100Cr6 vs 100CrMnSi6 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Insinyur dan tim pengadaan umumnya menghadapi pilihan antara baja karbon tinggi yang saling terkait ketika menentukan komponen di mana ketahanan aus, umur lelah, dan biaya bertemu. Keputusan antara 100Cr6 dan 100CrMnSi6 biasanya muncul untuk elemen penggulung, poros presisi, dan bagian yang aus di mana kemampuan pengerasan, ketangguhan, dan kemampuan mesin harus seimbang dengan perlakuan permukaan dan ekonomi produksi.
Perbedaan teknis utama adalah bahwa kelas kedua meningkatkan kandungan mangan dan silikon relatif terhadap 100Cr6 klasik, menggeser strategi paduan menuju peningkatan kemampuan pengerasan dan deoksidasi sambil mempertahankan karbon tinggi untuk ketahanan aus. Baja ini dibandingkan karena keduanya menargetkan kekerasan tinggi dan kinerja lelah, namun berbeda dalam keseimbangan paduan yang mempengaruhi respons perlakuan panas, kemampuan las, dan pembentukan.
1. Standar dan Penunjukan
- 100Cr6: Umumnya dirujuk ke penunjukan EN EN 100Cr6. Padanan internasional termasuk AISI 52100 dan JIS SUJ2 di banyak pasar. Diklasifikasikan sebagai baja bantalan krom karbon tinggi.
- 100CrMnSi6: Sebuah penunjukan gaya EN yang digunakan dalam beberapa rantai pasokan Eropa dan Asia untuk baja karbon tinggi dengan Mn dan Si yang lebih tinggi. Umumnya dianggap sebagai baja paduan karbon tinggi yang ditujukan untuk komponen yang dikuatkan dan ditempa serta aplikasi jenis bantalan.
Klasifikasi: - 100Cr6 — Baja alat/bantalan karbon (karbon tinggi, paduan krom) - 100CrMnSi6 — Baja paduan karbon dengan efek mikro-paduan (karbon tinggi, ditingkatkan Mn/Si), biasanya digunakan di mana peningkatan kemampuan pengerasan atau kemampuan mesin/stabilitas selama perlakuan panas diperlukan.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel: Rentang komposisi tipikal (wt%). Catatan: kelas komersial dan spesifikasi yang sebenarnya dapat bervariasi berdasarkan standar dan pemasok; nilai yang ditunjukkan adalah representatif dan dijelaskan sebagai rentang tipikal daripada nilai yang dijamin.
| Elemen | 100Cr6 (wt% tipikal) | 100CrMnSi6 (tipikal / relatif) |
|---|---|---|
| C | 0.95 – 1.05 | ~0.95 – 1.05 (C tinggi serupa) |
| Mn | 0.25 – 0.45 | Lebih tinggi (umumnya ≈ 0.8 – 1.5) |
| Si | 0.15 – 0.35 | Lebih tinggi (umumnya ≈ 0.3 – 0.9) |
| P | ≤ 0.025 | ≤ 0.030 – 0.035 (rendah) |
| S | ≤ 0.025 | ≤ 0.030 – 0.035 (rendah) |
| Cr | 1.30 – 1.65 | Sekitar 0.7 – 1.3 (variabel; sering lebih rendah atau serupa) |
| Ni | — | jejak / tidak ditentukan |
| Mo | — | jejak / tidak ditentukan |
| V, Nb, Ti, B, N | jejak jika ada | jejak jika ada |
Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja: - Karbon (C): Kemampuan pengerasan utama dan kekerasan yang dapat dicapai; kedua kelas mempertahankan karbon tinggi untuk kekerasan martensitik dan ketahanan aus. - Kromium (Cr): Mendorong kemampuan pengerasan dan ketahanan temper; 100Cr6 memiliki tingkat Cr yang ditentukan untuk mendukung kinerja bantalan. - Mangan (Mn): Meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan tarik; Mn yang lebih tinggi dalam 100CrMnSi6 meningkatkan kemampuan pengerasan dan mendukung pengerasan menyeluruh di bagian yang lebih besar. - Silikon (Si): Bertindak sebagai deoksidator dan juga meningkatkan kekuatan; Si yang lebih tinggi mendukung praktik dalam baja yang diproduksi dengan deoksidasi yang lebih ketat dan dapat mempengaruhi kekerasan dan respons temper. - Fosfor (P) dan Sulfur (S): Dijaga rendah untuk mempertahankan ketahanan lelah dan ketangguhan; tingkat yang terkontrol penting untuk aplikasi bantalan dan lelah.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Kedua baja dirancang untuk membentuk martensit ketika dikuatkan dari rentang austenit dan ditempa untuk mencapai keseimbangan kekerasan dan ketangguhan yang ditargetkan.
