Baja Perkakas 2Cr13: Tinjauan Komprehensif

Baja perkakas 2Cr13 merupakan material serbaguna yang banyak digunakan dalam pembuatan cetakan plastik, terutama yang membutuhkan keseimbangan kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan terhadap korosi. Sebagai baja tahan karat martensit rendah karbon, baja ini biasanya digunakan setelah pendinginan dan tempering. Perlakuan panas ini meningkatkan sifat mekanisnya, sehingga cocok untuk aplikasi yang menuntut.

Salah satu keunggulan utama baja 2Cr13 adalah kemampuan mesinnya yang baik, yang memungkinkan pemrosesan dan pembentukan yang efisien. Setelah perlakuan panas, baja ini menunjukkan ketahanan korosi yang sangat baik, memastikan keawetan bahkan di lingkungan yang keras. Selain itu, baja ini menawarkan kombinasi kekuatan dan ketangguhan yang baik, sehingga dapat diandalkan di bawah berbagai beban.

Meskipun ketahanannya terhadap korosi dan panas sedikit lebih rendah dibandingkan baja 1Cr13, 2Cr13 mempertahankan ketahanan oksidasi yang stabil di udara hingga 700℃. Hal ini membuatnya cocok untuk aplikasi yang melibatkan paparan panas sedang. Namun, perlu dicatat bahwa kemampuan las dan plastisitasnya dalam keadaan anil tidak sebaik baja 1Cr13. Meskipun demikian, baja 2Cr13 dikenal karena sifat pemolesannya yang sangat baik, yang merupakan keuntungan signifikan dalam pembuatan cetakan di mana penyelesaian permukaan sangat penting.

1. Komposisi Kimia Baja Perkakas 2Cr13

Komposisi kimia baja 2Cr13 distandarisasi menurut GB/T 1220—2007. Fraksi massa khas dari unsur-unsur utamanya adalah:

• Karbon (C): 0,16% – 0,25% (umumnya sekitar 0,16%)
• Silikon (Si): ≤1.00% (seringkali ≤0.60%)
• Mangan (Mn): ≤1.00% (seringkali ≤0.80%)
• Kromium (Cr): 12.00% – 14.00%
• Belerang (S): ≤0,030%
• Fosfor (P): ≤0,040% (kadang-kadang ditetapkan sebagai ≤0,035%)

Unsur-unsur ini berkontribusi terhadap sifat-sifat baja yang unik, dengan kromium menjadi unsur paduan utama yang memberikan ketahanan terhadap korosi.

2. Baja perkakas 2Cr13 setara dengan beberapa standar lainnya:

• DIN Jerman: Nomor material 1.4021, kelas X20Cr13
• BS Inggris: Kelas S62
• Inggris EN: Kelas 56B/56C
• AFNOR Prancis: Kelas Z20C13
• Kode Digital Terpadu: S45830

Referensi silang ini dapat membantu pelanggan global yang familier dengan berbagai sistem standardisasi.

3. Sifat Fisik Baja Perkakas 2Cr13

Memahami sifat fisik baja 2Cr13 sangat penting untuk penerapannya dalam berbagai konteks teknik. Berikut adalah karakteristik fisik utamanya:

• Titik lebur: 1450 – 1510℃
• Kepadatan: 7,75 ton/m³
• Kapasitas Panas Spesifik (cₚ): 459,8 J/(kg·K)

Sifat-sifat ini memengaruhi perilaku baja selama pemrosesan dan penggunaan.

Suhu Kritis:

• Aa₁: Sekitar 820℃
• Aa₃: Sekitar 950℃
• Ac₁: Sekitar 780℃

Suhu ini penting untuk proses perlakuan panas, karena suhu ini menentukan transformasi fase baja.

Modulus Elastisitas (E):Kekakuan baja 2Cr13 berkurang seiring dengan suhu:

• Pada suhu 20℃: 210 – 223 GPa
• Pada suhu 400℃: 193 GPa
• Pada suhu 500℃: 184 GPa
• Pada suhu 600℃: 172 GPa

Koefisien Ekspansi Linier (α): Ini mengukur seberapa banyak baja memuai saat dipanaskan:

• 20-100℃: 10,5 ×10⁻⁶ ℃⁻¹
• 20-200℃: 11,0 ×10⁻⁶ ℃⁻¹
• 20-300℃: 11,5 ×10⁻⁶ ℃⁻¹
• 20-400℃: 12,0 ×10⁻⁶ ℃⁻¹
• 20-500℃: 12,0 ×10⁻⁶ ℃⁻¹

