TOOL STEEL (BAJA PERKAKAS)

Transkripsi

1 Pendahuluan TOOL STEEL (BAJA PERKAKAS) Dr.-Ing. Ir. Bambang Suharno Dr. Ir. Sri Harjanto Dept. of Metallurgy and Materials, 2007 DEFINISI: Semua Jenis Baja yang dipergunakan sebagai perkakas (tool) Biasanya dipergunakan untuk CUTTING Part/ SHAPING/ Component FORMING Kondisi selama pemakaian: Beban yang Tinggi dan Tiba-tiba (Very high & rapidly loads) Temperatur Operasi yang Tinggi (Very high temperature) Pendahuluan Pembuatan Tool Steel Tool Steel merupakan paduan kompleks yang mengandung sejumlah besar unsur: Carbon (C) Tungsten (W) Molybden (Mo) Vanadium (V) Mangan (Mn) Chrom (Cr) Kebanyakan Tool Steel dibuat: Wrought Product (Rolling) Precision Casting (Cor Khusus) Powder Metallurgy (Serbuk) Pembuatan Tool Steel: Peleburan pada EAF dengan kapasitas relatif kecil (small tonage EAF) Dimurnikan dengan Argon Oxygen Decarburization (AOD) Pengurangan gas/ kotoran (Degassing) Effisiensi paduan (Alloy Efficiency)

2 Sifat-sifat Penting Tool Steel Harus tahan terhadap softening (pelunakan) material pada Temperatur tinggi (Kemampuan mempertahankan high red hardness atau hot hardness ) Harus tahan terhadap wear (keausan), deformation (perubahan bentuk) & perpatahan Harus Tangguh (toughness) untuk menyerap beban yang besar dan tiba-tiba Sifat Mampu Mesin (Machinability) Penggunaan Tool Steel Cutting : Mata Bor Mata Potong Mesin Frais Shearing : Punches Blanking Dies Forming : Menekan logam menjadi bentuk seperti bentuk tool nya baik dlm keadaan dingin/ panas (Termasuk Die Casting) Drawing/ Extrusion Rolling Sifat Yang Diinginkan: Kekerasan Tinggi Kekuatan Tinggi Tahan Aus Ketangguhan Tinggi Tahan Panas (Red Hardness Tinggi) Jenis Tool Steel Mikrostruktur dan Sifat Mekanis : C- STEEL ALLOY STEEL & TOOL STEEL

3 Jenis Tool Steel High Speed Steel (HSS) Baja yang dapat menjaga kekerasan yang tinggi saat digunakan Penggunaan Untuk High Speed Cutting Jenis : Group M (Alloy Molybdenum) Group T (Alloy Tungsten = W) Aplikasi : Cutting Tools Bor Bubut PERGERAKAN DISLOKASI dihindari/ terhalang oleh pengerasan dispersi akibat adanya metal karbida (jumlah banyak, keras, tahan aus) High Speed Steel (M dan T series) Hot Work Tool Steel Dipergunakan untuk kombinasi: Heat Pressure Abrasion Operasi Manufaktur - Shearing, Punching, - Metal forming Pada Temperatur tinggi Cocok Untuk: Dies untuk Ekstrusi Hot Forging Die Casting Hot Shears

