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.

Das Eidg. Versicherungsgericht zieht in Erwägung:
1.- Die Vorinstanz hat die massgebenden Bestimmungen und Grundsätze über den Begriff der Invalidität (<ref-law>; AHI 1996 S. 308 Erw. 2a mit Hinweisen), den Umfang des Rentenanspruchs (Art. 28 Abs. 1 und 1bis IVG) und die Bemessung des Invaliditätsgrades bei Erwerbstätigen nach der allgemeinen Methode des Einkommensvergleichs (<ref-law>; <ref-ruling>; AHI 2000 S. 81 Erw. 2a und b) zutreffend dargelegt. Darauf kann verwiesen werden.
2.- Streitig ist der Anspruch auf eine Invalidenrente.
a) Der Versicherte rügt, dass das Gutachten der Dres.
med. K._ und F._ vom 28. April 1999 nur von den psychiatrischen Kriterien ausgehe, weshalb die geschätzte Arbeitsunfähigkeit auch nur die psychischen Folgen, nicht aber die körperlichen Einschränkungen berücksichtige.
Dieser Ansicht kann nicht gefolgt werden. Die Dres.
med. K._ und F._ schätzen "für eine körperlich leichte Tätigkeit und einen bezüglich der orthopädischen Probleme angepassten Arbeitsplatz vorausgesetzt, die Einschränkung der Arbeitsfähigkeit des Exploranden um ca.
40-60 % ein" (Gutachten vom 28. April 1999). Daraus geht eindeutig hervor, dass die Beurteilung der Arbeitsunfähigkeit unter Berücksichtigung der körperlichen Leiden des Versicherten erfolgt ist. Die IV-Stelle durfte sich demnach auf dieses den Anforderungen an einen Arztbericht entsprechende Gutachten (<ref-ruling> Erw. 3a mit Hinweisen) abstützen.
Von der Einholung eines polydisziplinären Gutachtens kann deshalb abgesehen werden.
b) Der Beschwerdeführer bestreitet weiter die Arbeitsfähigkeit in einer adaptierten Tätigkeit von 50 %.
Die IV-Stelle ging von einer Arbeitsfähigkeit von 50 % aus. Dies ist nicht zu beanstanden, zumal es sich bei der Angabe der Gutachter um eine Schätzung handelt, die Verwaltung ihrer Bemessung den Mittelwert des angegebenen Rahmens zugrunde gelegt hat, der Versicherte keinen überzeugenden Grund vorbringt, weshalb von der unteren Grenze auszugehen sei, und das Sozialversicherungsrecht keinen allgemeinen Grundsatz kennt, wonach Verwaltung und Gericht im Zweifel zu Gunsten der versicherten Person zu entscheiden haben (ZAK 1983 S. 260 Erw. 2b; RKUV 1993 Nr. K 921 S. 159 Erw. 3b; ARV 1990 Nr. 12 S. 67).
c) aa) Gemäss Angaben der X._ AG betrug das Einkommen des Versicherten im Jahre 1996 und 1997 monatlich Fr. 4035.- zuzüglich 13. Monatslohn; ferner erhielt er eine Gratifikation von Fr. 670.- (1995) bzw. von Fr. 550.- (1996). Das hypothetische Valideneinkommen betrug somit für 1999 Fr. 53'854.- (13 x Fr. 4035.- + Fr. 600.- zuzüglich Nominallohnentwicklung von 0,5 % für 1997, von 0,7 % für 1998 und von 0,3 % für 1999; Die Volkswirtschaft, 1/2001, Anhang Tabelle B 10.2). Das durchschnittliche Monatseinkommen eines in der Metallbe- und -verarbeitung beschäftigten Mannes im Anforderungsniveau 4 betrug 1996 Fr. 4478.- (Die Schweizerische Lohnstrukturerhebung [LSE] 1996, Tabelle TA 1); dies ergibt unter Berücksichtigung der in der Metallbe-/verarbeitungsbranche üblichen Arbeitszeit von 41,4 Stunden und der Nominallohnentwicklung (Die Volkswirtschaft, 1/2001, Anhang Tabellen B 9.2 und B 10.2) für 1999 ein Jahreseinkommen von Fr. 56'454.-. Entgegen IV-Stelle und Vorinstanz, welche weder den 13. Monatslohn noch die Gratifikation berücksichtigten, bezog der Versicherte vor Eintritt der gesundheitlichen Beeinträchtigung einen Lohn, welcher weniger als 5 % und somit nicht deutlich unter den durchschnittlichen Ansätzen lag. Es ist demnach keine prozentuale Kürzung vorzunehmen.
