A.- H._ (geboren 1954) arbeitete seit 1. Mai 1992 bei der X._ AG. Am 20. Juni 1992 und am 13. November 1994 verletzte er bei Unfällen sein linkes Knie. Im Juni 1996 erlitt er einen Rückfall und blieb ab dem 9. Oktober 1996 der Arbeit aus gesundheitlichen Gründen fern. Die X._ AG kündigte ihm die Stelle auf den 28. Februar 1998 (Schreiben vom 21. November 1997). Mit Anmeldung vom 24. September 1997 ersuchte er um Leistungen der Invalidenversicherung. Gestützt auf verschiedene Berichte des Dr. med. B._, Facharzt für Orthopädie, und des Dr. med. L._, SUVA Kreisarzt, sowie des Gutachtens der Dres. med. K._ und F._, Psychiatriezentrum Y._, Spital Z._, vom 28. April 1999 ermittelte die IV-Stelle Luzern einen Invaliditätsgrad von 63 % und sprach H._ mit Wirkung ab 1. Oktober 1997 eine halbe Invalidenrente zu (Verfügung vom 16. September 1999). B.- Das Verwaltungsgericht des Kantons Luzern wies die hiegegen erhobene Beschwerde sowie das Gesuch um unentgeltliche Verbeiständung mit Entscheid vom 13. April 2000 ab. C.- H._ lässt Verwaltungsgerichtsbeschwerde führen mit dem Antrag, es sei ihm unter Aufhebung des kantonalen Entscheids mit Wirkung ab 1. Oktober 1996 eine ganze Invalidenrente zuzusprechen und für das vorinstanzliche Verfahren die unentgeltliche Rechtspflege zu gewähren. Zudem ersucht er um unentgeltliche Prozessführung und Verbeiständung im Verfahren vor dem Eidgenössischen Versicherungsgericht. Die IV-Stelle schliesst auf Abweisung der Verwaltungsgerichtsbeschwerde. Das Bundesamt für Sozialversicherung lässt sich nicht vernehmen.