono e cromo que aumentam a capacidade de endurecimento e o risco de trincas a frio e zonas martensíticas frágeis. Considerações típicas de soldabilidade: - Pré-aquecimento e tratamento térmico pós-solda (PWHT) são frequentemente necessários para evitar trincas assistidas por hidrogênio e para temperar a HAZ. - Use eletrodos/preenchimentos de baixo hidrogênio e combine a liga de preenchimento para reduzir a formação de fases duras.
Índices de soldabilidade comuns (úteis para interpretação qualitativa): - Equivalente de carbono (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (propensão a trincas de solda): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação: - Altos valores de $CE_{IIW}$ e $P_{cm}$ indicam maior risco de HAZ dura e frágil e a necessidade de pré-aquecimento/PWHT rigorosos. Tanto 1.2379 quanto D2 produzem índices elevados em comparação com aços de baixa liga. A microligação ligeiramente alterada de 1.2379 e a prática de fusão mais limpa podem marginalmente reduzir a propensão a trincas, mas não tornam o aço “fácil de soldar.” Quando a soldagem é necessária, use procedimentos especializados e/ou selecione ligas de preenchimento correspondentes ou adicione uma zona de transição soldável.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Nenhum dos dois, 1.2379 ou D2, é inoxidável em serviço: embora contenham alto cromo (~11–13%), a matriz e a distribuição de carbonetos não conferem resistência à corrosão equivalente a aços inoxidáveis. Para ambientes onde a corrosão é uma preocupação, proteção rotineira é necessária.
- Proteções típicas: óleo/graxa, revestimentos protetores, galvanização ou tratamentos de superfície locais, como nitruração, revestimentos PVD ou galvanização (quando aplicável e compatível).
- PREN (Número Equivalente de Resistência à Fissuração) não é aplicável para esses aços para ferramentas não inoxidáveis em classificação de corrosão prática, mas para referência, a fórmula do PREN é: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Como o nitrogênio é tipicamente baixo e os aços não têm microestrutura de grau inoxidável, o PREN não prevê de forma significativa a resistência à corrosão em campo para esses graus.
7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade
- Usinabilidade: na condição recozida, ambos são usináveis; D2 é bem compreendido e muitas oficinas têm práticas de ferramentas para ele. As variantes 1.2379 com V e Mo mais altos podem ser ligeiramente mais abrasivas nas ferramentas, mas muitas vezes usinam bem quando especificadas no estado recozido.
- Desbaste e acabamento duro: ambos requerem rodas de desbaste de carboneto; os carbonetos mais finos de 1.2379 podem permitir um acabamento de superfície e qualidade de borda ligeiramente melhores.
- Conformabilidade/dobramento: limitada no estado endurecido. A maior parte da conformação é feita na condição recozida; o endurecimento final segue o processamento de forma quase líquida.
- Tratamentos de superfície (nitruração, jateamento, revestimentos) são comumente usados para estender a vida útil; a nitruração requer atenção à química e ao tratamento térmico anterior.
8. Aplicações Típicas
| 1.2379 (usos típicos) | D2 (usos típicos) |
|---|---|
| Matrizes de trabalho a frio de precisão, punções e ferramentas de estampagem onde a retenção de borda superior e a tenacidade melhorada são desejadas | Matrizes de trabalho a frio de uso geral, lâminas de corte, facas de corte, punções de conformação |
| Ferramentas de corte e fatiamento de alto desgaste que se beneficiam de carbonetos refinados e dureza previsível | Operações de blanking e fatiamento de longa duração com janelas de processo estabelecidas |
| Inserções, matrizes de desenho e componentes que requerem estabilidade dimensional mais rigorosa e melhor usinabilidade | Ferramentas de baixo custo onde a ampla disponibilidade e composições comprovadas são priorizadas |
| Peças que requerem engenharia de superfície subsequente (nitruração, PVD) onde a uniformidade da microestrutura base melhora o desempenho do revestimento | Usos tradicionais de D2 para abrasão pesada com práticas de tratamento térmico comprovadas |
Racional de seleção: - Escolha 1.2379 quando a aplicação precisar de um equilíbrio entre alta resistência ao desgaste com melhor resistência a lascas (tenacidade melhorada e inclusões controladas). - Escolha D2 para usos sensíveis ao custo e onde a experiência de processo existente, familiaridade do fornecedor e ampla disponibilidade são os principais fatores.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo: D2 é um grau amplamente produzido e padronizado globalmente e muitas vezes é ligeiramente menos caro em uma base de custo de material puro. 1.2379, quando vendido como um grau de especificação de marca ou rigorosa, pode ter um pequeno prêmio refletindo fusões mais limpas, controle químico mais rigoroso ou processamento proprietário.
- Disponibilidade: D2 está amplamente disponível em barras, chapas e blanks pré-endurecidos em todo o mundo. 1.2379 está prontamente disponível em regiões que seguem normas EN e através de fornecedores de aço para ferramentas especializadas; na prática, ambos são comumente obtidos, mas o tamanho da forma e os temperamentos específicos podem variar de acordo com o fornecedor.
10. Resumo e Recomendação
| Atributo | 1.2379 | D2 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Pobre — marginalmente melhorada com química controlada; requer pré-aquecimento/PWHT rigorosos | Pobre — limitações bem conhecidas; requer práticas de soldagem padrão do D2 |
| Equilíbrio Força–Tenacidade | Muito bom para aços de trabalho a frio de alto Cr; projetado para tenacidade melhorada em dureza dada | Boa resistência e resistência ao desgaste; tenacidade tipicamente mais baixa na mesma HRC em comparação com variantes refinadas |
| Custo | Moderado (às vezes premium em relação ao D2 base) | Tipicamente mais baixo / amplamente competitivo |
Conclusões e recomendações práticas: - Escolha 1.2379 se precisar de um aço melhorado, rigorosamente controlado, semelhante ao D2, com uma estrutura de carboneto mais fina, tenacidade ligeiramente melhor em dureza equivalente e potencialmente melhor usinabilidade e desempenho de revestimento. É uma boa opção quando a resistência a lascas e a vida útil previsível da borda são importantes. - Escolha D2 se precisar de um aço para trabalho a frio de alto cromo comprovado, amplamente disponível e econômico para programas de ferramentas de grande volume ou bem estabelecidos, onde as práticas padrão de tratamento térmico e fabricação já estão otimizadas.
Nota final: ambos os graus requerem especificação cuidadosa do tratamento térmico, compensação do tamanho da seção e acabamento pós-tratamento térmico para alcançar a combinação pretendida de dureza, tenacidade e estabilidade dimensional. Trabalhe com fornecedores de aço e tratadores térmicos para confirmar as propriedades químicas e mecânicas certificadas para a forma e aplicação específicas do produto.