D2 vs SKD11 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pendahuluan

D2 dan SKD11 adalah dua jenis baja alat kerja dingin dengan karbon tinggi dan krom tinggi yang paling umum ditentukan di seluruh dunia. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara teratur menghadapi dilema pemilihan antara keduanya saat menentukan cetakan, punch, bilah pemotong, dan komponen tahan aus: memprioritaskan ketahanan aus dan stabilitas dimensi, atau memprioritaskan ketersediaan lokal, jalur pemrosesan, dan biaya rantai pasokan. Pilihan praktis sering kali bergantung kurang pada perbedaan besar dalam metalurgi dan lebih pada jalur perlakuan panas, pemrosesan pemasok (misalnya, peleburan vakum vs konvensional), dan bentuk stok regional.

Pada tingkat tinggi, perbedaan utama adalah asal standar: satu jenis secara historis terkait dengan tradisi baja alat AS/Eropa dan yang lainnya dengan sistem JIS Jepang. Secara kimia dan fungsional, keduanya sangat dapat dibandingkan, tetapi perbedaan komposisi dan pemrosesan yang kecil menghasilkan perbedaan halus dalam kemampuan pengerasan, distribusi karbida, dan pengendalian kotoran yang dapat mempengaruhi kinerja akhir dalam layanan.

1. Standar dan Penunjukan

• D2: Umumnya ditemukan di bawah AISI/ASTM/SAE (AISI D2 / ASTM A681, dll.), EN (sebagai X155CrVMo12 atau notasi serupa tergantung pada sumber), dan penunjukan regional lainnya. Diklasifikasikan sebagai baja alat kerja dingin dengan karbon tinggi dan krom tinggi.
• SKD11: Penunjukan JIS (Standar Industri Jepang), sering diberikan sebagai SKD11 (keluarga setara dengan D2). Juga diproduksi di bawah ISO dan oleh produsen baja Jepang dengan kode produk khusus.
• Kategori: Keduanya adalah baja alat non-stainless (krom tinggi tetapi terutama dimaksudkan sebagai baja alat tahan aus daripada baja stainless tahan korosi). Mereka adalah baja alat paduan, dirancang untuk aplikasi kerja dingin dan keausan berat.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Catatan: - Rentang yang tepat bervariasi antara standar, produsen baja, dan lot produk. Tabel ini mencantumkan rentang nominal yang umum diterbitkan. - Strategi paduan: Karbon tinggi ditambah krom tinggi menghasilkan matriks yang membentuk karbida krom keras yang melimpah (tipe M7C3/M23C6 utama dan karbida MC yang diperkaya V/Mo), memberikan ketahanan abrasi yang sangat baik. Mo dan V memperhalus karbida, meningkatkan kemampuan pengerasan sekunder, dan meningkatkan ketahanan tempering suhu tinggi; Si dan Mn membantu deoksidasi dan kekuatan; P dan S yang rendah dikendalikan untuk menghindari embrittlement.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur tipikal: - Dalam kondisi annealed: karbida spheroidized dalam matriks feritik atau pearlitik (lunak untuk pemesinan dan pembentukan). - Setelah austenitizing dan pendinginan: matriks martensitik dengan fraksi volume tinggi karbida krom keras dan karbida tipe MC sekunder (kaya V/Mo). Karena populasi karbida yang besar, kekerasan matriks dan ketahanan aus tinggi tetapi ketangguhan relatif rendah dibandingkan dengan baja alat karbon rendah. - Tempering menghasilkan ketangguhan yang dipertahankan dengan mengurangi kerapuhan martensit sambil mempertahankan karbida untuk ketahanan aus.

Perilaku perlakuan panas: - Normalisasi (atau anneal sub-kritis) memperhalus ukuran butir dan menghomogenkan mikrostruktur, tetapi pengerasan penuh memerlukan austenitizing yang tepat dan pendinginan cepat. - Pendinginan dan tempering: D2/SKD11 memiliki kemampuan pengerasan udara hingga batas tertentu, tetapi banyak jalur pemrosesan menggunakan pendinginan minyak/air tergantung pada ukuran bagian dan sifat yang diinginkan. Tempering dalam beberapa siklus umum dilakukan untuk menstabilkan dimensi dan mengurangi austenit yang tertinggal. - Pemrosesan termo-mekanis (misalnya, penghilangan vakum, penempaan, dan penggulungan terkontrol) dapat menghasilkan karbida yang lebih halus dan tingkat inklusi yang lebih rendah; SKD11/D2 yang dilebur vakum dan ditempa sering menunjukkan ketangguhan dan kinerja kelelahan yang lebih baik dibandingkan produk yang dilebur secara konvensional.

4. Sifat Mekanis

Interpretasi: - Kedua jenis memberikan kekerasan yang sangat tinggi dan ketahanan aus yang sangat baik karena karbida yang melimpah. Kekuatan tarik dan kekuatan luluh tinggi setelah pengerasan; peregangan dan ketangguhan impak relatif rendah dibandingkan dengan baja karbon rendah. - Perbedaan kecil: SKD11 dan D2 sangat tumpang tindih. Perbedaan kecil dalam vanadium, molibdenum, atau praktik peleburan/penghilangan dapat menyebabkan kontrol ketangguhan atau ukuran karbida yang sedikit berbeda.

