D2 vs DC53 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
D2 dan DC53 adalah dua baja alat kerja dingin yang umum digunakan untuk punch, cetakan, bilah pemotong, dan komponen yang mengalami keausan. Insinyur dan tim pengadaan secara rutin mempertimbangkan trade-off antara ketahanan aus, pengerasan menyeluruh, ketangguhan, dan biaya saat memilih di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum termasuk keausan abrasif tinggi vs. risiko pecah, pengerasan menyeluruh untuk bagian tebal, dan batasan biaya/waktu pembuatan untuk pembuatan cetakan.
Perbedaan utama antara keduanya adalah bahwa DC53 adalah varian yang lebih halus dan memiliki ketangguhan lebih tinggi dari baja alat kerja dingin kromium tinggi (sering diproduksi melalui metalurgi serbuk), sedangkan D2 adalah baja alat konvensional dengan karbon tinggi dan kromium tinggi yang dioptimalkan untuk ketahanan aus dan stabilitas dimensi setelah pengerasan. Perbedaan itu mempengaruhi pilihan dalam perlakuan panas, fabrikasi, dan aplikasi.
1. Standar dan Penunjukan
- D2
- Penunjukan umum: AISI D2, ASTM AISI D2, UNS T20802.
- Standar setara: EN X153CrMoV12 (perkiraan), JIS SKD11 (dekat tetapi tidak identik), GB T12Cr1MoV (variasi negara).
- Klasifikasi: Baja alat kerja dingin dengan karbon tinggi dan kromium tinggi (konvensional ditempa).
- DC53
- Sering merupakan penunjukan produsen untuk baja cetakan kerja dingin yang lebih halus (varian metalurgi serbuk ada); penamaan dan standardisasi yang tepat dapat bervariasi menurut pemasok dan wilayah.
- Klasifikasi: Baja alat kerja dingin, sering diproduksi dengan PM atau peleburan vakum untuk meningkatkan ketangguhan dan distribusi karbida.
- Ringkasan kategori: keduanya adalah baja alat kerja dingin (bukan stainless); D2 adalah paduan ditempa konvensional dan DC53 biasanya adalah varian halus/ketangguhan tinggi.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut menunjukkan kategori elemen yang umum dan rentang representatif. Nilai untuk DC53 dapat spesifik untuk pemasok karena DC53 biasanya diproduksi sebagai paduan PM atau modifikasi—konsultasikan sertifikat pabrik untuk keputusan pengadaan.
| Elemen | D2 (tipikal, wt%) | DC53 (tipikal, wt%) – tergantung pemasok |
|---|---|---|
| C | 1.50 – 1.60 | ~1.45 – 1.60 |
| Mn | ≤ 0.60 | ~0.20 – 0.60 |
| Si | ≤ 0.60 | ~0.20 – 0.60 |
| P | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 11.0 – 13.0 | ~11.5 – 13.5 |
| Ni | — | jejak – ~1.0 (tergantung varian) |
| Mo | 0.70 – 1.20 | ~0.8 – 1.5 |
| V | 0.30 – 0.50 | ~0.4 – 1.0 (sering lebih tinggi pada grade PM) |
| Nb | — | jejak (kadang-kadang ada dalam paduan PM) |
| Ti | — | jejak (kadang-kadang ada) |
| B | — | jejak (kadang-kadang ada) |
| N | — | jejak (dapat ada dalam pemrosesan PM) |
Bagaimana paduan mempengaruhi perilaku: - Karbon: elemen pengerasan utama; C tinggi pada kedua grade menghasilkan volume karbida yang substansial dan mendukung kekerasan tinggi serta ketahanan aus tetapi mengurangi kemampuan pengelasan dan keuletan. - Kromium: menyediakan pembentukan karbida keras (tipe M7C3/M23C6) dan meningkatkan kemampuan pengerasan; pada ~12% Cr baja ini tidak stainless tetapi memiliki ketahanan korosi yang lebih baik dibandingkan dengan grade rendah-Cr. - Molibdenum dan vanadium: memperhalus karbida dan meningkatkan pengerasan sekunder; V mendorong pembentukan karbida vanadium yang halus dan keras yang meningkatkan ketahanan abrasi dan stabilitas tepi. V yang lebih tinggi dan karbida halus pada DC53 (ketika diproses PM) meningkatkan ketangguhan yang dikombinasikan dengan ketahanan aus. - Penambahan minor (Ni, Nb, Ti, B): digunakan dalam beberapa varian DC53 atau PM untuk meningkatkan ketangguhan, mengontrol pertumbuhan butir, dan memperhalus karbida.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - D2 (ditempa): setelah pendinginan dan penempaan konvensional, mikrostruktur terdiri dari matriks martensitik yang ditempa dengan fraksi volume karbida kromium yang tinggi (M7C3 / M23C6) dan beberapa karbida kaya Mo dan V. Karbida relatif kasar dibandingkan dengan baja PM. - DC53 (halus/PM): matriks martensitik yang serupa tetapi dengan dispersi karbida yang lebih halus dan lebih seragam (termasuk karbida MC kaya V). Metalurgi serbuk atau kontrol komposisi yang ketat mengurangi pengelompokan karbida, yang mengarah pada peningkatan ketangguhan dan sifat yang lebih konsisten pada bagian tebal.
