D2 vs SKD11 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
D2 dan SKD11 adalah dua jenis baja alat yang paling umum ditentukan untuk aplikasi kerja dingin dan tahan aus tinggi. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana produksi secara teratur mempertimbangkan trade-off antara ketahanan aus, ketangguhan, biaya, dan kemampuan manufaktur saat memilih di antara keduanya. Dilema pemilihan praktis biasanya berfokus pada standar dan rantai pasokan mana yang paling nyaman sambil memastikan kekerasan dan umur yang diperlukan — singkatnya, menyeimbangkan ketahanan aus dan respons perlakuan panas terhadap kerapuhan layanan dan kesulitan fabrikasi.
Kedua baja ini secara kimia dan fungsional sangat mirip: satu didefinisikan dalam standar Amerika Utara/Eropa dan yang lainnya dalam standar Jepang, dan mereka sering diperlakukan sebagai hampir setara dalam gambar dan spesifikasi. Perbedaan kecil dalam toleransi komposisi, batasan kotoran, dan perlakuan panas komersial (dan oleh karena itu kinerja dalam layanan ekstrem atau proses tertentu) adalah alasan utama mereka terus dibandingkan.
1. Standar dan Penunjukan
- AISI/ASTM: AISI D2 / UNS T30402, biasanya dirujuk di Amerika Utara.
- JIS: SKD11 (JIS G4404), biasanya dirujuk di Jepang dan banyak rantai pasokan Asia.
- EN / ISO: EN 1.2379 (sering digunakan sebagai pengidentifikasi Eropa untuk keluarga ini).
- GB: Ekivalen Cina biasanya diidentifikasi di bawah nama seri Cr (misalnya, varian Cr12MoV) dalam standar GB.
Klasifikasi: Baik D2 maupun SKD11 adalah baja alat kerja dingin karbon tinggi dan krom tinggi (jenis baja alat, bukan stainless). Mereka dipadu untuk ketahanan aus tinggi dan kemampuan pengerasan tinggi, dan digunakan terutama dalam cetakan kerja dingin, alat pemotong, dan komponen tahan aus.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel: Rentang komposisi tipikal (wt%). Nilai adalah rentang tipikal yang digunakan secara komersial; konsultasikan sertifikat pabrik untuk kimia batch yang tepat.
| Elemen | Tipikal — AISI D2 (wt%) | Tipikal — JIS SKD11 (wt%) |
|---|---|---|
| C | 1.40 – 1.60 | 1.40 – 1.60 |
| Mn | 0.30 – 1.00 | 0.10 – 1.00 |
| Si | 0.20 – 0.60 | 0.10 – 0.60 |
| P | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 11.0 – 13.0 | 11.0 – 13.0 |
| Ni | ≤ 0.30 | ≤ 0.30 |
| Mo | 0.70 – 1.20 | 0.20 – 1.00 |
| V | 0.30 – 1.10 | 0.20 – 0.80 |
| Nb/Ti/B | biasanya tidak ada atau jejak | biasanya tidak ada atau jejak |
| N | jejak | jejak |
Catatan: - Kedua grade mengandalkan karbon tinggi dan krom tinggi untuk membentuk matriks martensitik dengan populasi karbida kaya krom yang padat (berkontribusi pada ketahanan aus). - Molybdenum dan vanadium ditambahkan untuk memperhalus jenis dan distribusi karbida, meningkatkan kemampuan pengerasan, dan memperbaiki respons pengerasan sekunder. Perbedaan kecil dalam rentang Mo dan V antara standar dapat mempengaruhi morfologi karbida dan perilaku tempering. - Fosfor dan belerang dikendalikan pada tingkat rendah untuk menjaga ketangguhan dan kemampuan mesin.
