International Science and Technology Journal

Home < Articles < Article Details

Surface quality and Tool Wear Analysis in AISI D2 Tool Steel Hard Turning: A Comprehensive Review of Cooling Techniques

Researcher(s):
  • M. A. Hamel
  • M. EM. Abid
  • Abdulmuhsen Dakhil
Institution:Libyan Advanced Centre of Technology, Tripoli-Libya
Department of Marine Engineering, Faculty of Engineering - University of Tripoli - Tripoli, Libya
High Institute for Science and Technology, Tripoli-Libya
Field:Mechanical and Materials Engineering
Published in:39th volume - October 2026
الملخص
نظراً لانخفاض موصليته الحرارية ومقاومته العالية للتآكل، يُمثل فولاذ الأدوات AISI D2، المعروف بصلابته العالية (58-62 HRC) وبنيته المعقدة الغنية بالكربيدات الصلبة، يمثل تحديا كبيرا في عمليات التشغيل الآلي. وتستعرض هذه الدراسة 106 دراسات متاحة، نُشرت بين عامي 2020 و2026، تتناول عمليات الخراطة الصلبة على صلب العدد . D2. مع التركيز على خشونة السطح وجودته وتآكل الأداة. تقيّم الدراسة طرق التبريد والتشحيم المختلفة، بما في ذلك القطع الجاف، والتبريد بالغمر، والتبريد بكميات قليلة (MQL)، والتبريد باستخدام السوائل النانوية، والتبريد السريع. والتقنيات الهجينة، والتبريد بالضغط. وقد بين البحث معدل التغذية كعامل رئيسي يؤثر على خشونة السطح، مُفسراً جزءاً كبيراً من التباينات الملحوظة. كما يُبرز فعالية المعالجات الهجينة بالتبريد المبرد والتشحيم بكمية قليلة، والتبريد بكميات قليلة باستخدام السوائل النانوية، في زيادة عمر الأداة بنسبة تتراوح بين 80% و400% مقارنةً بالقطع الجاف، مع تحسين جودة السطح النهائي. وتُحدد الدراسة أيضًا سبع ثغرات بحثية هامة، منها الحاجة إلى فهم أعمق لتكوّن الطبقة البيضاء أثناء التبريد المبرد، وتقييم استقرار الموائع النانوية................. الكلمات المفتاحية:............... فولاذ الأدوات AISI D2؛ الخراطة الصلبة؛ خشونة السطح؛ سلامة السطح؛ تآكل الأداة؛ الحد الأدنى من التزييت والتزييت؛ الموائع النانوية؛ التبريد المبرد؛ الطبقة البيضاء؛ الإجهاد المتبقي؛ نتريد البورون المكعب (CBN).
Abstract
Due to its low heat conductivity and strong resistance to wear, AISI D2 tool steel, recognized for its high level of hardness (58-62 HRC) and complex structure with tough carbides, poses significant challenges in machining. A review of 106 freely available studies from 2020 to 2026 examines hard turning operations on D2 steel, focusing on surface roughness, surface quality, and tool wear. The study evaluates various cooling and lubrication methods including dry cutting, flood coolant, minimum quantity lubrication (MQL), nanofluid-MQL, cryogenic cooling, hybrid techniques, and high-pressure coolant. The research identifies feed rate as the primary factor influencing surface roughness, explaining a substantial portion of the observed variations. It highlights the effectiveness of hybrid cryogenic-MQL and Nanofluid-MQL treatments in increasing tool lifespan by 80-400% compared to dry cutting while enhancing surface finish. The article also identifies seven critical research gaps such as the need for a deeper understanding of white layer formation during cryogenic cooling and the stability evaluation of nanofluids....................... Keywords: ..................AISI D2 tool steel; hard turning; surface roughness; surface integrity; tool wear; MQL; nanofluid; cryogenic cooling; white layer; residual stress; CBN;