Efek perlakuan panas: - Normalisasi: memperhalus ukuran butir austenit sebelumnya; digunakan sebagai langkah pengkondisian terutama pada bagian tebal. - Pendinginan & penempaan: mengeraskan hingga HRC yang diinginkan, kemudian menempanya untuk menyesuaikan ketangguhan dan mengurangi stres. Kedua grade merespons perlakuan austenitisasi konvensional, pendinginan dengan minyak atau gas bertekanan, dan siklus penempaan ganda. DC53 biasanya mencapai ketangguhan yang lebih baik untuk kekerasan tertentu karena karbida yang lebih halus dan segregasi yang berkurang. - Pemrosesan termo-mekanis: kurang umum untuk D2 (ditempa), tetapi PM DC53 menghindari segregasi dan dapat diproduksi dalam kondisi pra-pengerasan dengan distorsi minimal.
Catatan praktis: suhu austenitisasi dan siklus penempaan yang tepat tergantung pada grade dan ketebalan bagian; konsultasikan pedoman perlakuan panas pemasok.
4. Sifat Mekanis
Sifat sangat tergantung pada perlakuan panas dan target kekerasan. Rentang representatif ditunjukkan; gunakan data pemasok untuk desain.
| Sifat | D2 (tipikal, didinginkan & ditempa) | DC53 (tipikal, didinginkan & ditempa / PM) |
|---|---|---|
| Kekuatan Tarik (MPa) | ~1200 – 2200 (tergantung pada HRC) | ~1100 – 2100 (rentang serupa; sering lebih konsisten) |
| Kekuatan Luluh (MPa) | ~1000 – 2000 | ~1000 – 1900 |
| Peregangan (%) | 1 – 6 (keuletan rendah pada kekerasan tinggi) | 2 – 8 (umumnya sedikit lebih tinggi) |
| Ketangguhan Impak (Charpy J) | Rendah (angka tunggal hingga angka ganda rendah J, tergantung pada kekerasan) | Lebih tinggi dari D2 pada kekerasan yang sebanding (ketahanan yang lebih baik terhadap pecah) |
| Kekerasan (HRC) | 55 – 62 HRC tipikal untuk penggunaan kerja dingin | 52 – 62 HRC (maksimum serupa yang dapat dicapai; ketangguhan pada HRC tertentu lebih baik) |
Interpretasi: - D2 biasanya menunjukkan ketahanan aus abrasif yang sangat baik dan retensi tepi karena volume karbida yang tinggi dan karbida yang keras. - DC53 memberikan keseimbangan yang lebih baik antara ketangguhan dan ketahanan aus, sering kali memberikan ketahanan yang lebih baik terhadap pecah atau patah katastropik dalam kondisi beban berat atau kejutan sambil mempertahankan kekerasan dan umur pakai yang serupa.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan terbatas untuk kedua grade karena kandungan karbon dan kromium yang tinggi; DC53 mungkin menawarkan ketahanan retak yang sedikit lebih baik tetapi tetap memerlukan kontrol prosedur yang hati-hati.
Indeks penting: - Ekivalen karbon (rumus IIW) berguna untuk memperkirakan kerentanan retak dingin: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Prediktor yang lebih rinci: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Tinggi $CE_{IIW}$ atau $P_{cm}$ menunjukkan kebutuhan pemanasan awal dan perlakuan panas pasca pengelasan (PWHT) yang lebih tinggi dan mengurangi kemampuan pengelasan. - Untuk D2 dan DC53: gunakan pemanasan awal, kontrol suhu antar proses, elektroda konsumabel hidrogen rendah, dan PWHT penuh (penempaan) untuk menghindari retak dingin dan untuk menempakan martensit di zona yang terpengaruh panas. - Untuk komponen tebal atau kritis, hindari pengelasan dalam layanan atau lebih suka pengencangan mekanis, penyolderan, atau pengelasan laser dengan kontrol yang ketat. DC53 mungkin sedikit lebih toleran karena mikrostruktur yang lebih halus, tetapi pengelasan harus diperlakukan sebagai proses khusus.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik D2 maupun DC53 tidak stainless; kandungan Cr mereka (~12%) meningkatkan ketahanan korosi relatif terhadap baja rendah-Cr tetapi tidak memberikan pasivasi dalam lingkungan yang umum.
- Gunakan strategi perlindungan permukaan: pengecatan, pelumasan, pelapisan, atau galvanisasi celup panas (jika geometri dan paparan termal memungkinkan) dan kontrol lingkungan untuk perlindungan jangka panjang.
- PREN (angka ekivalen ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja alat non-stainless ini, tetapi rumusnya adalah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Indeks ini hanya berarti untuk paduan stainless dengan Cr dan N yang cukup; untuk D2/DC53 PREN tidak akan memprediksi ketahanan korosi praktis di lapangan.
