Mold Steel: Properti dan Aplikasi Utama Dijelaskan
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Stel cetakan adalah kategori baja khusus yang terutama digunakan dalam pembuatan cetakan untuk berbagai aplikasi, termasuk pencetakan injeksi plastik, pengecoran mati, dan penempaan. Kelas baja ini biasanya diklasifikasikan sebagai baja paduan karbon sedang, dengan komposisi yang mencakup jumlah kromium, nikel, dan molibdenum yang signifikan, yang meningkatkan kekerasan, ketangguhan, dan ketahanan ausnya.
Tinjauan Menyeluruh
Stel cetakan dirancang untuk menahan tuntutan ketat dari lingkungan produksi volume tinggi. Unsur paduan utamanya—kromium (Cr), nikel (Ni), dan molibdenum (Mo)—berkontribusi pada kekerasan dan ketangguhan yang luar biasa, menjadikannya cocok untuk aplikasi di mana ketahanan aus yang tinggi sangat dibutuhkan. Kehadiran kromium meningkatkan ketahanan korosi, sementara nikel meningkatkan ketangguhan pada suhu rendah. Molibdenum meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan pada suhu tinggi.
Karakteristik Utama:
- Kekerasan Tinggi: Penting untuk mempertahankan bentuk dan presisi dalam cetakan.
- Ketahanan Aus yang Luar Biasa: Mengurangi frekuensi penggantian cetakan.
- Ketangguhan Baik: Mencegah retak di bawah tekanan selama operasi.
Keuntungan:
- Daya Tahan: Stel cetakan dapat bertahan dalam kondisi stres tinggi, yang mengarah pada masa pakai yang lebih lama.
- Serbaguna: Cocok untuk berbagai proses pencetakan, termasuk plastik dan logam.
- Efektivitas Biaya: Mengurangi waktu henti dan biaya pemeliharaan karena daya tahannya.
Limitasi:
- Kerapuhan: Dapat rentan terhadap retak jika tidak diperlakukan panas dengan benar.
- Mesin: Lebih sulit untuk diproses dibandingkan dengan baja karbon rendah.
- Biaya: Umumnya lebih mahal daripada baja ringan standar.
Secara historis, stel cetakan telah memainkan peran penting dalam kemajuan teknologi manufaktur, memungkinkan produksi massal bentuk dan komponen yang kompleks.
Nama Alternatif, Standar, dan Setara
| Organisasi Standar | Penunjukan/Kelas | Negara/Daerah Asal | Catatan/Keterangan |
|---|---|---|---|
| UNS | A2 (D2) | USA | Setara terdekat dengan sifat serupa. |
| AISI/SAE | AISI D2 | USA | Kadar karbon tinggi; ketahanan aus yang sangat baik. |
| ASTM | ASTM A681 | USA | Spesifikasi untuk baja alat. |
| EN | 1.2379 | Europa | Setara dengan AISI D2; perbedaan komposisional kecil. |
| DIN | X153CrMoV12 | Jerman | Sifat serupa; sering digunakan di Eropa. |
| JIS | SKD11 | Jepang | Sejalan dengan AISI D2; digunakan dalam aplikasi serupa. |
| GB | 9CrSi | China | Setara terdekat; variasi ketangguhan. |
| ISO | ISO 4957 | Internasional | Standar untuk baja alat. |
Perbedaan antara kelas-kelas ini dapat memengaruhi kinerja dalam aplikasi tertentu. Misalnya, meskipun AISI D2 dan EN 1.2379 sering dianggap setara, proses perlakuan panas dapat menghasilkan tingkat kekerasan yang berbeda, mempengaruhi ketahanan aus.
Sifat Utama
Komposisi Kimia
| Unsur (Simbol dan Nama) | Rentang Persentase (%) |
|---|---|
| C (Karbon) | 1.40 - 1.60 |
| Cr (Kromium) | 11.00 - 13.00 |
| Mo (Molibdenum) | 0.70 - 1.20 |
| Ni (Nikel) | 0.80 - 1.50 |
| Si (Silikon) | 0.20 - 0.60 |
| Mn (Mangan) | 0.60 - 1.00 |
| P (Fosfor) | ≤ 0.030 |
| S (Belerang) | ≤ 0.030 |
Peran utama unsur paduan kunci dalam stel cetakan mencakup:
- Karbon (C): Meningkatkan kekerasan dan kekuatan melalui perlakuan panas.
- Kromium (Cr): Meningkatkan ketahanan aus dan ketahanan korosi.
- Molibdenum (Mo): Meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan pada suhu tinggi.
