Kelas Baja Die: Properti dan Aplikasi Utama
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Die steel, sebuah kategori baja alat, dirancang khusus untuk pembuatan cetakan dan mold yang digunakan dalam berbagai aplikasi industri. Kelas baja ini terutama diklasifikasikan sebagai baja paduan karbon tinggi, sering mengandung jumlah signifikan kromium, molybdenum, dan vanadium. Elemen paduan ini meningkatkan kekerasan, ketahanan aus, dan ketangguhan baja, menjadikannya cocok untuk aplikasi dengan stres tinggi.
Tinjauan Menyeluruh
Die steel ditandai oleh kemampuannya untuk menahan tekanan dan suhu tinggi, menjadikannya ideal untuk membentuk, memotong, dan membentuk bahan. Sifat paling signifikan dari die steel termasuk kekerasan tinggi, ketahanan aus yang sangat baik, dan ketangguhan yang baik. Karakteristik ini sangat penting untuk menjaga integritas cetakan selama penggunaan berulang, terutama dalam proses seperti stamping, forging, dan injeksi molding.
Keunggulan Die Steel:
- Kekerasan Tinggi: Memberikan ketahanan aus yang sangat baik, memperpanjang umur cetakan.
- Ketangguhan: Mampu menyerap energi dan menahan keretakan saat berdampak.
- Ketahanan Panas: Mempertahankan sifat pada suhu tinggi, penting untuk aplikasi kerja panas.
Keterbatasan Die Steel:
- Brittleness: Dapat rentan terhadap retakan jika tidak diperlakukan panas dengan benar.
- Machinability: Umumnya lebih sulit untuk diproses dibandingkan baja paduan yang lebih rendah.
- Biaya: Kandungan paduan yang lebih tinggi dapat menyebabkan peningkatan biaya material.
Die steel memegang posisi penting di pasar karena perannya yang krusial dalam proses manufaktur di berbagai industri, termasuk otomotif, dirgantara, dan barang konsumsi. Secara historis, pengembangan die steel telah berevolusi untuk memenuhi permintaan yang meningkat akan daya tahan dan kinerja dalam manufaktur modern.
Nama Alternatif, Standar, dan Setara
| Organisasi Standar | Deskripsi/Kelas | Negara/Wilayah Asal | Catatan/Keterangan |
|---|---|---|---|
| UNS | T1 | USA | Baja kecepatan tinggi, ketahanan aus yang sangat baik |
| AISI/SAE | A2 | USA | Pengerasan udara, ketangguhan yang baik |
| ASTM | D2 | USA | Karbon tinggi, kromium tinggi, ketahanan aus yang sangat baik |
| EN | 1.2379 | Eropa | Setara dengan D2, perbedaan komposisi minor |
| DIN | X153CrMoV12 | Jerman | Mirip dengan A2, dirancang untuk aplikasi dengan aus tinggi |
| JIS | SKD11 | Jepang | Setara dengan D2, banyak digunakan di Jepang |
| GB | Cr12MoV | China | Karbon tinggi, kromium tinggi, mirip dengan D2 |
Tabel di atas menyoroti berbagai standar dan setara untuk die steel. Secara khusus, meskipun kelas seperti A2 dan D2 sering dianggap setara, A2 menawarkan ketangguhan yang lebih baik karena kandungan karbinnya yang lebih rendah, yang bisa menjadi faktor penting dalam aplikasi yang membutuhkan ketahanan impak tinggi.
Sifat Kunci
Komposisi Kimia
| Elemen (Simbol dan Nama) | Rentang Persentase (%) |
|---|---|
| C (Karbon) | 1.00 - 1.60 |
| Cr (Kromium) | 4.00 - 5.50 |
| Mo (Molybdenum) | 0.50 - 1.00 |
| V (Vanadium) | 0.10 - 0.50 |
| Mn (Mangan) | 0.20 - 0.60 |
| Si (Silikon) | 0.20 - 0.50 |
Elemen paduan utama dalam die steel memainkan peran penting:
- Karbon (C): Meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus.
- Kromium (Cr): Meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan korosi.
- Molybdenum (Mo): Meningkatkan ketangguhan dan kekuatan suhu tinggi.
- Vanadium (V): Memperhalus struktur butir dan meningkatkan ketahanan aus.
