tool steel (baja perkakas)

TOOL STEEL

Tool Steel atau Baja perkakas  merupakan material dengan bahan dasar besi yang ditambah dengan paduan-paduan lainnya seperti Mangan (Mn), Silikon (Si), Tembaga (Cu), Vanadium (V),Molibdenum (Mo) dan lain sebagainya. Untuk material baja konstruksi kadar paduan kromatau aluminium maksimum 3,99%, ditambah dengan paduan lain yaitu kobalt, columbium,molybdenum, nikel, titanium, tungsten, vanadium, zirconium dan elemen paduan lainnya.Secara teknis baja perkakas dan baja tahan karat termasuk ke dalam baja paduan.

Baja paduan itu sendiri dapat diartikan sebagai baja yang berisi sejumlah paduan-paduan. Baja paduan tergantung pada perlakuan panas dengan tujuan memproleh sifat mekanik yangspesifik.Baja perkakas merupakan jenis baja yang digunakan untuk membentuk material dan pemesinan sehingga di desain untuk memilkinilai kekerasan yang tinggi dan nilai ketahananaus yang tinggi. Selain tiu baja perkakas harus memilki stabilitas dimensi yang tinggi dan tidak mudah mengalami cracking . Baja perkakas mengandung unsurpaduan seperti : Chromium, Molybdenum, Tungsten, Mangan, dan Vanadium dalam kadar yang cukup tinggisehingga dibutuhkan perlakukan khusus melalui prosesnya untuki mendapatkan paduankarbida yang tepat dalam matrik martensit temper disesuaikan dengan aplikasinya. Adapaunaplikasi dari baja perkakas dapat ditemukan pada peralatan pemesinan seperti alat cutting, shearing, forming, drawing, extrusion, rolling  dan battering.

Baja perkakas berdasarkan aplikasinya terbagi menjadi empat kelompok diantaranya :

1.  Baja Perkakas Pengerjaan Dingin (Cold-Work Tool Steel)

Baja perkakas ini dapat dikelompokkan menjadi empat kelompok tergantung dari proses pengerasan yang terjadi :

a.Water-hardening tool steel 

• Simbol : tipe W.  

•Baja karbon (1%) dengan sedikit atau tanpa penambahan unsur paduan(miasalnya V dan Cr).

• Memiliki sifat hardenability yang rendah.

• Pada rposes pengerasannya, baja karbon pada temperatur austenit di

Quench dengan media air.

b.Oil-hardening tool steel 

• Simbol : tipe O.

• Di quench dengan media oli.

• Mengandung kadar karbon antara 0,9%-1,5% dengan penambahan paduandalam jumlah kecil, misalnya W, Mn, Cr, dan Mo.

• Memiliki sifat hardenability lebih baik daripada di quench dengan air.

• Digunakan untuk  cold forming dies, blanking dies dan gages.

c.Air-hardening tool steel 

• Simbol : tipe A.

• Mengandung karbon sebesar 1% dengah paduan utamanya : Mn, Cr, dan Mo.

• Proses pengerasannya dengan pendinginan di udara terbuka.

• Memiliki sifat tahan aus dan perubahan dimensi yang kecil.

d.High carbon high chromium

• Simbil : tipe D.

• Mengandung 1-2,3% C; 12-14% Cr; dan sedikit V, Mo, W dan Co.

• Memilki sifat tahan aus yang tinggi.

• Dapat ditingkatkan kekerasannya dengan media air atau oli

Baja Perkakas pengerjaan Panas (Hot-Work Tool Steel)

a.Simbol : tipe H.

b.  Baja perkakas jenis ini digunakan untuk proses  hot working   seperti  stamping 

dan darwing 

c. Memilki sifat mekanis seperti : kekuatan tinggi, tahan aus, taoughness

tinggi, dantahan terhadap temperatur tinggi.

Baja Perkakas Kecepatan Tinggi (High Speed Tool Steel)

a.Memiliki kekerasan tinggi pada temperatur di atas 500o. b.Digunakan sebagai alat pemotong dengan kecepatan tinggi.c.Memiliki ketahanan aus yang tinggi dan mampu pototng yang baik.d.Berdasarkan elemen paduannya terbagi menjadi dua kelompok :

• Tungsten high speed steel 

(tipe T), mengandung kadar  tungsten yang tinggidisertai penambahan Cr, V dan Co.

• Molybdenum steel  (tipe M), mengandung Molybdenum dengan kadar tinggiseperti penambahan W, Cr, V dan Co.

Baja Perkakas Khusus (Special Purpose Tool Steel).

Baja perkakas ini di bagi menjadi empat tipe, diantaranya :

a. Tipe S (Shock Resisting Tool Steel)

• Baja Karbom medium (0,5%C) dengan elemen paduan Si, Cr dan W.

• Sifat mekanisnya adalah kekerasan yang tinggi, tahan aus, tahan terhadapimpak.

• Diaplikasikan untuk pahat, palu, dan pisau.

b. Tipe L (Low-Alloys Tool Steel)

• Mempunyai kesamaan dengan water-hardening too steel.

• Paduan utamanaya adalah Chromium

.• Digunakan untuk membuat alat yang membutuhkan ketahanan aus dan toughness yang tinggi.

c. Tipe F (Carbon Tungsten Tool Steel)

• Baja karbon tinggi dengan tungsten (W) sebagai paduannya.

• Memiliki sifat tahan aus dan abrasi.

