METALLURGY II (RM-1421)

(1)

METALLURGY II

(RM-1421)

Dosen:

Fahmi Mubarok, ST., MSc.

Metallurgy Laboratory Mechanical Engineering Dept ITS- Surabaya

2008

Tool Steels Classification of Tool Steels Selection of Tool Steels Characteristic of Tool Steels Carbide Elements in Steel Identification of Tool Steels

http://www.its.ac.id/personal/material.php?id=fahmi

LECTURE XI LECTURE XI

Fahmi Mubarok, ST, MSc.

Role of alloying elements

(2)

VI- 3

Carbide Elements in Steel

• Chromium (Cr)

– Increases hardenability

– In sufficient excess together with carbon, forms Cr₂₃C₆for wear resistance

• Molybdenum (Mo) and Tungsten (W)

– In large percentages forms with C to hard carbide, (Mo-W)₆C – Upon tempering a quenched alloyed austenite, precipitates as

fine particles in martensite and resists growth at low red

temperatures

• Vanadium (V)

– Hardest of all carbides, V₄C₃

– Resist solution in austenite, remains unchanged through heat- treatment cycles

Role of alloying elements

Application

1. For short production runs and no heating, select low cost, plain carbon tool steel 2. For high-speed tool steels, M-types significantly lower cost than T-types

3. For super high-speed, high V or Co contents are appropriate for special applications

(3)

VI- 5

Tool Steels Classification Definition:

High quality special steel used for cutting or forming purposes.

Tool steels can be classified based on:

1. Quenching media used:

Water hardening steel, Oil hardening steel or Air hardening steel.

2. Alloy content:

Carbon tool steel, low alloy tool steel, medium alloy tool steel 3. Application:

Hot-work steel, shock-resisting steel, high speed steel and cold-work steel Selection of Tool Steel:

Correlating metallurgical characteristics of the tool steels with the requirements of the tool in operation

Classification of Tool Steels

P20 – P39, Other type Low Alloy

L Special Purpose

Carbon-tungsten F

Molybdenum base M

P1 - P19, Low Carbon P

Mold

H1-H19, Chromium Base H

Hot -Work

H40-H59, Mo-Base H20-H39, Tungsten Base Tungsten-Base

T High Speed

Oil Hardening O

Cold-Work

Medium Alloy Air Hardening A

High Carbon-High Chromium D

S Shock-Resisting

W Water-Hardening

TYPE SYMBOL

GROUP

(4)

VI- 7

Tool Steels Classification

Selection of Tool Steels

1. Cutting tool (lathe, planer tool, drill or tap, milling cutter or hob) high hardness as well as good heat and wear resistance 2. Shearing tool (shears, punches, blanking dies)

Memiliki tahan aus yang tinggi dan ketangguhan yang memadai 3. Forming tool (forging dies, die casting)

Memiliki ketangguhan, kekuatan tinggi dan red-hardness tinggi 4. Drawing and Extrusion dies

Kekuatan, ketangguhan, sifat tahan aus dan red-hardness tinggi 5. Rolling dies

Harus cukup keras, tangguh dan tahan aus 6. Battering tool (betel)

Menerima beban kejut dan memiliki ketangguhan tinggi sekali

Selection of tool steel types based on the operations:

-Cutting -Rolling -Forming

-Shearing -Drawing & Extrusion -Battering

(5)

VI- 9

Selection of Tool Steels

Most application:

1. Kekerasan 2. Ketangguhan 3. Tahan aus 4. Red hardness

Individual application:

1. Distorsi yang diijinkan

2. Surface decarburization yang ditoleransi

3. Hardenability atau deep of hardness yang diperoleh 4. Heat-treating yang dibutuhkan

5. Machinability

Characteristic of Tool Steels

1. Nondeforming property

• Perkakas biasanya dikeraskan dengan laku panas

• Pada pemanasan dan pendinginan baja akan mengalami pemuaian dan penyusutan Æ

mengakibatkan perubahan bentuk dan ukuran Æ mungkin juga terjadi distorsi atau retak

• Nondeforming property baik Æ 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

(6)

VI- 11

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 plastik 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

(7)

VI- 13

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, tungten, molybdenum sangat memperbaiki sifat ini

• Baja dengan kandungan unsur-unsur tersebut dalam

jumlah banyak akan memiliki sifat red-hardness

yang sangat baik

(8)

VI- 15

Characteristic of Tool Steelsof Tool Steels

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

^o

C

• 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

(9)

VI- 17

Identification of Tool Steels

(10)

VI- 19

(11)

VI- 21

Jenis tool steel

Water-hardening tool steel (Group W) 1. Menurut kadar karbon :

a. 0,6 – 0,75 % C; aplikasi dimana ketangguhan adh syarat utama b. 0,75% - 0,95%; aplikasi dimana ketangguhan dan kekerasan adh

penting

c. 0,95%- 1,40%; aplikasi dimana sifat tahan aus dan ketajaman sisi potong sangat penting

2. Karakteristik

a. Kekerasan permukaan yang tinggi diperoleh dg heat treatment, quenching dg media air.

b. Machineability paling tinggi.

c. Sifat red-hardness-nya jelek

d. Pemakaian terbatas untuk perkakas pemotongan kecepatan rendah, pemakanan tipis dan bahan yang relatif lunak.

Shock-resisting steel (Group S)

a. Digunakan pada tools yang menerima beban kejut berulang-ulang.

b. Kadar karbon 0,45-0,65%, unsur paduan silicon, chrom, tungsten dan molybdenum.

c. Wear resistance dan machineabilitynya bagus

d. Digunakan untuk forming tool, punch, pneumatic tool, shear blade

(12)

VI- 23

Cold-work tool steel

a. Group O(Oil hardening) mengandung mangan dan memiliki sifat nondeforming yang baik

b.Group A(Baja paduan medium) mengandung 1% C, 3% Mn, 5% Cr dan 1% Mo. Sifat Nondeforming istimewa, wear

resistance baik, ketangguhan, red-hardness sedang. Tetapi machineabilitynya jelek.

c. Group D(high carbon high chromium) 2,25% C dan 12% Cr.

Sifat wear resitance dan nondeforming istimewa.

Hot-work Steel (Group H)

a. Group H11-H19 (Chrom base hot work tool steel)

• Memiliki red hardness yang baik dg 3,25% Cr.

• Ketangguhan naik pada kadar akrbon dan unsur paduan rendah.

• Air-hardenable, nondeforming baik.

b.Group H21-H26 (Tungsten base hot work steel)

• Mengandung 9% tungsten, 2-12% Cr.

• Red hardness makin baik tapi ketangguhan turun

• Air-hardenable.

c. Group H41-H43 (Molybdenum base hot-work steel)

• Mengandung 8% Mo, 4% Cr .

• karakteristik sama dengan tungsten base hot-work steel.

(13)

VI- 25

High–speed tool steel

a.Tool steel yang memiliki kadar paduan tinggi

b.Tungsten base atau molybdenum base, dg unsur paduan chrom, vanadium dan karbon 0,7-1%.

c.Sbg perkakas potong dikenal dg inisial HSS. Memiliki red hardness sitimewa dg wear resisten dan ketanguhan yang hampir sama.

Metal Mold (Group P)

a.Memiliki Chrom dan Nikel sbg paduan utama.

b.Pada dasarnya baja paduan untuk dikarburizing

c.Kekerasan rendah pada kondisi annealed dan tahan terhdap work hardening untuk proses hubbing.

d.Memiliki tahan aus setelah dikeraskan e.Sifat red hardnessnya jelek

(14)

VI- 27

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

(15)

VI- 29

%C in Tool Steel

• Hardness/sharpness (high %C)

• low temperature – cold work

• high temperature – high speed

• Toughness (medium %C)

• low temperature – shock resistance

• high temperature – hot work

METALLURGY II

(RM-1421)

Dosen:

Fahmi Mubarok, ST., MSc.

Metallurgy Laboratory Mechanical Engineering Dept ITS- Surabaya

METALLURGY II (RM-1421)

METALLURGY II

LECTURE XI LECTURE XI

• Chromium (Cr)

• Molybdenum (Mo) and Tungsten (W)

temperatures

• Vanadium (V)

Most application:

1. Kekerasan 2. Ketangguhan 3. Tahan aus 4. Red hardness

Individual application:

1. Distorsi yang diijinkan

2. Surface decarburization yang ditoleransi

3. Hardenability atau deep of hardness yang diperoleh 4. Heat-treating yang dibutuhkan

5. Machinability

1. Nondeforming property

• Perkakas biasanya dikeraskan dengan laku panas

• Pada pemanasan dan pendinginan baja akan mengalami pemuaian dan penyusutan Æ

mengakibatkan perubahan bentuk dan ukuran Æ mungkin juga terjadi distorsi atau retak

• Nondeforming property baik Æ 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 plastik 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, tungten, 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

C

• 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

• Hardness/sharpness (high %C)

• low temperature – cold work

• high temperature – high speed

• Toughness (medium %C)

• low temperature – shock resistance

• high temperature – hot work

METALLURGY II

BESI TUANG BESI TUANG

MINGGU XII

MINGGU XII