Sifat Mekanis
| Sifat | Kondisi/Suhu | Suhu Uji | Nilai/Rentang Tipikal (Metrik) | Nilai/Rentang Tipikal (Imperial) | Standar Referensi untuk Metode Uji |
|---|---|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Dikuali dan Dijemur | Suhu Ruangan | 800 - 1200 MPa | 1160 - 1740 ksi | ASTM E8 |
| Kekuatan Hasil (offset 0.2%) | Dikuali dan Dijemur | Suhu Ruangan | 600 - 900 MPa | 87 - 130 ksi | ASTM E8 |
| Peregangan | Dikuali dan Dijemur | Suhu Ruangan | 10 - 15% | 10 - 15% | ASTM E8 |
| Kekerasan (HRC) | Dikuali dan Dijemur | Suhu Ruangan | 58 - 62 HRC | 58 - 62 HRC | ASTM E18 |
| Kekuatan Impak | Dikuali dan Dijemur | -20°C (-4°F) | 20 - 30 J | 15 - 22 ft-lbf | ASTM E23 |
Kombinasi sifat mekanis ini menjadikan stel cetakan sangat cocok untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan tinggi dan ketahanan aus, seperti dalam produksi cetakan untuk pencetakan plastik dan pengecoran mati. Kekuatan tarik dan kekerasannya yang tinggi memungkinkannya untuk mempertahankan stabilitas dimensi di bawah tekanan dan kondisi suhu tinggi.
Sifat Fisik
| Sifat | Kondisi/Suhu | Nilai (Metrik) | Nilai (Imperial) |
|---|---|---|---|
| Kepadatan | Suhu Ruangan | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
| Titk Leleh/Rentang | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| Kondisi Termal | Suhu Ruangan | 25 W/m·K | 14.5 BTU·in/h·ft²·°F |
| Kapastitas Panas Spesifik | Suhu Ruangan | 0.46 kJ/kg·K | 0.11 BTU/lb·°F |
| Resistivitas Listrik | Suhu Ruangan | 0.000001 Ω·m | 0.000001 Ω·in |
Sifat fisik kunci seperti kepadatan dan konduktivitas termal sangat signifikan untuk aplikasi stel cetakan. Kepadatan tinggi berkontribusi pada daya tahan material, sementara konduktivitas termal sangat penting untuk dissipasi panas yang efisien selama proses pencetakan, mencegah overheating dan memastikan suhu cetakan yang konsisten.
Ketahanan Korosi
| Agens Korosif | Konsentrasi (%) | Suhu (°C/°F) | Peringkat Ketahanan | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Klorida | 3-5% | 20-60°C (68-140°F) | Baiik | Risiko korosi pitting. |
| Asam | 10-20% | 20-40°C (68-104°F) | Kurang Baik | Tidak direkomendasikan untuk asam yang kuat. |
| Larutan Alkaline | 5-10% | 20-60°C (68-140°F) | Baiik | Rentan terhadap retak korosi akibat stres. |
| Atmosferik | - | - | Baik | Berfungsi baik di lingkungan ringan. |
Stel cetakan menunjukkan berbagai tingkat ketahanan korosi tergantung pada lingkungan. Ia bekerja baik dalam kondisi atmosferik tetapi rentan terhadap pitting di lingkungan kaya klorida dan retak korosi stres dalam larutan alkaline. Dibandingkan dengan baja tahan karat, stel cetakan umumnya memiliki ketahanan korosi yang lebih rendah, menjadikannya kurang cocok untuk aplikasi di lingkungan yang sangat korosif.
Ketahanan Panas
| Sifat/Batas | Suhu (°C) | Suhu (°F) | Keterangan |
|---|---|---|---|
| Suhu Layanan Kontinu Maks | 200 | 392 | Cocok untuk paparan lama. |
| Suhu Layanan Intermiten Maks | 300 | 572 | Hanya untuk paparan jangka pendek. |
| Suhu Scaling | 600 | 1112 | Risiko oksidasi di atas suhu ini. |
| Pertimbangan Kekuatan Creep | 400 | 752 | Mulai menurun di suhu ini. |
Pada suhu yang tinggi, stel cetakan mempertahankan integritas strukturnya hingga batas tertentu. Namun, di atas suhu layanan kontinu maksimum, risiko oksidasi dan kehilangan sifat mekanis meningkat. Perlakuan panas yang tepat dapat meningkatkan kinerjanya dalam aplikasi suhu tinggi.
Sifat Fabrikasi
Kelayakan Las
| Proses Pengelasan | Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS) | Gas/Fluks Perlindungan Tipikal | Catatan |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | Campuran Argon + CO2 | Prapemanasan disarankan. |
| TIG | ER80S-Ni | Argon | Memerlukan perlakuan panas pasca-las. |
| Stick | E7018 | - | Cocok untuk bagian yang lebih tebal. |
Stel cetakan dapat dilas, tetapi harus hati-hati untuk menghindari retakan. Prapemanasan sebelum pengelasan dan perlakuan panas pasca-las sangat penting untuk mengurangi stres dan memastikan integritas las. Pemilihan logam pengisi sangat penting untuk mempertahankan sifat yang diinginkan.