5. Kemampuan Las

Kandungan karbon tinggi dan krom yang signifikan membuat kedua jenis sulit untuk dilas: - Kemampuan pengerasan yang tinggi dan ekuivalen karbon memprediksi risiko pembentukan martensit, retak dingin, dan retak yang dibantu hidrogen di dalam dan dekat las. - Rumus prediktif yang berguna (interpretasi kualitatif): - Ekuivalen karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Indeks Pcm (lebih konservatif): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - Interpretasi: Baik D2 maupun SKD11 biasanya menghasilkan nilai CE dan Pcm yang tinggi yang menunjukkan rendahnya kemampuan las. Panduan praktis: - Hindari pengelasan jika memungkinkan—lebih baik menggunakan penyambungan mekanis, brazing (dengan pertimbangan pemanasan awal), atau desain ulang. - Jika pengelasan diperlukan: gunakan logam pengisi rendah hidrogen, panaskan cukup (sering 150–300 °C tergantung pada ketebalan), kendalikan suhu antar proses, dan lakukan perlakuan panas pasca-las (PWHT) — biasanya tempering untuk mengurangi stres dan mengurangi kekerasan. - Untuk alat yang kritis, pertimbangkan untuk menggunakan komponen yang dilas hanya di area yang tidak memiliki stres tinggi atau gunakan teknik penyisipan.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik D2 maupun SKD11 bukanlah baja stainless meskipun memiliki kandungan krom yang relatif tinggi (~11–13%): kandungan karbon tinggi membentuk karbida krom dan mengurangi krom matriks di bawah level yang diperlukan untuk ketahanan korosi pasif. Oleh karena itu, lingkungan tipikal akan mendorong oksidasi dan korosi seiring waktu.
• Opsi perlindungan permukaan:
• Pelapisan: Pelapisan keras PVD/CVD (TiN, AlTiN, DLC) untuk ketahanan aus dan korosi.
• Pembalutan atau proses elektrokimia dimungkinkan tetapi dapat dibatasi oleh adhesi pada permukaan yang sangat keras.
• Perlakuan penghalang: pengecatan, pelumasan, atau pelapisan konversi untuk penyimpanan dan aplikasi dengan abrasi rendah.
• Untuk lingkungan korosif yang agresif, pilih paduan tahan korosi sebagai gantinya (baja alat stainless atau dilapisi).
• Rumus PREN untuk ketahanan stainless tidak berlaku di sini, tetapi sebagai referensi: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ — D2/SKD11 tidak mencapai atau berniat mencapai ambang PREN untuk ketahanan korosi.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan

• Pemesinan: Paling baik dilakukan dalam keadaan lunak/annealed; kekerasan annealed tipikal ~170–220 HB. Kekerasan di atas ~45 HRC secara signifikan menurunkan laju pemesinan konvensional; penggilingan atau EDM umum digunakan untuk dimensi akhir.
• Penggilingan dan EDM: Kedua jenis merespons dengan baik terhadap penggilingan dan EDM; kandungan karbida mempengaruhi pemilihan roda dan parameter percikan.
• Pembentukan dan pembengkokan: Terbatas saat dikeraskan. Dalam kondisi annealed, pembentukan dingin dimungkinkan tetapi springback dan retak karbida dapat terjadi. Untuk pembentukan yang presisi, lakukan perlakuan termal atau mekanis sebelum pembentukan.
• Penyelesaian permukaan: Dispersi karbida dapat menghasilkan bekas alat; perhatian dalam penyelesaian dan pemolesan sering diperlukan untuk alat yang membutuhkan kekasaran permukaan rendah.

8. Aplikasi Tipikal

Rasional pemilihan: - Pilih salah satu jenis di mana ketahanan aus tinggi, stabilitas dimensi, dan retensi tepi diperlukan pada suhu layanan sedang. Pemilihan sering bergantung pada ketersediaan, keahlian pemasok, kemampuan perlakuan panas, dan apakah stok yang dilebur vakum atau ditempa diperlukan untuk ketangguhan yang lebih tinggi.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: Umumnya serupa; keduanya memiliki harga menengah hingga tinggi karena kandungan paduan dan persyaratan pemrosesan. Harga berfluktuasi dengan pasar paduan global (Cr, V, Mo) dan pemrosesan (vakum vs konvensional).
• Ketersediaan: D2 tersedia luas di pasar Amerika Utara dan Eropa; SKD11 umumnya disimpan oleh pemasok Asia. Rantai pasokan global sering menyimpan keduanya di bawah nama dagang dan bentuk yang berbeda (batang, pelat, blok pra-dikeraskan).
• Bentuk produk: SKD11 mungkin lebih tersedia dalam ukuran metrik tertentu atau bentuk pra-dikeraskan di Asia; D2 mungkin memiliki ekosistem vendor yang lebih luas di wilayah yang dilayani secara historis oleh standar ASTM/AISI.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Rekomendasi: - Pilih D2 jika Anda lebih suka vendor dan pasokan material yang sejalan dengan konvensi ASTM/AISI, atau jika stok/pemrosesan lokal (perlakuan panas, peleburan vakum, layanan EDM) untuk D2 lebih mudah diakses. D2 adalah pilihan aman untuk spesifikasi baja alat kerja dingin di banyak rantai pasokan Barat. - Pilih SKD11 jika Anda mencari di Asia atau memiliki pemrosesan dan kontrol kualitas gaya Jepang yang diutamakan, atau ketika pemasok dapat menyediakan SKD11 yang dilebur vakum atau ditempa dengan pengendalian kotoran yang terdokumentasi dan jejak perlakuan panas. SKD11 secara efektif adalah rekan JIS dan mungkin lebih ekonomis atau lebih mudah tersedia di saluran pengadaan Asia.

Catatan akhir: Secara metalurgi D2 dan SKD11 hampir setara; faktor penentu untuk spesifikasi teknik seharusnya oleh karena itu adalah spesifikasi perlakuan panas, kualitas metalurgi pemasok (inklusions, peleburan vakum), bentuk dimensi, dan praktik fabrikasi lokal serta pemrosesan pasca yang lebih praktis daripada mengharapkan perbedaan kinerja intrinsik yang besar.