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus melalui pembentukan martensit dan karbida tetapi mengurangi kemampuan pengelasan dan ketangguhan. - Krom (tingkat tinggi) menghasilkan karbida krom keras dan meningkatkan kemampuan pengerasan; pada tingkat ini memberikan ketahanan korosi terbatas tetapi tidak membuat baja menjadi stainless. - Vanadium dan molybdenum menghasilkan karbida keras dan stabil serta memperlambat pengasaran karbida selama tempering, meningkatkan ketahanan aus dan kekerasan panas. - Silikon dan mangan hadir pada tingkat sedang untuk deoksidasi dan kekuatan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal (setelah perlakuan panas standar): matriks martensitik yang mengandung jaringan/dispersi karbida paduan kaya krom (terutama tipe M7C3 / M23C6 tergantung pada kimia dan perlakuan) ditambah karbida MC yang lebih keras ketika vanadium signifikan.
Karakteristik perlakuan panas: - Dilebur / kondisi lunak: karbida spheroidized dalam matriks ferritik/perlitik untuk kemudahan pemesinan (biasanya digunakan untuk pra-pemesinan). - Pengerasan: suhu austenitisasi tinggi (sering dalam rentang yang sesuai untuk baja C tinggi dan Cr tinggi) menghasilkan matriks martensitik saat pendinginan. Karena Cr dan paduan yang lebih tinggi, bagian memerlukan austenitisasi yang lebih tinggi dan pendinginan terkontrol untuk menghindari retak. - Tempering: urutan siklus tempering mencapai trade-off kekerasan dan ketangguhan yang diinginkan. Pengerasan sekunder (karena presipitasi karbida kaya Mo dan V) dapat terjadi; pemilihan suhu tempering sangat mempengaruhi ketangguhan akhir dan austenit yang terjaga. - Normalisasi dan pemrosesan termo-mekanis: peran terbatas dibandingkan dengan pendinginan & temper karena karbida yang sudah ada sebelumnya menentukan perilaku aus; namun, penempaan/normalisasi yang terkontrol dapat menghomogenkan distribusi karbida dan mengurangi segregasi.
Perbedaan antara D2 dan SKD11: - Perbedaan mikrostruktural sangat halus dan muncul terutama dari toleransi kimia kecil dan jalur manufaktur. Satu standar mungkin menentukan vanadium atau molybdenum sedikit lebih tinggi, menghasilkan karbida MC yang lebih halus dan ketahanan aus yang sedikit lebih baik setelah perlakuan panas. Dalam sebagian besar aplikasi, perbedaan ini adalah sekunder dibandingkan dengan kontrol perlakuan panas dan pemrosesan.
4. Sifat Mekanik
Tabel: Rentang sifat tipikal setelah pendinginan & temper yang sesuai (representatif — tergantung proses).
| Sifat | AISI D2 (rentang tipikal) | JIS SKD11 (rentang tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | ~1000 – 2000 MPa (tergantung proses) | ~1000 – 2000 MPa (tergantung proses) |
| Kekuatan luluh | Tidak biasa ditentukan secara terpisah; tinggi dan dekat dengan UTS dalam keadaan keras | Serupa |
| Peregangan (Ao) | ~3 – 12% (menurun dengan kekerasan yang lebih tinggi) | ~3 – 12% |
| Ketangguhan impak (Charpy) | Rendah hingga sedang; sangat tergantung pada tempering | Rendah hingga sedang; serupa |
| Kekerasan (HRC) | Biasanya 55 – 62 HRC setelah pengerasan & temper | Biasanya 55 – 62 HRC |
Interpretasi: - Kedua baja mencapai kekerasan tinggi dan kekuatan tarik ketika diperlakukan panas dengan benar. Duktibilitas dan ketahanan impak terbatas pada kekerasan tinggi; tempering untuk menurunkan kekerasan meningkatkan ketangguhan tetapi mengurangi umur pakai. - Tidak ada grade yang "tangguh" dibandingkan dengan baja struktural paduan rendah — tujuan desain mereka adalah ketahanan aus pada kekerasan tinggi. Perbedaan kimia kecil dapat menggeser titik trade-off optimal, tetapi tidak mempengaruhi perilaku dasar.
