Baja Kecepatan Tinggi (HSS), Klasifikasi, Struktur Mikro, dan Sifat Mekaniknya

Baja perkakas kecepatan tinggi (high speed steel)adalah material perkakas yang digunakan untuk aplikasi permesinan yang membutuhkan laju pemotongan tinggi . Sifat utama baja perkakas ini adalah kemampuan bekerja pada temperatur tinggi akibat cepatnya laju potong. Kekerasan dapat dipertahankan tetap tinggi pada temperatur tinggi, kekerasan baja ini setelah dikeraskan 65 HRC pada temperatur ruang, 60 HRC pada 315oC, 57 HRC pada 425oC, 52 HRC pada 540, dan 33 HRC pada 650oC (ASM Metal Handbook vol. 1. 1990). Hal ini disebabkan karena kecepatan potong akan menghasilkan panas selama proses permesinan. Sifat keras pada temperatur tinggi yang merupakan fitur utama baja perkakas ini sering disebut sebagai sifat hot hardness atau red hardness. Selain itu baja perkakas ini juga memiliki sifat tahan aus yang tinggi (Robert. 1998).

Sifat hot hardness diperoleh dengan modifikasi struktur mikro melalui penambahan unsur paduan pembentuk karbida dalam matriks yang telah dikeraskan. Penambahan sejumlah unsur Mo, W, V, dan Cr ke dalam baja dengan karbon menengah dapat membentuk karbida kompleks (Xuefeng. 2012). Distribusi, dimensi, morfologi, tipe, dan fraksi volume karbida sangat penting dalam memperoleh sifat mekanik baja perkakas hasil cor (Mingjia. 2011). Sedangkan metode pengerasan yang dipilih adalah dengan pemanasan yang tinggi mendekati titik lebur hingga mendapatkan ukuran butir austenit yang halus kemudian dilakukan deep hardening dengan pendinginan air, perlakuan panas tempering juga diperlukan (Robert. 1998).

Terdapat 2 klasifikasi baja perkakas kecepatan tinggi, yaitu berbasis molibdenum (M) dan berbasis tungsten (T). Penggunaan basis unsur paduan disesuaikan dengan keberadaan unsur tersebut di sebuah negara. Di Amerika, grup M lebih dominan dalam pembuatan baja perkakas kecepatan tinggi. Berikut Tabel 2.4 menunjukkan komposisi kimia baja perkakas kecepatan tinggi tipe AISI M dan T yang umum digunakan (ASM Metal Handbook vol. 1. 1990).

Tabel 2.4 Komposisi kimia beberapa tipe baja perkakas kecepatan tinggi yang umum (Avner. 1976)

AISI Komposisi (%berat)
C Cr Mo W V Co
M2 0,85 4,00 5,00 6,00 2,00
M7 1,00 4,00 8,75 1,75 2,00
M10 0,85 4,00 8,00 2,00
T1 0,70 4,00 18,00 1,00
T2 0,80 4,00 18,00 2,00
T4 0,75 4,00 18,00 1,00 5,00

 

Struktur mikro baja perkakas kecepatan tinggi dapat dilihat dengan perbesaran 1000x dengan menggunakan etsa 4% nital. Gambar 2.9 menunjukkan struktur mikro AISI M2 (0,85 C; 6,30 W; 4,15 Cr; 1,85 V; dan 5,05 Mo) setelah diberi perlakuan fully annealing dimana fasa yang terbentuk adalah partikel karbida dalam matriks ferit. Gambar 2.9b menampilkan struktur mikro setelah didinginkan cepat dan tempering dengan temperatur austenitisasi 1200oC kemudian didinginkan udara mulai 565oC hingga temperatur ruang kemudian tempering pada 550 selama 2 jam. Struktur mikro yang terbentuk tersusun atas partikel karbida dalam matriks tempered martensite. Gambar 2.9c menunjukkan kondisi telah didinginkan cepat tanpa tempering dimana struktur yang terbentuk adalah partikel karbida, martensite, dan austenit sisa. Gambar 2.9d merupakan kondisi overheated dimana temperatur austenitisasinya adalah 1245oC. Struktur mikro yang terbentuk tersusun atas partikel karbida yang terpisah dari tempered martensite. (Smith. 1993)

Gambar 2.9 Struktur mikro baja perkakas kecepatan tinggi AISI M2 pada kondisi (a) annealed, (b) normal quenched dan tempering, (c) quenched, dan (d) overheated (Smith. 1993)
Gambar 2.10 Struktur mikro HSS M2 kondisi annealed perbesaran 200x dengan etsa (a) 1% asam kromik, (b) 4% NaOH jenuh dalam KMnO4, dan (c) 1% nital (Robert. 1998)

Gambar 2.11 Karbida eutektik, herringbone, dan feathery pada baja perkakas AISI M2 (Barkalow dkk. 1972).

Gambar 2.10 menunjukkan representasi perbedaan jenis etsa dalam menjelaskan keberadaan karbida dalam struktur mikro baja perkakas AISI M2 dalam kondisi annealed. Nital dalam hal ini menunjukkan karbida yang telah disperodisasi dalam matriks ferit. Karbida tersebut tersusun atas M6C dan MC yang diidentifikasi sebagai partikel kasar, sedangkan M23C6 ditunjukkan oleh partikel yang halus (Robert. 1998).

