DC53 vs SKD11 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
DC53 dan SKD11 adalah dua baja alat kerja dingin yang banyak dirujuk dan digunakan untuk punch, die, bilah pemotong, dan alat lainnya yang mengalami keausan tinggi. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur biasanya mempertimbangkan trade-off seperti ketahanan aus versus ketangguhan, respons perlakuan panas versus biaya proses, dan ketersediaan versus kinerja saat memilih di antara keduanya. Pilihan praktis sering kali bergantung pada perbedaan dalam keseimbangan paduan dan respons perlakuan panas: satu grade dirancang untuk memberikan ketangguhan yang lebih baik dan perilaku perlakuan panas yang lebih toleran untuk layanan yang menuntut, sementara yang lainnya adalah baja alat tahan aus klasik dengan karbon tinggi dan krom tinggi yang dioptimalkan untuk kekerasan maksimum dan ketahanan aus.
Kedua baja ini termasuk dalam keluarga D‑type (krom tinggi) dan dibandingkan karena mereka menempati ruang aplikasi yang tumpang tindih, tetapi mereka merespons secara berbeda terhadap jadwal pendinginan/pemanasan, menghasilkan mikrostruktur dan distribusi karbida yang berbeda, dan oleh karena itu memberikan trade-off kekuatan–ketangguhan yang berbeda.
1. Standar dan Penunjukan
- SKD11
- Standar: penunjukan JIS (Standar Industri Jepang) SKD11
- Ekivalen internasional: AISI/ASTM D2 secara luas setara (dengan perbedaan komposisi kecil)
- Kategori: Baja alat kerja dingin karbon tinggi, krom tinggi (baja alat, pengerasan udara/pengerasan tekan)
- DC53
- Umumnya disuplai sebagai varian D‑type baja alat kerja dingin yang bersifat kepemilikan atau ditentukan oleh pemasok. Ini sering dirujuk dalam katalog vendor sebagai material D‑type yang dimodifikasi yang dirancang untuk ketangguhan yang lebih baik dan pengerasan menyeluruh.
- Kategori: Baja alat kerja dingin (keluarga D‑type), sering dipasarkan sebagai varian ketangguhan lebih tinggi
Klasifikasi: Keduanya adalah baja alat (bukan stainless atau HSLA). Mereka adalah paduan karbon tinggi, krom tinggi yang ditujukan untuk kerja dingin dan ketahanan aus daripada penggunaan struktural.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Di bawah ini adalah rentang komposisi tipikal yang representatif (wt%). Komposisi yang tepat bervariasi menurut pabrik/pemasok—selalu konsultasikan sertifikat pabrik untuk pengadaan.
| Elemen | SKD11 Tipikal (aproks. wt%) | DC53 Tipikal (aproks. wt%) |
|---|---|---|
| C | 1.40 – 1.60 | 1.00 – 1.50 |
| Mn | 0.20 – 0.60 | 0.20 – 0.60 |
| Si | 0.20 – 0.50 | 0.20 – 0.60 |
| P | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 11.0 – 13.0 | 10.0 – 13.0 |
| Ni | ≤ 0.30 | ≤ 0.40 |
| Mo | 0.70 – 1.20 | 0.20 – 1.20 |
| V | 0.10 – 0.50 | 0.20 – 1.00 |
| Nb | — | jejak (tergantung pemasok) |
| Ti | — | jejak (tergantung pemasok) |
| B | — | jejak (jarang ditambahkan) |
| N | — | jejak (jika mikroaloy) |
Catatan: - SKD11 adalah kimia D2 yang relatif klasik: C dan Cr tinggi membentuk karbida yang melimpah (terutama M7C3/M23C6 dan karbida kompleks), memberikan ketahanan aus dan kemampuan pengerasan. - DC53 biasanya diformulasikan untuk tetap dalam keluarga baja D tetapi dengan penyesuaian mikroaloy yang disengaja (misalnya, tingkat V/Mo yang sedikit berbeda, kontrol yang lebih ketat terhadap kandungan inklusi atau penambahan kecil seperti Nb/Ti) untuk memperhalus ukuran karbida dan meningkatkan ketangguhan serta pengerasan menyeluruh. - Efek paduan: C dan Cr yang lebih tinggi meningkatkan kemampuan pengerasan dan pembentukan karbida keras (meningkatkan ketahanan aus). Mo dan V mendorong pembentukan karbida yang lebih halus dan pengerasan sekunder, meningkatkan ketahanan terhadap pecah dan kelelahan. Elemen mikroaloy (Nb, Ti) dapat mengikat batas butir dan meningkatkan ketangguhan jika dikendalikan dengan benar.