5. Kemampuan Pengelasan
Kandungan karbon tinggi dan krom tinggi meningkatkan kemampuan pengerasan dan volume karbida; kedua faktor tersebut menurunkan kemampuan pengelasan. Pertimbangan kunci: - Pemanasan awal dan perlakuan panas pasca pengelasan (PWHT) biasanya diperlukan untuk menghindari retak dingin dan untuk menemper martensit yang terbentuk di zona yang terpengaruh panas. - Presipitasi karbida dan segregasi dapat mempersulit sifat zona fusi pengelasan.
Ekspresi prediktif yang berguna: - Setara karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Nilai $CE_{IIW}$ yang lebih tinggi menunjukkan kontrol pemanasan awal dan PWHT yang lebih ketat diperlukan dan peningkatan kerentanan terhadap retak.
- Parameter internasional $P_{cm}$: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Nilai $P_{cm}$ yang lebih tinggi juga menunjukkan prosedur pengelasan yang lebih ketat.
Panduan kualitatif: - Baik D2 maupun SKD11 sulit untuk dilas dalam kondisi keras; pengelasan umumnya dihindari kecuali untuk perbaikan menggunakan prosedur spesialis (pemanasan awal yang terkontrol, input panas rendah, logam pengisi yang sesuai, dan PWHT). Penyambungan, pengencangan mekanis, atau memproduksi fitur dengan EDM dan membangun dengan paduan pengisi yang kompatibel adalah alternatif umum.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Grade ini bukan baja stainless meskipun memiliki kandungan Cr tinggi; krom hadir terutama untuk membentuk karbida keras. Harapkan hanya ketahanan korosi yang moderat dibandingkan dengan grade stainless.
- Strategi perlindungan tipikal: cat, pelapis polimer, fosfatasi, dan elektroplating untuk korosi atmosfer — dan galvanisasi jika perlu (dengan mempertimbangkan kerapuhan pelapis di tepi tajam). Untuk alat, perlakuan permukaan seperti nitriding, pelapisan fisik uap (PVD) (TiN, DLC), atau pelapisan krom keras digunakan untuk memperpanjang umur dan mengurangi gesekan/aus.
- PREN tidak berlaku untuk baja alat non-stainless, tetapi untuk referensi: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Indeks ini hanya berarti untuk paduan stainless dengan ketahanan korosi yang signifikan—D2/SKD11 tidak dievaluasi dengan cara ini.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan
- Pemesinan: Keduanya relatif mudah untuk diproses dalam kondisi dilebur setelah spheroidizing. Dalam kondisi keras, mereka sulit dan biasanya diproses dengan penggilingan, EDM, atau alat karbida potong berat lambat dengan pengaturan kaku.
- Pembentukan dan pembengkokan: Terbatas dalam kondisi keras; pembentukan harus dilakukan dalam kondisi dilebur. Risiko springback dan retak meningkat dengan kandungan karbon dan kekerasan.
- Penyelesaian permukaan: Penggilingan dan pemolesan adalah standar untuk alat akhir; perlakuan kriogenik dan pelapisan PVD umum digunakan untuk memperpanjang umur layanan.
- Perlakuan panas dan retak pendinginan: Karena kemampuan pengerasan yang tinggi, kontrol tingkat pendinginan dan geometri bagian sangat penting untuk menghindari retak pendinginan dan distorsi.