Konduktivitas Termal (λ): Menunjukkan seberapa baik baja menghantarkan panas:

• 20-100℃: 23,0 W/(m·K)
• 20-200℃: 23,4 W/(m·K)
• 20-300℃: 24,7 W/(m·K)
• 20-400℃: 25,5 W/(m·K)
• 20-500℃: 26,3 W/(m·K)

Resistivitas Listrik (ρ): Mempengaruhi perilaku baja dalam aplikasi listrik:

• Pada suhu 20℃: 0,55 ×10⁻⁷ Ω·m
• Pada suhu 100℃: 0,65 ×10⁻⁷ Ω·m

Properti ini penting untuk dipertimbangkan oleh desainer dan insinyur saat memilih baja 2Cr13 untuk aplikasi tertentu, terutama yang melibatkan variasi suhu atau komponen listrik.

4. Perlakuan Panas Baja Perkakas 2Cr13

Sesuai perawatan panas sangat penting untuk membuka potensi penuh baja 2Cr13. Proses berikut ini umum digunakan:

4.1 Penempaan

• Pemanas: Panaskan baja secara perlahan sebelum mencapai 850℃, dengan tungku yang dimuat pada ≤800℃.
• Suhu Penempaan: Penempaan dimulai pada suhu 1160-1200℃ dan selesai pada suhu ≥850℃.
• Pendinginan: Setelah ditempa, dinginkan di pasir atau segera anil. Karena konduktivitas termalnya buruk, pemanasan di bawah 850℃ harus dilakukan secara bertahap.
• Pasca Penempaan: Dinginkan bagian yang ditempa secara perlahan dan segera temper.

4.2 Perlakuan Pelunakan

Untuk mengurangi kekerasan saat pemesinan:

• Tempering Suhu Tinggi: 750-800℃
• Metode Alternatif: Tahan pada suhu 875-900℃ selama 1-2 jam, lalu dinginkan pada suhu 15-20℃/jam hingga di bawah 600℃, diikuti dengan pendinginan udara. Ini menghasilkan kekerasan 170-200 HB.

Struktur yang dihasilkan adalah ferit kaya kromium dengan karbida (Cr, Fe)₂₃C₆.

4.3 Pendinginan

• Suhu: Biasanya sekitar 1050℃.
• Pendinginan: Untuk cetakan kecil, pendinginan udara dapat dilakukan untuk meminimalkan deformasi. Cetakan yang lebih besar biasanya didinginkan dengan oli.

4.4 Temperatur

Baja 2Cr13 sering digunakan dalam dua kondisi temper:

• Untuk Kekerasan Tinggi dan Tahan Korosi: Suhu pada 200-350℃.
• Untuk Kekuatan, Plastisitas, dan Ketangguhan yang Seimbang: Suhu pada 650-750℃.

Catatan: Hindari tempering antara 400-600℃ untuk mencegah terjadinya sifat yang tidak diinginkan.

4.5 Rekomendasi Pendinginan dan Tempering

• Pendinginan: Pendinginan oli dari 980-1000℃.
• Tempering: Bervariasi berdasarkan properti yang diinginkan.

4.6 Anil Penghilang Stres

• Temper pada suhu 730-780℃ diikuti dengan pendinginan udara.
• Setelah pengelasan, temper untuk menghilangkan tekanan. Pendinginan lambat pada suhu tinggi dapat menyebabkan pembentukan bainit.

4.7 Perlakuan Panas Pra-Pengerasan

• Panaskan hingga 860-900℃ dan dinginkan tungku untuk mencapai 160-187 HBW.

4.8 Pendinginan dan Tempering Standar

• Pendinginan: Panaskan hingga 1000-1050℃, lalu dinginkan dengan minyak atau air hingga ≥45 HRC.
• Tempering: Pada suhu 660-670℃ dengan pendinginan udara hingga 20-23 HRC.

Proses perlakuan panas ini memungkinkan penyesuaian sifat baja dengan persyaratan aplikasi tertentu, memastikan kinerja optimal dalam berbagai skenario.