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - SKD11 (keluarga D2): matriks feritik/martensitik dengan fraksi volume tinggi karbida krom besar. Setelah austenitisasi konvensional dan pendinginan minyak/udara, kekerasan dicapai terutama oleh martensit ditambah karbida stabil. Jaringan karbida dapat relatif kasar jika tidak dioptimalkan, yang menguntungkan ketahanan aus tetapi mengurangi ketangguhan. - DC53: dirancang untuk menghasilkan populasi karbida yang lebih halus dan terdistribusi lebih merata serta matriks martensit yang lebih homogen. Mikrostruktur cenderung menunjukkan karbida sekunder yang lebih kecil dan lebih sedikit jaringan karbida kontinu pada tingkat kekerasan yang setara.
Perilaku perlakuan panas: - Praktik normal untuk keduanya: pemanasan awal (degas), austenitisasi dalam rentang yang tipikal untuk baja D (sering 1000–1050 °C tergantung pada kimia yang tepat dan ukuran bagian), pendinginan minyak/udara, dan tempering untuk mencapai kekerasan target. Beberapa temper mungkin digunakan untuk menstabilkan sifat. - SKD11: merespons pendinginan dan temper konvensional dengan kekerasan yang dapat dicapai tinggi (biasanya 56–62 HRC). Karena karbon dan krom yang tinggi, ia rentan terhadap resistensi temper dan dapat membentuk austenit yang terjaga—jadwal tempering yang hati-hati (dan kadang-kadang perlakuan subzero) digunakan untuk menstabilkan sifat. - DC53: dirancang untuk meningkatkan pengerasan menyeluruh dan ketangguhan. Ia toleran terhadap bagian yang lebih tebal dan pendinginan yang kurang agresif dengan risiko retak yang berkurang. Respons tempering sering kali menghasilkan kekerasan puncak yang sedikit lebih rendah pada perlakuan yang setara tetapi ketangguhan impak yang lebih baik.
Proses termo‑mekanis (untuk forging/bar yang digulung): - Penggulungan/pemalsuan yang terkontrol dan annealing sub-kritis membantu DC53 mencapai mikrostruktur yang lebih homogen. SKD11 mendapat manfaat dari perlakuan kriogenik dalam beberapa kasus untuk mengurangi austenit yang terjaga jika stabilitas dimensi ekstrem diperlukan.
4. Sifat Mekanis
Sifat mekanis sangat bergantung pada ukuran bagian dan perlakuan panas. Tabel di bawah ini memberikan rentang tipikal setelah pendinginan dan temper standar untuk penggunaan alat. Ini adalah representatif; verifikasi dengan data pemasok.
| Sifat | SKD11 (tipikal setelah Q+T) | DC53 (tipikal setelah Q+T) |
|---|---|---|
| Kekerasan (HRC) | 56 – 62 HRC | 54 – 60 HRC |
| Kekuatan tarik (aproks.) | 1500 – 2200 MPa (tergantung pada HRC) | 1300 – 2000 MPa |
| Kekuatan luluh (aproks.) | 900 – 1600 MPa | 800 – 1500 MPa |
| Peregangan (A%) | 2 – 8% (rendah pada kekerasan tinggi) | 4 – 10% (biasanya lebih tinggi daripada SKD11 pada kekerasan yang sama) |
| Ketangguhan impak (Charpy V-notch) | Rendah — biasanya nilai yang lebih rendah (misalnya, rentang J satu digit pada HRC tinggi) | Lebih tinggi — ketangguhan yang lebih baik (dapat beberapa J lebih tinggi) |
Penjelasan: - SKD11 biasanya mencapai kekerasan puncak yang lebih tinggi dan ketahanan aus karena fraksi volume karbon dan karbida yang lebih tinggi. - DC53 biasanya lebih tangguh (ketahanan yang lebih baik terhadap pecah dan patah yang katastrofik) pada kekerasan yang sebanding karena karbida yang lebih halus dan penyesuaian paduan yang meningkatkan ketangguhan matriks. - Duktibilitas dan ketangguhan impak secara inheren terbatas pada baja alat krom tinggi karbon tinggi; DC53 bertujuan untuk menggeser keseimbangan sedikit ke arah ketangguhan untuk aplikasi die yang menuntut.