8. Aplikasi Tipikal
| AISI D2 – Penggunaan Tipikal | JIS SKD11 – Penggunaan Tipikal |
|---|---|
| Pisau pemotong die, pisau slitter, pisau shear, cetakan blanking dan stamping | Pukulan blanking, cetakan presisi, pisau shear, pisau slitter |
| Pelat tahan aus, cetakan pembentukan, alat ekstrusi untuk bahan non-ferrous | Cetakan kerja dingin, insert cetakan plastik untuk beberapa aplikasi (pra-dikeraskan) |
| Alat lembaran logam untuk produksi jangka panjang, alat gulung untuk penggulungan ringan | Alat tahan aus tinggi di mana pasokan dari pabrik yang ditentukan JIS nyaman |
Rasional pemilihan: - Gunakan baja ini di mana ketahanan aus tinggi pada kekerasan tinggi diperlukan dan persyaratan ketangguhan sedang. Pilih berdasarkan mode aus spesifik (adhesif vs abrasif), geometri bagian, dan jalur pemrosesan. Untuk kebutuhan dampak berat atau ketangguhan tinggi, pertimbangkan baja alat alternatif (misalnya, AISI O1 untuk ketangguhan sedang atau seri H untuk kerja panas).
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: Keduanya memiliki biaya menengah untuk baja alat; harga dipengaruhi oleh kandungan paduan, ukuran batang/plat, dan lokasi pasar. Perbedaan kecil dalam Mo dan V dapat sedikit mempengaruhi harga.
- Ketersediaan: D2 tersedia luas di Amerika Utara dan Eropa; SKD11 biasanya tersedia di Jepang dan Asia. Jaringan pabrik global berarti keduanya biasanya tersedia di seluruh dunia, tetapi ukuran stok, penawaran pelat pra-dikeraskan, dan bentuk batang bervariasi menurut wilayah.
- Bentuk produk: Batang bulat, batang datar, pelat, blok pra-dikeraskan, dan stok yang digiling presisi; blok EDM dan lembaran pra-dikeraskan biasanya ditawarkan.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel: Perbandingan cepat (kualitatif).
| Karakteristik | AISI D2 | JIS SKD11 |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Buruk hingga menantang | Buruk hingga menantang |
| Trade-off Kekuatan–Ketangguhan | Sangat tinggi aus dengan biaya ketangguhan | Sangat tinggi aus dengan biaya ketangguhan |
| Biaya / Ketersediaan lokal | Tersedia luas di NA/EU; biaya moderat | Tersedia luas di Jepang/Asia; biaya moderat |
Pilih D2 jika... - Rantai pasokan atau gambar Anda merujuk pada standar Amerika Utara/Eropa dan Anda memerlukan baja alat kerja dingin tahan aus tinggi dengan dukungan pemasok yang luas di wilayah tersebut. - Anda memerlukan praktik perlakuan panas tertentu atau sertifikasi vendor yang terkait dengan penunjukan ASTM/AISI/EN. - Anda lebih memilih target Mo/V yang sedikit berbeda yang kadang-kadang ditawarkan di bawah spesifikasi D2 untuk perbaikan marginal dalam pengerasan sekunder.
Pilih SKD11 jika... - Basis pengadaan atau manufaktur Anda beroperasi dengan spesifikasi JIS dan Anda menginginkan konsistensi stok lokal, waktu pengiriman yang lebih pendek, atau keuntungan biaya dari pabrik Asia. - Aplikasi alat adalah alat kerja dingin standar (blanking, pemotongan die, pemotongan) di mana SKD11 biasanya tersedia dan diperlakukan panas. - Anda lebih suka sumber ke sertifikat kimia/kualitas yang diwajibkan JIS untuk kontrol pemasok.
Catatan akhir: Untuk alat kritis dan bagian bernilai tinggi, tentukan rentang kekerasan yang diperlukan, target ketangguhan pasca-perlakuan panas, dan minta sertifikat pabrik serta catatan perlakuan panas. Perbedaan kecil dalam kimia dan pemrosesan antara D2 dan SKD11 biasanya kurang penting dibandingkan dengan perlakuan panas yang konsisten, kontrol karbida, dan penyelesaian permukaan untuk mencapai umur alat yang panjang.