Opsi rekayasa permukaan: - Hardfacing, nitriding, pelapisan PVD, dan pelapisan keramik biasanya diterapkan untuk meningkatkan umur pakai dan mengurangi paparan korosi. Perhatikan efek penempaan jika pelapisan keras yang tinggi memerlukan pemanasan pasca-proses.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan
- Kemudahan pemesinan: kedua grade bersifat abrasif karena karbida. D2 cenderung lebih menantang karena karbida kromium yang lebih kasar dan lebih melimpah; DC53 (terutama PM) biasanya lebih mudah diproses dan dapat menerima tingkat penghilangan logam yang lebih tinggi jika praktik alat dan pendingin yang direkomendasikan digunakan.
- Pemotongan dan penyelesaian: keduanya memerlukan roda berlian atau boron nitride kubik (CBN) untuk pemotongan yang efisien dan penyelesaian tepi yang halus. DC53 sering kali lebih baik dalam pemolesan karena distribusi karbida yang lebih halus.
- Kemudahan pembentukan: pembengkokan dan pembentukan dingin terbatas; pra-pengerasan, pembentukan, dan urutan pengurangan stres harus direncanakan. Pembentukan panas tidak umum untuk baja karbon tinggi dan Cr tinggi ini.
- EDM dan wire-EDM sering digunakan untuk alat presisi—kedua grade berkinerja baik dalam proses EDM, dengan DC53 sering menawarkan konsistensi yang lebih baik dan mengurangi risiko mikro-retak.
8. Aplikasi Tipikal
| D2 – Penggunaan Tipikal | DC53 – Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Bilah pemotong, pisau guillotine | Punch dan cetakan presisi dengan beban kejutan berat |
| Cetakan kerja dingin di mana keausan abrasif mendominasi | Perkakas kerja dingin berkinerja tinggi di mana risiko pecah ada |
| Bilah pemotong, alat pemotong untuk bahan abrasif | Cetakan progresif, alat pemotong, cetakan pembentuk yang memerlukan pengerasan menyeluruh yang konsisten |
| Piringan dan bushing yang mengalami keausan di lingkungan abrasif | Komponen yang ditentukan untuk ketangguhan tinggi dan umur lelah yang panjang |
Alasan pemilihan: - Pilih D2 ketika ketahanan aus abrasif maksimum dan retensi tepi dengan biaya kompetitif diperlukan dan beban kejutan terbatas. - Pilih DC53 ketika ketahanan aus serupa diperlukan tetapi aplikasi rentan terhadap pecah, dampak berat, atau bagian tebal di mana pengerasan menyeluruh dan ketangguhan sangat penting.
9. Biaya dan Ketersediaan
- D2: tersedia secara luas di seluruh dunia dalam bentuk batang, stok datar, dan blanko yang dinormalkan. Biaya lebih rendah dibandingkan varian PM; waktu tunggu singkat untuk ukuran standar.
- DC53: sering diproduksi sebagai produk premium (PM atau praktik peleburan yang ketat). Biaya material lebih tinggi dan waktu tunggu mungkin lebih lama; tersedia dalam pelat pra-pengerasan yang dipotong sesuai ukuran dan bentuk khusus dari pemasok tertentu.
- Tip pengadaan: pertimbangkan total biaya siklus hidup—biaya awal yang lebih tinggi untuk DC53 dapat diimbangi dengan umur alat yang lebih lama dan lebih sedikit kegagalan dalam layanan yang menuntut.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Karakteristik | D2 | DC53 |
|---|---|---|
| Kemampuan Pengelasan | Buruk; hindari jika memungkinkan | Buruk hingga sedikit lebih baik; tetap memerlukan prosedur yang ketat |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Ketahanan aus tinggi; ketangguhan lebih rendah | Ketahanan aus sebanding; ketangguhan/ketahanan pecah yang lebih baik |
| Biaya | Lebih rendah (ditempa standar) | Lebih tinggi (paduan PM/halus) |
Pilih D2 jika: - Kebutuhan utama Anda adalah ketahanan aus abrasif maksimum dan retensi tepi dengan biaya material terendah yang praktis. - Komponen relatif tipis, beroperasi di bawah beban yang stabil dengan dampak terbatas, dan praktik perlakuan panas standar dapat diterapkan.
Pilih DC53 jika: - Aplikasi melibatkan kombinasi keausan abrasif dan risiko kejutan, dampak, atau pecah yang signifikan, atau jika bagian tebal memerlukan pengerasan menyeluruh yang lebih seragam. - Anda memerlukan ketahanan patah yang lebih baik dan stabilitas dimensi di bawah siklus tugas berat dan bersedia membayar lebih untuk ketangguhan dan konsistensi yang lebih baik.
Catatan akhir: baik D2 maupun DC53 adalah baja alat dengan sifat yang bervariasi secara signifikan dengan perlakuan panas dan pemrosesan pemasok. Untuk desain dan pengadaan, minta sertifikat pabrik dan rekomendasi perlakuan panas pemasok, dan di mana kritis, dapatkan sampel kupon untuk verifikasi kekerasan, mikrostruktur, dan ketangguhan sebelum produksi penuh.