4 Hot Work Tool Steel (H10 H42) Hot Work Tool Steel Sifat Hot Hardness baik memiliki elemen paduan pembentuk carbida yang stabil dan keras (tahan terhadap softening pada temp tinggi) Total Kandungan Cr, Mo dan W = min. 5 % Chromium Hot Work Tool Steel Digunakan untuk logam dengan TL rendah (Al, Mg) Tungsten & Mo HWTS Untuk TL Tinggi (Brass, Ni, Alloys Steel) Klasifikasi: Hot Work Cr Base (H11-H19) Min 3,25% Cr, sedikit V,W,Mo,C Untuk ekstrusion dies, die casting dies, forging dies Hot Work W Base (H21 H 26) Tahan high temp softening Tahan thd brittleness Untuk extrusion dies for brass, Ni, Steel Hot Work Mo Base (Mo 8%, Cr 4%, sedikit W & V) Tahan heat cracking Pengaruh Unsur Aplikasi Hot Work Tool Steel Karbon (C) Khromium Kobalt (Co) Molibdenum (Mo) Vanadium (V) Tungsten (W) Pembentuk Karbida yang meningkatkan Kekerasan, Kekuatan, Keausan Carbide Former (Cr 23 C 6 ) meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus Meningkatkan kekuatan dan kekerasan, meningkatkan hot hardness, weak carbide former Carbide former ( M 6 C / Fe 4 Mo 2 C),High Temperature Strength, toughness, Hot hardness Strong carbide former VC or V 4 C 3, grain refinement (good toughness), hot hardness Strong carbide former, (M 6 C/ Fe 4 W 2 C), abrasion resistant particle, ketahanan hot hardness. Application Area Hot Forging Tool and Dies : Dies and Insert; Forging machine Hot Extrusion and Dies : Extrusion dies and, mandrel; Dummy block; Valve extrusion tool Cold Forming Dies : Bending; Forming; Drawing; Deep Drawing Dies and Punches Specific Application Dies for presses and hammer: H20, H21 For severe condition over extended service period : H22- H26 Extrusion dies dummy block; : H21 - H26 Tool exposed to less heat: H10 - H14, H16 Cold-heading die casings : H13. Application Area Shearing Tools : Dies for pierching, punching, and triming; Shear blade Dies Casting and Molding Dies : Structural Part for Sever Service Condition Specific Application For shearing knives : H11, H12 For severe hot shearing application: H21, H25 For Aluminum and lead; : H11, H13 For brass : H21 For air craft components (Landing gear, arrester hook, rocket cases) : H11

5 Features Applications 1. Finely distributed spherical carbides 2. Excellent quenching nature 3. Excellent softening resistance under high temperature 4. Excellent heat impact and fatigue resistance 5. Excellent erosion resistance to molten - Al, Zn, die caster mold - Mold's accessories (Plunger sleeve, chip etc.) MATERIAL H13 = SKD 61 Tipe Baja dan Kekerasan Pada Komponen Die Casting Equivalent Composition (%) Heat treatment ( o C) Hardness Thermal conductivity (cal/cm.sec. o C) Coefficient of thermal expansion (x10-6 / o C) JIS DIN AISI ASSAB SKD H C Si Mn Cr max Forging Annealing , (Slow cooling) Annealed 229 HB (20.5 HRC) max. 25 o C 100 o C 200 o C 300 o C ~100 o C ~200 o C ~300 o C ~400 o C BOHLER W o C ~500 o C 13.3 Mo Hardening 1,000-1,050 (Air cooling) HITACHI DAC 500 o C ~600 o C 13.7 Tempered 53 HRC max. NIPPON KOSHUHA 600 o C KDA-1 V Tempering (Air cooling) ~700 o C o C Kom ponen Paduan yang dibuat P b, Z n, S n A l & M g C u & b rass P20 at HB(a) H13 at HRC DIN at H11 at HRC HRC Cavity inserts H13 at HRC H12 at HRC H20, H21, H22 at HRC H13 at HRC H13 at HRC DIN at Cores DIN At 42- HRC 48HRC H13 at HRC DIN DIN Core Pins Prehardened to 37- Prehardened to HRC 40 HRC H13 at HRC H13 at HRC DIN at Sprue parts DIN at 44- HRC 46 HRC Type 420 at H13 at HRC DIN at Nozzle HRC HRC H13 at HRC H13 at H13 at HRC H13 at Ejector pins (b) H13 at H13 at H13 at Plunger shot DIN at 42- DIN at sleeve prehardened 4140 prehardened to Holder prehardened to to 300 HB blocks 300 HB 300 HB (a) For short-run zinc casting only; (b) nitrided. Source: D ie Steel and Iproved Productivity in D ie C astin g, p ro d u ct literatu r fro m U d d e lho m N o rth A m erica Perlakuan Panas Siklus Perlakuan Panas SKD 61 - Annealing : 850 O C, t = 1 jam -Austenisasi : preheating 650 O C, t=30 mnt 1010 O C = 1 jam pendinginan udara -Tempering : ( O C), t = 1 jam pendinginan udara Temp ( o C) Annealing 850 O C(SKD 61) (60 mnt) Preheat 650 o C (30 mnt) Austenisasi 1010 o C (60 mnt) Temper (500,550,600 o C) Waktu (menit)