5. Keterlasan
Keterlasan baja alat krom tinggi, karbon tinggi umumnya menantang karena kemampuan pengerasan yang tinggi (risiko retak dingin), pembentukan mikrostruktur rapuh di zona yang terpengaruh panas (HAZ), dan segregasi karbida.
Dua indeks yang umum digunakan: - Ekivalen karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (parameter keterlasan): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi: - Baik SKD11 maupun DC53 menghasilkan nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang relatif tinggi karena C dan Cr yang tinggi (dan Mo/V). Nilai tinggi menunjukkan keterlasan yang buruk dan risiko tinggi retak HAZ tanpa prosedur khusus. - Panduan praktis: pemanasan awal, gunakan pengisi yang cocok atau berbasis nikel, kontrol suhu antar proses, dan lakukan tempering pasca-las. Karbon DC53 yang sedikit lebih rendah atau mikroaloy yang dimodifikasi dapat membuat pengelasan sedikit lebih toleran dibandingkan SKD11 klasik, tetapi prosedur pengelasan khusus masih diperlukan untuk keduanya.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik SKD11 maupun DC53 bukanlah baja tahan karat; kandungan krom mereka tinggi tetapi sebagian besar terikat dalam karbida, sehingga mereka tidak memberikan ketahanan korosi yang berkelanjutan yang sebanding dengan paduan stainless.
- Perlindungan tipikal: pengecatan, pelumasan, fosfatasi, atau galvanisasi (untuk komponen yang dapat menerima pelapisan). Untuk alat yang terpapar lingkungan korosif, pelapisan pengorbanan (nikel, krom keras, pelapisan PVD/CVD) atau nitriding/implantasi ion dapat digunakan untuk melindungi permukaan dan meningkatkan ketahanan aus.
- PREN (angka ekivalen ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja alat non-stainless dalam praktik, tetapi indeksnya adalah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Untuk SKD11/DC53, ketahanan korosi yang signifikan tidak dapat diasumsikan; perlakuan permukaan atau pelapisan biasanya ditentukan ketika korosi menjadi perhatian.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan
- Kemudahan pemesinan: Kedua baja lebih sulit untuk diproses dibandingkan baja lunak. Dalam kondisi annealed, SKD11 dan DC53 dapat diproses dengan alat karbida; harapkan kecepatan pemotongan yang lebih rendah dan umpan yang lebih berat. Mikrostruktur DC53 (jika dioptimalkan) dapat memberikan kemudahan pemesinan yang sedikit lebih baik dan umur alat yang lebih lama dibandingkan SKD11 pada kekerasan yang sama karena lebih sedikit karbida besar.
- Pemotongan dan penyelesaian: Keduanya merespons dengan baik terhadap penggilingan presisi; namun, kandungan karbida SKD11 yang lebih besar dapat meningkatkan keausan roda. Gunakan grade roda dan pendingin yang sesuai.
- Kemudahan pembentukan: Pembentukan dingin terbatas karena kekuatan tinggi dan duktibilitas rendah; pembentukan/pemalsuan panas dalam rentang yang terkontrol dan perlakuan panas selanjutnya biasanya digunakan untuk komponen besar.
- Penyelesaian permukaan dan pelapisan: Pelapisan PVD (TiN, TiCN), pelapisan krom keras, atau nitriding adalah praktik standar untuk meningkatkan umur alat.