Keterbentukan
| Parameter Pengerjaan | Stel Cetakan (A2) | AISI 1212 | Catatan/Tips |
|---|---|---|---|
| Indeks Keterbentukan Relatif | 60 | 100 | Lebih sulit untuk diproses. |
| Kecepatan Pemotongan Tipikal | 30 m/menit | 50 m/menit | Gunakan alat karbida untuk hasil terbaik. |
Stel cetakan menghadapi tantangan dalam pengerjaan karena kekerasannya. Menggunakan alat pemotong dan kecepatan yang tepat adalah kunci untuk mencapai toleransi dan penyelesaian permukaan yang diinginkan.
Formabilitas
Stel cetakan umumnya tidak se-formable baja karbon rendah karena kekerasannya yang lebih tinggi. Pembentukan dingin terbatas, sementara pembentukan panas lebih memungkinkan tetapi memerlukan kontrol suhu yang hati-hati untuk menghindari retakan. Penguatan kerja dapat terjadi, memerlukan perhatian pada radius bengkok dan teknik pembentukan.
Perlakuan 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 keterbentukan. |
| Quenching | 1000 - 1100 / 1832 - 2012 | 30 menit | Minyak/Air | Meningkatkan kekerasan dan kekuatan. |
| Tempering | 150 - 200 / 302 - 392 | 1 jam | Udara | Mengurangi kerapuhan, meningkatkan ketangguhan. |
Perlakuan panas sangat mempengaruhi mikrostuktur dan sifat stel cetakan. Quenching meningkatkan kekerasan, sementara tempering membantu meredakan stres internal dan meningkatkan ketangguhan, menjadikannya cocok untuk aplikasi yang menuntut.
Aplikasi Tipikal dan Penggunaan Akhir
| Industri/Sektor | Contoh Aplikasi Spesifik | Sifat Baja Kunci yang Dimanfaatkan dalam Aplikasi ini | Alasan Pemilihan (Singkat) |
|---|---|---|---|
| Otomotif | Cetakan injeksi untuk bumper | Kekerasan tinggi, ketahanan aus | Daya tahan dalam produksi volume tinggi. |
| Barang Konsumen | Cetakan untuk kontainer plastik | Ketangguhan, stabilitas dimensi | Presisi dan umur panjang dalam penggunaan. |
| Dirgantara | Cetakan pengecoran mati | Kekuatan tinggi, stabilitas termal | Kinerja di bawah kondisi ekstrem. |
Aplikasi lain termasuk:
- Elektronik: Cetakan untuk casing dan komponen.
- Perangkat Medis: Cetakan presisi untuk instrumen bedah.
- Peralatan Industri: Cetakan untuk bagian mesin.
Stel cetakan dipilih untuk aplikasi ini karena kemampuannya untuk mempertahankan akurasi dimensi dan menahan tuntutan proses produksi.
Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lebih Lanjut
| Fitur/Sifat | Stel Cetakan (A2) | AISI D2 | AISI P20 | Catatan Pro/Kon atau Trade-off Singkat |
|---|---|---|---|---|
| Sifat Mekanik Kunci | Kekerasan tinggi | Serupa | Kekerasan lebih rendah | A2 menawarkan ketahanan aus yang lebih baik. |
| Aspek Korosi Kunci | Baiik | Kurang Baik | Baik | P20 lebih baik untuk ketahanan korosi. |
| Kelayakan Las | Sedang | Kurang Baik | Baik | P20 lebih mudah untuk dilas. |
| Keterbentukan | Terlalu terbatas | Terlalu terbatas | Baik | P20 menawarkan formabilitas yang lebih baik. |
| Perkiraan Biaya Relatif | Sedang | Tinggi | Sedang | Biaya bervariasi dengan permintaan pasar. |
| Ketersediaan Tipikal | Umum | Umum | Umum | Semua kelas tersedia secara luas. |
Ketika memilih stel cetakan, pertimbangan termasuk sifat mekanis, ketahanan korosi, dan keterbentukan. Stel cetakan sering dipilih karena kekerasan dan ketahanan ausnya yang superior, sementara alternatif seperti P20 mungkin dipilih untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan korosi dan keterbentukan yang lebih baik. Efektivitas biaya dan ketersediaan juga memainkan peran penting dalam pemilihan material.
Sebagai kesimpulan, stel cetakan adalah material penting dalam manufaktur modern, menawarkan kombinasi sifat unik yang membuatnya cocok untuk aplikasi berkinerja tinggi. Memahami karakteristik, keuntungan, dan keterbatasannya sangat penting bagi insinyur dan perancang dalam memilih bahan yang tepat untuk kebutuhan spesifik mereka.