Baja Perkakas D2 | 1.2379 | SKD11

3. Perlakuan Panas Baja D2

Seperti yang dijelaskan William E. Bryson dalam bukunya Perlakuan Panas, Pemilihan, dan Aplikasi Baja Perkakas, itu perlakuan panas Baja perkakas D2 sering dibandingkan dengan proses memasak, di mana kontrol waktu dan suhu yang tepat sangat penting untuk menghindari proses memasak yang kurang matang (yang menyebabkan kurangnya kekerasan) atau proses memasak yang terlalu matang (yang merusak struktur molekul dan menyebabkan kerapuhan). Langkah-langkah berikut menguraikan prosesnya.

3.1 Persiapan Material dan Pemanasan Awal

Sebelum dilakukan perlakuan panas, bahan harus dicuci secara menyeluruh sudah dihilangkan lemaknya dan lebih baik lagi dibungkus dengan foil baja tahan karat untuk melindungi permukaannya. Karena kandungan kromium yang tinggi dan konduktivitas termal yang rendah dari baja ini, baja ini harus dipanaskan terlebih dahulu secara perlahan dan merata hingga mencapai suhu target untuk meminimalkan risiko retak selama pemanasan. Suhu target adalah 1200°F (650°C), dan waktu pemanasannya adalah 10 hingga 15 menit.

Tujuan dari seluruh proses pemanasan awal adalah untuk memastikan bahwa panas didistribusikan secara merata ke seluruh material, yang memungkinkan tekanan internal dilepaskan sebelum material menjadi terlalu lunak dan plastisitasnya meningkat, sehingga mencegah deformasi.

3.2 Austenitisasi (Pengerasan)

Ini adalah langkah kedua dalam perlakuan panas, di mana struktur material berubah dari ferit-perlit menjadi austenit, dan berbagai karbida paduan kompleks dilarutkan. Suhu pemanasan untuk langkah ini adalah 1850°F (1010°C), dengan waktu perendaman 1 jam per 1 inci (25 mm) penampangWaktu perendaman ini memastikan bahwa proses austenisasi terjadi secara seragam. Namun, penting untuk dicatat bahwa Waktu perendaman yang terlalu lama, bahkan hanya beberapa menit, dapat berdampak negatif pada baja.

3.3 Pendinginan

Baja perkakas D2 adalah baja pengerasan udara, yang keunggulannya terletak pada meminimalkan deformasi dan perubahan dimensi selama pembentukan martensitProses ini melibatkan langkah-langkah berikut: Setelah direndam, bahan tersebut didinginkan dengan cepat hingga kira-kira 150°F (65°C)Selama proses ini, ketika suhu mencapai 1050°F (565°C) dan sebelum material berubah menjadi struktur yang mengeras di 400°F (205°C), benda kerja dapat dikeluarkan dari kemasan foil dan diletakkan pada rak pendingin. Perhatian harus diberikan untuk menghindari meletakkan material langsung pada permukaan meja yang dingin., karena hal ini dapat menyebabkan fluktuasi suhu lokal dan mengakibatkan deformasi. Dari perspektif mikrostruktur, proses ini mengubah struktur internal baja menjadi martensit berbutir lebih halus, sehingga menghasilkan ketahanan aus yang sangat baik terhadap D2.

Setelah pendinginan yang tepat, material tersebut masih mengandung proporsi tertentu “austenit sisa,” dengan kandungan martensit optimal berkisar antara 95% hingga 96%.

3.4 Tempering

Tempering meningkatkan ketangguhan baja, mengurangi tekanan internal, dan memberikan pengerasan sekunder. Tempering harus dilakukan segera saat suhu material turun ke 125°F hingga 150°F (52°C hingga 65°C).

Jika D2 hanya ditempa sekali, suhu tempering adalah 400°F (205°C) untuk mencapai kekerasan Rockwell 62HRC.

Kami merekomendasikan penggunaan proses tempering sekunder untuk D2, yang dapat meningkatkan ketahanan aus oleh 20-30%.

Dalam proses tempering sekunder, suhu tempering pertama adalah 960°F (515°C) selama 2 jam per inci (25 mm) penampang. Sebelum tempering kedua, yaitu, selama interval antara tempering pertama dan kedua, material harus dibiarkan dingin hingga mencapai suhu ruangan sebelum tempering kedua. Periode ini dapat berlangsung beberapa jam. Mungkin juga memerlukan waktu beberapa hari, tetapi poin utamanya adalah tempering kedua harus BUKAN dimulai pada suhu 150°F (65°C), yang merupakan suhu yang sama sekali berbeda dari tempering tunggal yang disebutkan sebelumnya. suhu tempering kedua adalah 900°F (480°C) selama 2 jam per inci penampangTempering kedua mencapai kekerasan Rockwell sebesar 58 jam.

Sementara D2 memiliki kekerasan sekunder lemah, tempering pada suhu yang lebih tinggi (misalnya, ~550°C/1020°F) dapat digunakan untuk mencapai kekerasan 60 jam, sehingga meningkatkan stabilitas selama nitrida atau metode pengerasan permukaan lainnya. Namun, hal ini dapat menyebabkan peningkatan austenit tertahan dan pertumbuhan butiran, yang berpotensi menurunkan ketangguhan dan menyebabkan ketidakstabilan mikrostruktur.

3.5  Perawatan Kriogenik/Sub-Zero (Opsional)

Proses ini dirancang untuk menghilangkan atau mengurangi sisa austenit dan meningkatkan stabilitas dimensi material. Karena baja perkakas D2 dapat menahan sejumlah besar austenit (hingga 20%) setelah perlakuan panas standar, hal ini dapat menyebabkan ketidakstabilan dimensi karena austenit yang tertahan secara spontan berubah menjadi martensit yang tidak ditempa seiring waktu pada suhu ruangan.

Prosesnya melibatkan langkah-langkah berikut: Setelah perawatan penghilang stres (sekitar 150 derajat celcius), material didinginkan hingga suhu yang sangat rendah (sekitar -300°F/-184°C), mendekati atau di bawah suhu Mf akhir. Tempering berikutnya masih diperlukan untuk mencegah kerapuhan yang disebabkan oleh martensit segar yang baru terbentuk.

Proses ini menciptakan struktur molekul yang lebih padat dalam material (mengurangi gesekan, panas, dan keausan), mengurangi tegangan sisa, dan meningkatkan kekuatan tarik, ketangguhan, dan stabilitas dimensi, sehingga meningkatkan kinerja material secara signifikan.

[Referensi: Reardon, AC (Ed.). (2011). Metalurgi untuk Non-Metalurgi (edisi ke-2, hal. 231). ASM Internasional.]

3.6 Masalah Potensial

1. Austenit sisa dapat menyebabkan ketidakstabilan dimensi pada material, terutama pada suhu austenitisasi yang lebih tinggi. Pendinginan yang terkontrol, waktu penahanan yang tepat, dan tempering ganda dan rangkap tiga digunakan untuk mengelola proses ini.
2. Faktor-faktor seperti pemanasan dan pendinginan yang tidak seragam, transformasi fase (terutama pembentukan martensit), dan tegangan sisa selama perlakuan panas dapat menyebabkan deformasi dan keretakan pada material. Oleh karena itu, penting untuk memastikan pemanasan yang lambat dan seragam, media pendinginan yang tepat, dan perlakuan penghilang tegangan.
3. Baja D2 rentan terhadap dekarburisasi. Kami merekomendasikan pemanasan material D2 dalam atmosfer netral yang terkendali, vakum, atau lingkungan tungku garam netral untuk mencegah dekarburisasi.