8. Aplikasi Tipikal
| SKD11 (penggunaan tipikal) | DC53 (penggunaan tipikal) |
|---|---|
| Die pemotongan dan pengeboran untuk logam lembar | Die stamping ketangguhan tinggi dan komponen die progresif |
| Bilah pemotong dan pemotong | Die untuk penarikan dalam atau aplikasi dengan risiko pecah |
| Alat pemalsuan dingin | Punch dan die di mana umur lelah yang lebih baik diperlukan |
| Pembentukan gulungan dan pelat tahan aus | Alat untuk penggunaan jangka panjang di mana pengerasan menyeluruh diperlukan |
| Pisau pemotong dan komponen tahan aus | Alat dengan bagian tebal di mana pengurangan retak selama perlakuan panas penting |
Alasan pemilihan: - Pilih SKD11 ketika ketahanan aus maksimum dan kekerasan tertinggi yang dapat dicapai adalah persyaratan utama dan ketika geometri alat memungkinkan perlakuan panas yang hati-hati dan risiko kegagalan rapuh yang terbatas. - Pilih DC53 ketika alat terkena dampak, guncangan berulang, atau geometri kompleks di mana ketangguhan yang ditingkatkan dan pengerasan menyeluruh yang lebih baik mengurangi mode kegagalan seperti pecah dan inisiasi retak.
9. Biaya dan Ketersediaan
- SKD11 (setara D2) diproduksi secara luas dan umumnya kompetitif dalam biaya; tersedia dalam bentuk batang, pelat, dan blanko pra-hardened dari banyak pemasok global.
- DC53 sering kali merupakan varian kepemilikan atau khusus; biaya mungkin lebih tinggi karena kontrol kimia yang lebih ketat, pemrosesan khusus, atau ketersediaan yang terbatas. Ketersediaan tergantung pada pemasok regional dan apakah material tersebut tersedia dalam bentuk produk yang diinginkan.
- Bentuk produk: keduanya tersedia sebagai batang dan pelat yang di-annealed, blok pra-hardened, dan blanko alat yang sudah digiling. Waktu tunggu untuk paduan khusus atau ukuran yang digulung/dipalsukan dengan toleransi ketat lebih lama.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Metrik | SKD11 | DC53 |
|---|---|---|
| Keterlasan | Buruk (CE/Pcm tinggi) | Buruk hingga sedang (sedikit lebih baik jika C lebih rendah/mikroaloy) |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Kekerasan dan ketahanan aus yang sangat tinggi, ketangguhan lebih rendah | Ketahanan aus tinggi dengan ketangguhan yang lebih baik dan pengerasan menyeluruh |
| Biaya | Sedang / tersedia luas | Sedang–tinggi / khusus, biaya mungkin lebih tinggi |
Rekomendasi: - Pilih SKD11 jika: Anda memerlukan ketahanan aus dan keausan maksimum pada kekerasan tinggi (56–62 HRC), geometri bagian memungkinkan perlakuan panas yang teliti, dan biaya/ketersediaan adalah prioritas. Tipikal untuk bilah pemotong, pisau pemotong, dan alat dengan keausan tinggi untuk produksi jangka pendek. - Pilih DC53 jika: aplikasi menuntut ketahanan yang lebih baik terhadap pecah, ketangguhan yang lebih baik pada bagian yang lebih tebal, atau ketahanan yang lebih besar selama perlakuan panas dan layanan. DC53 lebih disukai untuk die progresif, stempel yang terkena dampak, dan alat di mana pengurangan risiko patah lebih penting daripada sedikit pengorbanan pada kekerasan puncak.
Catatan akhir: Kedua grade adalah baja alat berkinerja tinggi yang kinerjanya sangat bergantung pada ukuran bagian, jadwal perlakuan panas, dan proses pasca-perlakuan (misalnya, perlakuan kriogenik, penyelesaian, pelapisan). Untuk keputusan pengadaan dan rekayasa, minta sertifikat pabrik, rekomendasi perlakuan panas dari pemasok, dan jika memungkinkan, analisis percobaan alat dan mode kegagalan untuk memvalidasi pilihan terbaik untuk aplikasi spesifik Anda.