5. Sifat Mekanik Baja 2Cr13

Sifat mekanis baja 2Cr13 sangat bergantung pada perlakuan panas yang dialaminya. Berikut ini adalah sifat-sifat umum yang dicapai melalui berbagai proses:

5.1 Setelah Pendinginan dan Tempering

Untuk sampel yang didinginkan pada suhu 980-1000℃, didinginkan dengan oli, lalu ditempa:

• Kekuatan Hasil (Rp0,2): ≥440MPa
• Kekuatan Tarik (Rm): ≥640MPa
• Perpanjangan (A): ≥20%
• Pengurangan Luas (Z): ≥50%
• Energi Dampak (Ku₂): ≥63 J
• Kekerasan (HBW): 192-223

5.2 Kondisi Anil

Untuk lembaran dan strip baja tahan karat martensit anil yang digulung dingin:

• Kekuatan Hasil (Rp0,2): ≥225MPa
• Kekuatan Tarik (Rm): ≥520MPa
• Perpanjangan (A): ≥18%
• Pembengkokan Dingin (180°): d = 2a
• Kekerasan (HBW): ≤223

5.3 Sifat Suhu Tinggi

Setelah pendinginan pada suhu 1000-1020℃, pendinginan oli, dan temper pada suhu 720-750℃, baja menunjukkan sifat-sifat berikut pada suhu tinggi:

Suhu Uji (∘C)	Tarik (Rm, MPa)	Hasil (Rp0,2, MPa)	Perpanjangan (δ, %)	Merah. Luas (ψ, %)	Dampak (αk​, J/cm2)
20	720	520	21.0	68.0	65-175
300	555	400	18.0	66.0	120
400	530	405	16.5	58.5	205
450	495	380	17.5	61.0	–
500	495	420	22.5	66.0	–
550	440	365	32.5	72.5	–

Sifat-sifat ini menunjukkan kemampuan baja untuk mempertahankan kekuatan dan keuletan pada suhu yang lebih tinggi, membuatnya cocok untuk aplikasi paparan panas.

6. Aplikasi Baja 2Cr13

Karena sifatnya yang seimbang, baja 2Cr13 merupakan pilihan yang populer untuk berbagai aplikasi. Baja ini sangat cocok untuk:

• Cetakan Plastik: Terutama yang berada di bawah beban tinggi dan lingkungan korosif, termasuk cetakan untuk produk plastik transparan.
• Komponen Tekanan Tinggi: Seperti bilah turbin, poros dan selongsong pompa minyak panas, impeler, dan pelat katup tekan hidrolik.
• Barang Industri dan Konsumen: Ini termasuk aplikasi dalam industri kertas, peralatan medis, dan barang-barang rumah tangga seperti pisau dan peralatan makan.

Selain itu, baja 2Cr13 dapat digunakan sebagai pengganti baja jenis Cr12 dalam pembuatan cetakan pelubang dan cetakan gambar. Bila diolah dengan karburisasi, pendinginan, dan tempering, baja ini dapat mencapai kekerasan permukaan 62-65 HRC dan kekerasan inti 38-41 HRC, sehingga berpotensi memperpanjang masa pakai cetakan hingga 1-2 kali lipat dibandingkan dengan perlakuan baja Cr12 tradisional.

7. Perbandingan dengan Baja Lainnya

Memahami bagaimana baja 2Cr13 dibandingkan dengan material serupa dapat membantu dalam memilih baja yang tepat untuk kebutuhan spesifik:

• Vs. Baja 1Cr13: 2Cr13 menawarkan kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi setelah pendinginan dan tempering, tetapi memiliki ketahanan korosi dan panas yang sedikit lebih rendah. Kemampuan las dan plastisitasnya dalam keadaan anil juga lebih rendah.
• Vs. Baja 30Cr13: 30Cr13 memiliki kekuatan, kekerasan, dan kemampuan pengerasan yang lebih tinggi daripada baja 2Cr13 (20Cr13) dan 12Cr13 setelah pendinginan. Baja ini memberikan ketahanan korosi terhadap asam nitrat encer dan asam organik lemah pada suhu ruangan, meskipun lebih rendah daripada 12Cr13 dan 20Cr13.
• Vs. Baja 4Cr13: 4Cr13 memiliki kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi daripada 30Cr13 tetapi ketangguhan dan ketahanan korosinya lebih rendah, dengan kemampuan las yang lebih buruk.
• Vs. Baja 20Cr13: 20Cr13 memiliki sifat yang mirip dengan 12Cr13 tetapi dengan kekuatan dan kekerasan yang sedikit lebih tinggi, dan ketangguhan serta ketahanan korosi yang lebih rendah.

Perbandingan ini menyoroti perbedaan di antara berbagai sifat, sehingga memungkinkan para insinyur memilih baja yang paling tepat berdasarkan persyaratan khusus aplikasinya.