BAJA PERKAKAS (TOOL STEEL)

Tool Steel adalah baja dengan kandungan Carbon antara 0.3 – 1.6% dan mengandung unsur-unsur paduan lainnya (Cr, V, W, Mo, dll). Unsur-unsur paduan tersebut membuat baja tersebut mempunyai sifat mekanik (kekerasan, ketahanan abrasi, kemampuan potong, kekerasan pada temperatur tinggi) yang sangat baik sehingga baja tersebut dapat digunakan sebagai tool (perkakas), misalkan sebagai mould, dies atau pisau. Umumnya tool Steel digunakan setelah di “heat treatment” (perlakuan panas), hal ini untuk mendapatkan sifat mekanik yang benar-benar sesuai dengan kebutuhan.
Tool steel diproduksi dalam berbagai type atau grade. Pemilihannya tergantung pada jenis pembebanannya (impact, abrasi) atau pada pekerjaannya : stamping, cutting, extrusi, forging, dll.

Klasifikasi dari baja perkakas

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

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




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 adalah 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


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.

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



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