6 Cold Work Tool Steel Cold Work Tool Steel Tidak Tahan Terhadap Softening pada Temp. Tinggi Temp Operasi < 260 o C Terdapat 3 Kelompok: Group A : Air Hardening Group B : High C, High Cr Steel Goup O : Oil Hardening KELOMPOK A (Air Hardening) KELOMPOK D (High C, High Cr) Cr: % Cr : % C: % C : % Selama Hardening Kebanyakan Air Hardening tendensi untuk distorsi Excellent wear resistant, cracks, Non Deforming Properties, Aplikasi : shear knives, Good Abrasion Resistance, punches, blanking, Minimum dimensional trimming dies change in hardening Aplikasi : dies for blanking, forming, deep drawing, shear & Slitter knives KELOMPOK O (Oil Hardening) Cr : < 0.85 % C : % High Wear Resitant at T rendah Poor Resistant to Softening pada T tinggi Aplikasi: Dies, punches for blanking, trimming, drawing & forming Cold Work Tool Steel SHOCK RESISTING (S), LOW ALLOY SPECIAL PURPOSE (L), WATER HARDENING (W) STEEL SHOCK RESISTING Paduan Utama Mn, Si, Cr, W & Mo C = 0.5 % Ciri-Ciri Kekuatan Tinggi Toughness Tinggi Wear resistance sedang Aplikasi Digunakan untuk aplikasi yang ketangguhan nya tinggi serta tahan terhadap beban shock LOW ALLOYS SPECIALS Karbon Tinggi (0.45 1%) Sedikit Cr, V, Ni, Mo Oil Hardening Digunakan sbg Machine Part Kombinasi antara good strength & good toughness Untuk Bearing = AISI WATER HARDENING TOOL STEEL Pada dasarnya C Steel ( %) Sedikit Cr: hardenability, tahan wear Sedikit Va: fine Austenite grain size, ketangguhan tinggi Untuk Wood Working Tools

7 TOOL STEEL (S, L, W dan P) Material Cetakan Pada Aplikasi Plastik Proses M aterial Jenis Baja Injection M olding T h erm o plastic P2 0 (a) P6 (b) S7 H Elmax Injection M olding Therm oset S7 A2 D2 Elmax (c) ASP23 (d) Compression Thermoset S7 M old ing 420 Elmax (c) D2 ASP 23 (d) B low M o ldin g G en eral P20 (a) therm oset/therm o pl 420 astic P olyvin yl 420 F chloride E kstrusion G eneral P20 (a) Therm oset/therm o 420 plastic 420F polyvinyl chloride H older M aterial G en eral 4130/4135 (e) therm oset/therm o pl 420F astic Kekerasan yang direkom endasikan (HRC) (-310) (-340) 33 (-310) (-340) 33 (-310) 37 (-340) Mold Tool Steel (P) Ciri : C rendah (< 0.4%) Paduan : Cr, Ni, Mo, V Penggunaan: Low temp die casting dies Mold untuk plastic injection Tipe P 21 Ditambah Al (1-1.25%) Precipitation hardening steel HRC Excellent Polishability

8 Pemilihan Tool Steel (Resume) Guide Pemilihan Tool Steel (Toughness vs Hot Hardness) Performance Tool Steel: Hot Hardness VS Toughness Wear Resistance VS Toughness Nilai 9 Tertinggi, 1 Terendah Idealnya High Toughness High Hot Hardness High Wear Resitant Sulit, biasanya 2 faktor oke, 1 faktor kompromi Guide Pemilihan Tool Steel (Toughness vs Wear Resistant) Tugas Pembuatan Power Point MANGANESE STEEL (1, 7) HIGH-CHROMIUM WHITE IRON (2, 8) PEARLITIC CHROME MOLY STEEL (3, 9) HIGH STRENGTH LOW ALLOY STEELS (4, X) QUENCHED & TEMPERED STEELS (5, Y) PEARLITIC IRONS (6, Z) Kumpulkan saat mid test Hari Rabu 29 Oktober 2008, dalam bentuk soft copy.