• Digunakan untuk membuat peniti, alat pemoles dan taps.

d. Tipe P (Moulds Steel)

• Baja karbon rendah dengan paduan berupa Cr dan Ni.

• Digunakan untuk membuat  plastic mould.

Special purpose tool steel
a. Jenis baja perkakas di luar yang disebut diatas.
b.Dibuat khusus utk menangani persyaratan istimewa pada suatu penggunaan.
c. Group L (low alloy) paduan utama Chrom, dg Vanadium, Molybden dan Nikel.
d.Group F (Carbon Tungsten) shallow hardening, water quench. Dg kadar karbon dan tungsten yang tinggi sangat tahan aus.

Heat Treatment on Tool steel (Perlakuan Panas)

1.Tidak boleh dipanaskan terlalu cepat
2.Dilakukan pemanasan bertahap untuk menghindari timbulnya gradien temperature yang akan menibulkan tegangan.
3.Tidak dianjurkan dipanaskan pada etmperatur terlalu tinggi dan waktu tahan yang lama.
4.Perlu dicegah timbulnya dekarburasi dan scalling pada baja perkakas group tertentu.
5.Quenching dilakukan dengan media air, brine, minyak, udara atau garam cair
6.Tempering dilakukan segera setelah quenching sebelum benda kerja mencapai temperature kamar

Persentase Karbon dalam baja perkakas
• Hardness/sharpness (high %C)
• low temperature – cold work
• high temperature – high speed
• Toughness (medium %C)
• low temperature – shock resistance
• high temperature – hot work

Karakteristik dari Tool Steels

1. Nondeforming property
• Perkakas biasanya dikeraskan dengan laku panas
• Pada pemanasan dan pendinginan baja akanmengalami pemuaian dan penyusutan mengakibatkan perubahan bentuk dan ukuran mungkin juga terjadi distorsi atau retak
• Nondeforming property baik tidak banyak mengalami perubahan bentuk dan dimensi
• Perkakas yang kompleks atau yang mempunyai perbedaan penampang yang drastis harus mempunyai sifat nondeforming yang baik
• Biasanya air-hardening mempunyai sifat nondeforming yang baik

2. Deep of hardening

• Perkakas sering kali memerlukan kekerasan pada seluruh penampang
• Dalamnya penetrasi kekerasan ini berkaitan dengan hardenability
• Semua unsur paduan, kecuali cobalt, menaikkan hardenability
• Bila diperlukan kekerasan sampai ke bagian dalam maka dipilih high alloy steel (deep hardening)
• Shallow hardening steel, seperti group W, group F,dan beberapa group P harus diquench dengan air

3. Toughness
• Ketangguhan didefinisikan sebagai kemampuan menahan beban tanpa menjadi patah, bukan kemampuan menyerap energi selama deformasi
• Perkakas biasanya harus kaku (rigid), tidak boleh terjadi deformasi plastic sedikitpun
• Perkakas dengan kadar karbon rendah dan medium (group S dan H) akan mempunyai ketangguhan paling baik, karenanya dikelompokkan dalam shock resisting tool steel
• Shallow hardening steel dengan inti yang tangguh dan lunak dianggap mempunyai ketangguhan baik
• Cold-work tool steel, yang kadar karbonnya tinggi, cenderung agak getas dan dikatakan ketangguhannya rendah

4. Wear resistance
• Didefiniskan sebagai ketahanan terhadap abrasi atau ketahanan terhadap kehilangan toleransi dimensi
• Dimiliki oleh semua baja perkakas tetapi ada beberapa baja perkakas yang sangat baik sifat tahan ausnya terutama yang mengandung partikel-partikel karbida yang tak larut
• Wear resistance teruatama dibutuhkan oleh perkakas potong bermata tunggal

5. Red-hardness
• Disebut juga hot-hardness, dikatakan sebagai kekerasan pada temperatur tinggi
• Red-hardness banyak berkaitan dengan ketahanan terhadap tempering pada baja
• Sifat ini diperlukan pada perkakas potong kecepatan tinggi dan perkakas untuk hot-working
• Unsur paduan carbide former, seperti chromium, tungsten, molybdenum sangat memperbaiki sifat ini
• Baja dengan kandungan unsur-unsur tersebut dalam jumlah banyak akan memiliki sifat red-hardness yang sangat baik

6. Machinability
• Kemampuan suatu bahan untuk dipotong dan menghasilkan permukaan yang halus
• Faktor yang berpengaruh: kekerasan pada kondisi anealed, strukturmikro dan banyaknya karbida
• Baja perkakas lebih sulit dimachining dibandingkan dengan baja konstruksi
• Carbon tool steel (group W) mempunyai machinability paling baik diantara baja perkakas
• Machinability dan workability menurun dengan makin tingginya kadar karbon dan paduan
• Unsur pembentuk karbida yang kuat seperti chromium, vanadium dan molybdenum membentuk sejumlah besar partikel karbida sesudah annealing sehingga baja sulit dimachining

7. Resistance to decarburization
• Keluarnya karbon dari baja yang terjadi selama baja dipanaskan (heat treatment) diatas 700 oC
• Jika terjadi decarburasi maka kekerasan yang diharapkan tidak akan tercapai
• Dekarburasi dapat dicegah dengan beberapa cara perlindungan (misal pemanasan pada protective atmosphere)
• Perkakas dengan desain yang kompleks dan tidak dapat digrinding setelah pengerasan tidak boleh mengalami decarburasi
• Shock-resisting tool steel paling jelek, hot-work tool steel agak baik dan carbon tool steel paling baik ketahanan terhadap decarburasi