bb) Für die Bemessung des zumutbaren Invalideneinkommens ist von einer Arbeitsfähigkeit von 50 % in einer adaptierten Tätigkeit auszugehen (vgl. oben Erw. 2b). Bei Zugrundelegung eines durchschnittlichen Monatseinkommens von Fr. 4294.- (LSE 1996, Tabelle TA 1, Anforderungsniveau 4), der betriebsüblichen Arbeitszeit von 41,9 Stunden sowie der Nominallohnentwicklung (Die Volkswirtschaft, 1/2001, Anhang Tabellen B 9.2 und B 10.2) resultiert für 1999 ein Jahreseinkommen von Fr. 27'394.-. Die herangezogenen statistischen Löhne können gemäss Rechtsprechung um bis zu 25 % gekürzt werden (<ref-ruling> Erw. 5 mit Hinweisen). In vergleichbaren Fällen hat das Eidgenössische Versicherungsgericht einen Abzug von 15 % als angemessen betrachtet (vgl. etwa <ref-ruling> Erw. 7b, 124 V 323 Erw. 3b/bb), welcher auch hier anstelle des von IV-Stelle und Vorinstanz gewährten maximalen Abzugs von 25 % angebracht ist. Somit ist von einem zumutbaren Invalideneinkommen von Fr. 23'284.- auszugehen.
cc) Ein Vergleich des massgebenden Valideneinkommens von Fr. 53'854.- mit dem zumutbaren Invalideneinkommen von Fr. 23'284.- ergibt einen Invaliditätsgrad von rund 57 %.
Der Versicherte hat nach Ablauf der einjährigen Wartefrist, demnach mit Wirkung ab 1. Oktober 1997 (<ref-law>), Anspruch auf eine halbe Invalidenrente.
3.- Im Beschwerdeverfahren über die Verweigerung der unentgeltlichen Rechtspflege durch das kantonale Versicherungsgericht sind keine Versicherungsleistungen streitig, weshalb das Eidgenössische Versicherungsgericht nur zu prüfen hat, ob die Vorinstanz Bundesrecht verletzt hat, einschliesslich Überschreitung oder Missbrauch des Ermessens, oder ob der rechtserhebliche Sachverhalt offensichtlich unrichtig, unvollständig oder unter Verletzung wesentlicher Verfahrensbestimmungen festgestellt worden ist (Art. 132 in Verbindung mit Art. 104 lit. a und b sowie Art. 105 Abs. 2 OG; <ref-ruling> Erw. 2).
In seiner vorinstanzlichen Beschwerde brachte der Versicherte im Wesentlichen dieselben Rügen wie vor Eidgenössischem Versicherungsgericht vor. Nachdem die Behauptung, die Gutachter würden bei ihrer Schätzung der Arbeitsunfähigkeit nur die psychischen Folgen berücksichtigen, aktenwidrig ist, auf Grund der unbestrittenermassen erst seit 10. Oktober 1996 vorliegenden andauernden Arbeitsunfähigkeit offensichtlich kein früherer Anspruch auf eine Rente gegeben ist und der Beschwerdeführer keine ernsthaften und begründeten Einwände gegen die Bemessung des Invaliditätsgrades vorbringt, hat die Vorinstanz kein Bundesrecht verletzt, indem sie die Beschwerde als aussichtslos bezeichnete und das Gesuch um unentgeltliche Verbeiständung abwies.
4.- Da die Verwaltungsgerichtsbeschwerde offensichtlich unbegründet ist, wird sie im Verfahren nach Art. 36a OG erledigt.
5.- Infolge Kostenlosigkeit des vorliegenden Verfahrens erweist sich das Begehren um unentgeltliche Prozessführung als gegenstandslos (Art. 134 OG). Die Verwaltungsgerichtsbeschwerde muss als aussichtslos bezeichnet werden, weshalb das Gesuch um unentgeltliche Verbeiständung abzuweisen ist (Art. 152 OG; <ref-ruling> Erw. 4b, 124 I 306 Erw. 2c mit Hinweis).

Demnach erkennt das Eidg. Versicherungsgericht:
I.Die Verwaltungsgerichtsbeschwerde wird abgewiesen.
II.Das Gesuch um unentgeltliche Verbeiständung wird abgewiesen.
III. Es werden keine Gerichtskosten erhoben.
IV.Dieses Urteil wird den Parteien, dem Verwaltungsgericht des Kantons Luzern, Sozialversicherungsrechtliche Abteilung, der Ausgleichskasse Luzern und dem
Bundesamt für Sozialversicherung zugestellt.
Luzern, 7. Mai 2001
Im Namen des
Eidgenössischen Versicherungsgerichts
Der Präsident Die Gerichts- der III. Kammer: schreiberin: