Baja Perkakas:Baja yang Menyelesaikan Pekerjaan

Komposisi logam dan produksi baja perkakas

Apa itu baja perkakas?

Baja perkakas adalah paduan yang sangat keras, tangguh, atau tahan aus. Sifat mereka berasal dari kimia dan produksinya. Seperti namanya, baja ini siap untuk bekerja memotong, menggiling, mengebor, meninju, memukul, atau melakukan pekerjaan berat lainnya. Baja perkakas harus memiliki sifat material yang tepat untuk aplikasinya. Misalnya, mata bor dan pemukul masing-masing membutuhkan kekerasan dan ketahanan aus. Namun, pukulan mengalami lebih banyak dampak sementara mata bor mengalami lebih banyak geser. Insinyur dan ahli metalurgi memilih jenis baja perkakas berdasarkan penggunaan pahat.

Semua baja perkakas memiliki elemen paduan yang menghasilkan karbida, kisi logam padat yang mengandung logam dan karbon. Karbida adalah bahan tahan api, yang berarti mereka tahan terhadap tekanan, bahan kimia, atau panas.

Namun, bukan hanya kimia yang membuat baja perkakas. Baja perkakas juga mendapatkan kekerasannya dari perlakuan panas dan pendinginan yang dikontrol dengan tepat.

Mengeraskan baja perkakas dengan pendinginan

Memadamkan adalah proses untuk mengeraskan baja dengan mengubah struktur mikronya.

Pertama baja dipanaskan. Paduan baja dipanaskan pada suhu yang berbeda tergantung pada jumlah karbon dalam campuran. Besi dan karbon bergerak melalui "fase" yang berbeda, di mana molekul mengambil bentuk yang berbeda, dan fase ini bergantung pada kimia secara keseluruhan.

Setelah panas yang tepat tercapai dan ditahan, paduan tersebut kemudian dipadamkan, atau didinginkan, melalui paparan gas atau cairan yang jauh lebih dingin. Pendinginan ini membekukan logam dengan cepat. Ketika logam dibekukan dengan kejut seperti ini, banyak butiran kristal kecil dari logam semuanya mulai membeku sekaligus, dengan banyak perpindahan di setiap butir dan di antara mereka. Bandingkan ini dengan pendinginan yang sangat lambat, di mana biji-bijian perlahan mendingin seiring waktu dalam mekar melingkar yang lebih besar. Butiran logam yang didinginkan dengan lambat dapat bergerak melewati satu sama lain saat logam dipukul, membuat logamnya penyok tetapi tidak merusaknya. Pembekuan kejut memberi struktur molekul lebih sedikit ruang untuk bergerak saat dipukul, membuatnya lebih keras, lebih kecil kemungkinannya untuk penyok. Kisi-kisi logam dalam struktur ini disebut martensit, dan struktur molekul bergerigi dari martensit inilah yang memberikan karakteristik kekerasan pada logam yang dipadamkan.

Pendinginan air adalah cara tercepat untuk memadamkan, dan pendinginan udara adalah cara paling lambat. Apa yang dapat ditangani oleh paduan tergantung pada kimianya. Beberapa paduan mungkin retak atau terdistorsi jika didinginkan terlalu cepat tetapi akan mengeras dengan baik dalam pendinginan udara yang lebih lembut. Orang lain tidak akan membuat lapisan martensit yang keras kecuali mereka dikejutkan oleh perubahan suhu yang besar seperti itu di dalam air.

Kategori baja perkakas

Ada enam kategori besar baja perkakas. Empat yang paling umum adalah baja perkakas yang diperkeras dengan air, kerja dingin, kerja panas, dan kecepatan tinggi. Aplikasi khusus juga menggunakan baja perkakas tahan goncangan dan baja perkakas tujuan khusus.

1. Keras air

   Kelompok baja perkakas ini pada dasarnya adalah baja karbon yang telah diberi perlakuan panas. Mereka memiliki 0,5-1,5% karbon. Elemen paduan lainnya mungkin ada karena kualitasnya yang berbeda, tetapi ini umumnya di bawah 0,5%. Logam-logam ini, seperti nikel, tungsten, atau molibdenum, harganya mahal. Menggunakan lebih sedikit logam yang mahal menawarkan nilai untuk aplikasi tugas yang lebih ringan.

   Kejutan ekstrim dari pendinginan air diperlukan dengan kelompok baja ini untuk mendapatkan lapisan luar yang keras. Alat tugas ringan, bagian kecil seperti pegas, dan pengencang kecil kemungkinan merupakan produk akhir. Mereka tidak boleh digunakan di lingkungan yang ekstrim karena baja seri-W sedikit lebih rapuh daripada baja perkakas lainnya. Baja seri-W lebih rentan terhadap retak dan hanya dapat menangani suhu terus menerus hingga 302°F (150 °C).

2. Baja perkakas kerja dingin

   Baja perkakas kerja dingin dimaksudkan untuk digunakan pada suhu "dingin"—keras, tangguh, dan tahan aus, tetapi tidak di lingkungan yang panas. Karena pemotongan material dingin membutuhkan lebih banyak kekuatan daripada pemotongan material panas, kekuatan tekan adalah suatu keharusan dalam baja perkakas kerja dingin.

   Dingin, dalam konteks ini, tidak berarti sudah waktunya bagi pekerja logam untuk mengenakan sweter. 392°F (200 °C) dan di bawahnya dianggap sebagai lingkungan kerja yang dingin untuk alat ini. Tidak seperti banyak jenis baja, grafit sering terbentuk pada baja pengerjaan dingin. Grafit ini membuat banyak dari paduan ini dapat dikerjakan dengan mesin:grafit menyediakan pelumasan.

   Subkategori baja perkakas kerja dingin adalah:

   • Pengerasan minyak (Seri O):Selama produksi, paduan ini dipadamkan dalam minyak. Mereka memiliki 0,85-2,00% karbon, dan biasanya kurang dari 1% dari setiap elemen paduan lainnya. Unsur-unsur ini mungkin termasuk mangan, silikon, tungsten, kromium, vanadium, dan molibdenum.
   • Pengerasan udara (Seri A):Selama produksi, paduan ini dipadamkan di udara. Mereka memiliki 0,05-2,85% karbon. Baja ini dapat mengandung hingga 5% kromium. Kromium tinggi berarti bahwa selama perlakuan panas seri A tidak akan mengalami distorsi dimensi. Chromium menghasilkan toleransi yang lebih dekat.
   • Kromium karbon tinggi (Seri D):Baja kerja dingin ini berfungsi hingga 797°F (425°C). Mereka mengandung 1,4-2,5% karbon, dan 11-13% kromium. Mereka dapat dipadamkan dengan udara atau minyak, tergantung pada paduannya, dan mengalami sedikit distorsi pada kedua metode pendinginan tersebut. Paduan ini umumnya memiliki ketahanan abrasi yang sangat tinggi.

3. Baja perkakas kerja panas

   Semua baja perkakas kerja panas memiliki persentase elemen paduan yang lebih besar untuk menghasilkan lebih banyak karbida dan menangani suhu kerja yang lebih panas. Baja perkakas kerja panas dapat bekerja pada suhu hingga 1004°F (540°C). Sebagai kelompok, sebagian besar memiliki persentase karbon rendah, di bawah 0,6%.

   Baja perkakas kerja panas sering digunakan dalam pembuatan suhu tinggi dengan bahan panas yang dapat ditempa seperti logam dan kaca. Dies, stamps, extruders, dan compressor semuanya dapat dibuat dengan baja kerja panas. Alat harus terus berfungsi bahkan dalam paparan panas yang lama.

   Ada tiga jenis utama baja perkakas kerja panas, berdasarkan elemen paduan utama:kromium, tungsten, atau molibdenum. Beberapa memiliki kadar kromium dan tungsten yang tinggi, sehingga disortir sebagai tungsten atau sebagai kromium tergantung pada pabriknya. Elemen paduan utama menghasilkan jenis karbida dalam baja, dan setiap karbida menawarkan keuntungan yang berbeda.

   Subkategori baja perkakas kerja panas adalah:

   • Chromium :Baja perkakas kerja panas krom memiliki 3-5% krom. Elemen paduan lainnya seperti tungsten, vanadium, atau molibdenum berada di bawah 5%. Vanadium umumnya digunakan dalam baja yang digunakan untuk alat pemotong. Kelompok paduan ini (dan khususnya AISI H13) adalah perkakas kerja panas yang paling banyak digunakan.
   • Tungsten :Paduan ini sering tidak mengandung molibdenum atau vanadium. Sebaliknya mereka mengandung tungsten 9-18%. Sebagian besar baja perkakas kerja panas tungsten memiliki antara 2–4% kromium. Ini tidak berlaku secara universal:misalnya, paduan AISI H23 memiliki 12% kromium dan 12% tungsten. H23 kadang-kadang disebut baja kromium, kadang-kadang tungsten, dan kadang-kadang keduanya. Baja tungsten memberikan ketahanan panas yang sangat baik tetapi bisa rapuh; ini dikelola dengan pemanasan awal ke suhu pengoperasian sebelum digunakan.
   • Molibdenum :Banyak baja perkakas kerja panas kromium memiliki sedikit molibdenum di dalamnya. Baja kerja panas premium untuk lingkungan yang sangat keras memiliki banyak. Molibdenum menciptakan stabilitas panas yang lebih tinggi dan ketahanan aus dalam aplikasi kerja panas yang parah. Paduan molibdenum AISI H42 dan H43 sering digunakan sebagai cetakan atau pemotong di pabrik logam untuk menangani panas dan kekuatan pemotongan dan penempaan.

4. Baja perkakas berkecepatan tinggi

   Proses produksi modern dimungkinkan sebagian dengan penemuan kelas baja perkakas ini. Alat pemotong dan bit mesin yang bekerja dengan kecepatan tinggi menjadi panas karena gesekan. Inovasi material berkecepatan tinggi memungkinkan masinis untuk meningkatkan tingkat produksi mereka.

   Pada tahun 1900, baja perkakas berkecepatan tinggi memulai debutnya di Pameran Paris. Kerumunan produsen tersentak melihat ujung tombak mulai bersinar merah-panas karena gesekan namun terus bekerja. Di mana kecepatan pemotongan pada tahun 1890-an adalah 5–30 kaki per menit, pada tahun 1905 ada mesin yang bergerak dengan kecepatan 150 kaki per menit.

   Baja perkakas berkecepatan tinggi memiliki 14–18% tungsten, 3-5% kromium, 0,6% karbon, dan elemen lainnya tergantung pada aplikasinya.

5. Baja perkakas tahan goncangan

   Baja perkakas tahan goncangan Grup S sangat kuat, dibuat untuk memiliki ketahanan benturan yang tinggi. Kekuatan mereka tidak hanya terletak pada permukaan atau lapisan "terkejut" alat. Mereka dapat digunakan untuk pegas, pahat, stamping dies, dan pukulan. Kelompok paduan ini sering memiliki banyak elemen paduan—sebagian besar terlihat pada baja perkakas lainnya. Namun, silikon, dalam kisaran 0,15–3%, ada di kelas baja ini.

6. Baja perkakas tujuan khusus

   Kelompok paduan ini adalah tempat bebek aneh bertengger; logam ini digunakan dalam aplikasi tertentu dan bahkan dapat dibuat untuk pabrikan tertentu oleh ahli metalurgi. Kelompok ini mencakup baja paduan rendah dan besi tinggi di mana semua elemen paduan lainnya digunakan secara tidak langsung. Ini paling mirip dengan baja W yang murah dan juga tahan air. Penambahan menit dari elemen lain meningkatkan sifat mekanik tetapi menekan biaya. Baja "cetakan" karbon rendah juga termasuk dalam kelompok paduan tujuan khusus ini. Ini digunakan untuk cetakan termoplastik yang harus tahan panas dan tahan aus tetapi tidak memerlukan ketahanan benturan yang tinggi.

Memilih baja perkakas

Jika merancang mesin industri, atau membeli mesin untuk keperluan industri atau manufaktur, jenis baja perkakas yang digunakan adalah penting dan harus ditentukan oleh seorang insinyur.

Kebutuhan untuk mengetahui berbeda bagi individu yang membeli perkakas tangan. Seringkali, produsen perkakas tangan akan menawarkan "baja yang dikeraskan", dan kemudian memilih baja berdasarkan tujuan penggunaan alat tersebut. Namun, tingkat baja apa yang digunakan adalah rahasia industri untuk setiap produsen alat. Pabrikan menyeimbangkan nilai dan tekanan pekerjaan berdasarkan bagian demi bagian. Cara terbaik untuk memilih alat adalah mendapatkan rekomendasi dari para profesional di bidangnya, teman, dan ulasan online, daripada mengkhawatirkan paduan itu sendiri. Jika pabrikan memiliki kompetensi metalurgi dan tidak mengambil jalan pintas, desain perkakas tangan menjadi lebih penting daripada paduannya.

Pandai besi, pendiri, dan ahli metalurgi lainnya akan lebih penasaran, bahkan di tingkat hobi rumahan. Mencari sumber daya dan forum di grup ini memberikan banyak informasi tentang apa yang diharapkan dan jenis logam apa yang paling baik digunakan.

Artikel Terkait:

• Apakah Baja Karbon lebih baik daripada Baja Ringan?
• Baja vs. Baja Tahan Karat
• Penilaian Baja:Kimia dan Sifat