Sedangkan tipe karbida yang terbentuk pada AISI M2 dapat diidentifikasi pada Gambar 2.11. Fasa karbida utama yang terbentuk pada baja perkakas kecepatan tinggi berbasis tungsten atau molibdenum adalah M6C karbida Fe-(W,Mo) dan karbida isomorfus MC yang kaya unsur V. Pada Gambar 4.4, struktur mikro baja perkakas AISI M2 dengan etsa KMnO4, perbesaran 243x, karbida eutektik ditunjukkan oleh A, herringbone B, dan feathery C. Morfologi karbida eutektik berbentuk bulat kecil dan diidentifikasi sebagai MC. Karbida yang bentuknya menyerupai tulang (herringbone) diidentifikasi sebagai M6C. Sedangkan karbida berbentuk bulu (feathery) dikenali sebagai kombinasi antara MC dan M6C. Variasi senyawa karbida dan morfologi karbida tergantung pada komposisi kimia paduan terutama karbon dan unsur pembentuk karbida, seperti Mo, W, V, dan Cr (Barkalow dkk. 1972).

Struktur mikro yang terbentuk pada baja perkakas AISI M2 hampir sama dengan AISI T1. Hal ini dapat dimengerti karena unsur molibdenum dapat menggantikan unsur tungsten dan membentuk senyawa karbida yang sama. Misalnya, pada kondisi annealed, terdapat 28,00% karbida dalam baja AISI M2, nilai itu hampir relatif dekat dengan baja AISI T1 yang memiliki 29,2% karbida. Karena berat atom molibdenum sekitar separuh dari berat atom tungsten, maka persentase karbida dalam M2 adalah 20,8% sedangkan T1 28,1% berat (Smith. 1993).

Tulisan keren lainnya:

Pengertian, Diagram Fasa, Klasifikasi, dan Sifat Mekanik Baja

Pengaruh Unsur Paduan pada Baja

Kromium dan Karakteristiknya (Sifat Fisik dan Kimia)

Paduan Fe-Cr-C

Perkakas Potong (Cutting Tools)

Baja Perkakas dan Klasifikasinya

Baja Kecepatan Tinggi (HSS), Klasifikasi, Struktur Mikro, dan Sifat Mekaniknya

Pengecoran dan jenis-jenisnya

Sand Casting

Solidifikasi dan toleransi penyusutan pada pengecoran logam

Cacat pada Pengecoran dan Metode Inspeksinya

Furnace untuk Pengecoran Logam

Daftar Pustaka

____. 1990. ASM Handbook Volume 1. Properties and Selection: Irons Steels and High Performance Alloys. USA: ASM International

____. 1990. ASM Handbook Volume 3. Alloys Phase Diagrams. USA: ASM International

____. 1990. ASM Handbook Volume 9. Metallography and Microstructure. USA: ASM International

Abbaschian, Reza dkk. 2009. Physical Metallurgy Principles 4th Edition. Stamford: Cengage Learning

Avner, S. H. (1974). Introduction to Physical Metallurgy. New York: McGraw-Hill International Book Company.

  1. Fultz, J. Howe. 2013. Transmission Electron Microscopy and Diffractometry of Materials. Berlin: Springer

Barkalow, R. H dkk. 1972. Solidification of M2 High Speed Steel. Metallurgical Transactions Vol. 3

Beeley, Peter. 2001. Foundry Technology. Oxford: Butterworth-Heinemann

Callister, William D dan David G Rethwisch. 2010. Materials Science and Engineering an Introduction 8th Edition. USA: John Wiley & Sons

Creese, Robert C. 1999. Introduction to manufacturing process and materials. New York:  Marcel Deker

Davim, JP. 2014. Machining of Titanium Alloys, Materials Forming, Machining, And Tribology. Berlin: Springer

Davis, Joseph R. 1995. ASM Speciality Handbook: Tool Materials. USA: ASM International

Durand, Madeleine. 2004. Microstructure of Steels and Cast Irons. Berlin: Springer

Groover, Mikell P. 2010. Fundamental of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems 4th Edition. USA: John Wiley & Sons

Higgins, Raymond A. 1993. Engineering Metallurgy: Applied Physical Metallurgy 6th Edition. New York: Arnold

Honeycombe, Robert dan HKDH Bhadeshia. 1995. Steels Microstructure and Properties. London: Edward Arnold

Kalpakjian, Serope dan Steven R Schmid. 2009. Manufacturing Engineering and Technology 6th edition. Singapura: Pearson

Krauss, George. 2005. Steel Processing, Structure, and Performance. USA: ASM International

Khvan, Alexandra V. (2014). A Thermodynamic Evaluation of the Fe-Cr-C System. Calphad Elsevier, 24-33

Lagowski, JJ. 2004. Chemistry: Foundations and Applications. USA: Macmillan Thomas Gale

Minggui, QU dkk. 2013. Effects of mischmetal addition on phase transformation and as-cast microstructure characteristics of M2 high-speed steel. Journal of Rare Earth vol. 31, No. 6

Nayan, Nafarizal dkk. 2009. An Introduction to Optical Emission Spectroscopy and Lase-Aided Spectroscopy Techniques for Low-Temperature Plasma Analyses. Proceeding of MUCEET. Pahang, 20-22 Juni

Robert, George dkk. 1998. Tool Steels: 5th Edition. USA: ASM International

Smith, William F.. 1993. Structure And Properties of Engineering Alloys. USA: McGraw-Hill Book Company, Inc.

Wiengmoon dkk. 2008. Electron Microscopy and Hardness Study of Semi-Solid Processed 27wt% Cr Cast Iron. Materials Science and Engineering. Vol 480, 333-341

Xuefeng, Zhou. 2012. Influence of rare earths on eutectic carbides in AISI M2 high speed steel. Journal of Rare Earth vol. 30, No. 10

Advertisements

13 thoughts on “Baja Kecepatan Tinggi (HSS), Klasifikasi, Struktur Mikro, dan Sifat Mekaniknya

Kritik, saran, dan masukan anda sangat berharga bagi kami

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s