Sifat Mekanik
| Sifat | Kondisi/Temper | Suhu Uji | Nilai/Kisaran Tipikal (Metrik) | Nilai/Kisaran Tipikal (Imperial) | Standar Referensi untuk Metode Uji |
|---|---|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Diquench & Tempered | Suhu Ruang | 800 - 1200 MPa | 116,000 - 174,000 psi | ASTM E8 |
| Kekuatan Hasil (offset 0.2%) | Diquench & Tempered | Suhu Ruang | 600 - 1000 MPa | 87,000 - 145,000 psi | ASTM E8 |
| Panjang Regangan | Diquench & Tempered | Suhu Ruang | 5 - 15% | 5 - 15% | ASTM E8 |
| Kekerasan (HRC) | Diquench & Tempered | Suhu Ruang | 58 - 65 HRC | 58 - 65 HRC | ASTM E18 |
| Kekuatan Impak | Diquench & Tempered | -20°C | 20 - 40 J | 15 - 30 ft-lbf | ASTM E23 |
Sifat mekanik dari die steel membuatnya sangat cocok untuk aplikasi yang melibatkan beban mekanik tinggi dan persyaratan integritas struktural. Kekuatan tarik dan hasil yang tinggi memastikan bahwa material dapat menahan kekuatan signifikan tanpa deformasi, sementara kekerasan memberikan ketahanan aus yang sangat baik, yang penting untuk alat dan cetakan yang mengalami stres berulang.
Sifat Fisik
| Sifat | Kondisi/Suhu | Nilai (Metrik) | Nilai (Imperial) |
|---|---|---|---|
| Kepadatan | Suhu Ruang | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
| Titik/Mrentang Leleh | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| Kepemimpinan Termal | Suhu Ruang | 25 W/m·K | 14.5 BTU·in/h·ft²·°F |
| Kapasitas Kalor Spesifik | Suhu Ruang | 460 J/kg·K | 0.11 BTU/lb·°F |
| Resistivitas Listrik | Suhu Ruang | 0.0006 Ω·m | 0.00002 Ω·in |
Sifat fisik utama seperti kepadatan dan kepemimpinan termal sangat signifikan untuk aplikasi die steel. Kepadatan yang tinggi menyumbang kekuatan material, sementara kepemimpinan termal sangat penting untuk disipasi panas selama proses pemesinan, mencegah overheating dan mempertahankan akurasi dimensi.
Ketahanan Korosi
| Agen Korosif | Konsentrasi (%) | Suhu (°C) | Peringkat Ketahanan | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Klorida | 0.1 - 10 | 20 - 60 | Baik | Risiko korosi pit |
| Asam | 1 - 5 | 20 - 40 | Buruk | Rentan terhadap korosi umum |
| Larutan Alkalin | 1 - 10 | 20 - 60 | Baik | Ketahanan sedang |
Die steel menunjukkan berbagai tingkat ketahanan korosi tergantung pada lingkungan. Secara umum, rentan terhadap korosi pit dan korosi umum di lingkungan asam, sementara menunjukkan ketahanan sedang terhadap larutan alkalin. Jika dibandingkan dengan baja tahan karat, ketahanan korosi die steel jauh lebih rendah, menjadikannya kurang cocok untuk aplikasi di lingkungan yang sangat korosif.
Ketahanan Panas
| Sifat/Batasan | Suhu (°C) | Suhu (°F) | Keterangan |
|---|---|---|---|
| Suhu Layanan Kontinu Maks | 500 | 932 | Cocok untuk paparan jangka panjang |
| Suhu Layanan Intermiten Maks | 600 | 1112 | Paparan jangka pendek |
| Suhu Scaling | 700 | 1292 | Risiko oksidasi di atas suhu ini |
Die steel mempertahankan sifat mekaniknya pada suhu tinggi, menjadikannya cocok untuk aplikasi kerja panas. Namun, paparan berkepanjangan pada suhu di atas 500°C dapat menyebabkan oksidasi dan scaling, yang mungkin mempengaruhi kualitas permukaan dari cetakan.
Sifat Fabrikasi
Kelayakan Las
| Proses Las | Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS) | Gas/Fluks Pelindung Tipikal | Catatan |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | Campuran Argon + CO2 | Pemanasan awal dianjurkan |
| TIG | ER80S-Ni | Argon | Memerlukan perlakuan panas pasca las |
Die steel dapat dilas, tetapi memerlukan pertimbangan yang cermat mengenai pemanasan awal dan perlakuan panas pasca las untuk menghindari retakan. Pemilihan logam pengisi sangat penting untuk memastikan kompatibilitas dan mempertahankan sifat mekanik yang diinginkan.
Machinability
| Parameter Pemesinan | Die Steel (A2) | Benchmark Steel (AISI 1212) | Catatan/Saran |
|---|---|---|---|
| Indeks Machinability Relatif | 60% | 100% | Memerlukan kecepatan pemotongan yang lebih lambat |
| Kecepatan Pemotongan Tipikal (Pembubutan) | 30 m/menit | 60 m/menit | Gunakan alat karbida untuk hasil terbaik |
Die steel menghadirkan tantangan dalam machinability karena kekerasannya. Kondisi pemotongan yang optimal dan alat yang tepat diperlukan untuk mencapai hasil permukaan dan toleransi dimensi yang diinginkan.
Formability
Die steel umumnya kurang dapat dibentuk dibandingkan baja paduan yang lebih rendah karena kekerasan dan kekuatannya yang tinggi. Pembentukan dingin dimungkinkan tetapi mungkin memerlukan kekuatan yang signifikan, sedangkan pembentukan panas dapat dilakukan pada suhu tinggi untuk mengurangi risiko retakan.
Pemrosesan Panas
| Proses Perlakuan | Rentang Suhu (°C/°F) | Waktu Perendaman Tipikal | Metode Pendinginan | Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan |
|---|---|---|---|---|
| Annealing | 600 - 700 / 1112 - 1292 | 1 - 2 jam | Udara | Mengurangi kekerasan, meningkatkan machinability |
| Quenching | 800 - 1000 / 1472 - 1832 | 30 menit | Minyak atau Air | Meningkatkan kekerasan |
| Tempering | 150 - 600 / 302 - 1112 | 1 jam | Udara | Mengurangi kerapuhan, meningkatkan ketangguhan |
Proses perlakuan panas secara signifikan mempengaruhi mikrostruktur dan sifat die steel. Quenching meningkatkan kekerasan, sedangkan tempering sangat penting untuk meredakan stres dan meningkatkan ketangguhan, mencegah kerapuhan.
Aplikasi dan Penggunaan Akhir yang Umum
| Industri/Sektor | Contoh Aplikasi Spesifik | Sifat Baja Kunci yang Digunakan dalam Aplikasi Ini | Alasan Pemilihan (Singkat) |
|---|---|---|---|
| Otomotif | Stamping dies | Kekerasan tinggi, ketahanan aus | Daya tahan di bawah stres tinggi |
| Dirgantara | Mold untuk bahan komposit | Ketangguhan, ketahanan panas | Kinerja pada suhu tinggi |
| Barang Konsumsi | Mold injeksi | Ketahanan korosi, stabilitas dimensi | Presisi dan umur panjang |
Die steel banyak digunakan di berbagai industri karena sifatnya yang luar biasa. Dalam aplikasi otomotif, kekerasan dan ketahanan ausnya yang tinggi sangat penting untuk cetakan stamping yang mengalami dampak berulang. Di dirgantara, ketangguhan dan ketahanan panas die steel menjadikannya cocok untuk mold yang digunakan dalam bahan komposit, memastikan integritas struktural pada suhu tinggi.
Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lanjutan
| Fitur/Sifat | Die Steel (A2) | Kelas Alternatif 1 (D2) | Kelas Alternatif 2 (H13) | Catatan Pro/Kon atau Trade-off Singkat |
|---|---|---|---|---|
| Sifat Mekanik Kunci | Kekerasan tinggi | Ketahanan aus yang sangat baik | Stabilitas termal yang baik | A2 menawarkan keseimbangan ketangguhan dan kekerasan |
| Aspek Korosi Kunci | Baik | Buruk | Baik | D2 kurang tahan korosi dibandingkan H13 |
| Kelayakan Las | Sedang | Rendah | Tinggi | H13 lebih mudah dilas dibandingkan A2 dan D2 |
| Machinability | Sedang | Rendah | Baik | H13 memiliki machinability yang lebih baik dibandingkan A2 |
| Perkiraan Biaya Relatif | Sedang | Tinggi | Sedang | Biaya bervariasi berdasarkan elemen paduan |
| Ketersediaan Tipikal | Tinggi | Sedang | Tinggi | A2 banyak tersedia, sedangkan D2 mungkin kurang umum |
Ketika memilih die steel, pertimbangan termasuk sifat mekanik, ketahanan korosi, kelayakan las, dan machinability. Die steel seperti A2 menawarkan keseimbangan yang baik antara kekerasan dan ketangguhan, menjadikannya cocok untuk berbagai aplikasi. Sebaliknya, D2 memberikan ketahanan aus yang sangat baik tetapi mungkin lebih rapuh, sementara H13 menawarkan stabilitas termal dan machinability yang baik, menjadikannya ideal untuk aplikasi kerja panas.
Sebagai kesimpulan, die steel adalah material yang serbaguna dan penting dalam industri manufaktur, dengan sifat unik yang memenuhi kebutuhan berbagai aplikasi. Memahami karakteristik, keunggulan, dan keterbatasannya sangat penting untuk memilih kelas yang tepat untuk kebutuhan rekayasa tertentu.