Mikrostruktur: - 100Cr6: Setelah austenitisasi dan pendinginan yang tepat, mikrostruktur sebagian besar martensitik dengan karbida yang terdispersi halus (karbida Cr). Mikrostruktur baja bantalan klasik menekankan distribusi karbida yang bersih dan halus yang mendukung ketahanan lelah kontak bergulir. - 100CrMnSi6: Dengan Mn dan Si yang lebih tinggi, mikrostruktur setelah pendinginan juga martensitik, tetapi peningkatan Mn meningkatkan kemampuan pengerasan sehingga bagian yang lebih dalam lebih mudah mencapai martensit. Morfologi karbida mungkin sedikit berbeda tergantung pada tingkat Cr dan siklus termal.
Rute perlakuan panas: - Normalisasi: Menghasilkan struktur ferrit + pearlit/martensit yang lebih seragam, sering digunakan sebelum pemesinan akhir untuk stabilitas dimensi. - Pendinginan & Tempering: Kedua kelas biasanya diaustenitisasi (suhu tergantung pada penampang dan kimia yang tepat) dan dikuatkan dengan minyak atau kecepatan tinggi untuk membentuk martensit, kemudian ditempa untuk mencapai kekerasan/ketangguhan yang diperlukan. - Pemrosesan termo-mekanis: Untuk 100CrMnSi6, peningkatan Mn dapat meningkatkan respons dalam perlakuan termo-mekanis yang terkontrol untuk memperhalus ukuran butir austenit dan meningkatkan sifat mekanis.
Efek: - 100CrMnSi6 biasanya menunjukkan pengerasan menyeluruh yang lebih baik di bagian yang lebih besar dan potensi distorsi yang lebih rendah karena paduan yang lebih tinggi untuk kemampuan pengerasan. - Perilaku temper: Si yang lebih tinggi dapat memperlambat pelunakan pada temper di beberapa rentang; parameter temper harus dipilih untuk mencapai kombinasi target kekerasan dan ketangguhan.
4. Sifat Mekanis
Sifat mekanis sangat bergantung pada perlakuan panas, penampang, dan kondisi karbida. Tabel di bawah memberikan perilaku tipikal daripada jaminan absolut.
| Sifat | 100Cr6 (perilaku tipikal) | 100CrMnSi6 (perilaku tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Sangat tinggi saat dikuatkan (tergantung pada kekerasan; dapat melebihi 1500 MPa dalam kondisi dikuatkan) | Sebanding atau sedikit lebih tinggi di bagian yang lebih dalam karena kemampuan pengerasan yang lebih baik |
| Kekuatan Luluh | Tergantung pada temper; tinggi dalam kondisi dikuatkan | Serupa; mungkin menunjukkan kekuatan luluh yang lebih tinggi untuk bagian yang dikuatkan menyeluruh |
| Peregangan (%) | Serupa atau sedikit lebih rendah jika mikrostruktur yang lebih keras dicapai | |
| Ketangguhan Impak | Sedang hingga rendah pada kekerasan yang sangat tinggi; meningkat dengan temper | Sering sedikit meningkat pada kekerasan yang setara karena martensit yang lebih seragam di bagian yang lebih tebal |
| Kekerasan | Dapat dikuatkan hingga HRC yang sangat tinggi (sering 58–66 HRC untuk aplikasi bantalan) | Kekerasan yang dapat dicapai serupa; lebih mudah untuk mendapatkan kekerasan menyeluruh di bagian yang lebih besar |
Interpretasi: - Untuk komponen kecil yang dikuatkan dengan baik, kedua kelas dapat mencapai kekerasan maksimum dan ketahanan aus yang serupa. - Untuk penampang yang lebih besar atau komponen yang memerlukan sifat yang lebih seragam melalui penampang, Mn dan Si yang lebih tinggi pada 100CrMnSi6 umumnya memfasilitasi kemampuan pengerasan yang lebih baik, memungkinkan kekerasan yang sebanding dengan tantangan perlakuan panas yang lebih sedikit. - Ketangguhan paling baik dikendalikan oleh praktik temper dan kebersihan baja (inklusions). Distribusi kromium dan karbida 100Cr6 secara historis menjadikannya sangat baik untuk ketahanan lelah kontak bergulir ketika diproses dengan benar.
5. Kemampuan Las
Pertimbangan kemampuan las berfokus pada ekuivalen karbon dan kecenderungan untuk membentuk martensit keras dan rapuh di zona yang terpengaruh panas.
Indeks yang berguna (tidak menggantikan kualifikasi): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Keduanya adalah baja karbon tinggi; kandungan karbon dasar mereka membuat pengelasan menjadi tantangan tanpa pemanasan awal, prosedur hidrogen rendah, dan suhu antar-lapisan yang terkontrol untuk menghindari retak. - Mn yang lebih tinggi pada 100CrMnSi6 meningkatkan ekuivalen karbon dan kemampuan pengerasan lebih lanjut, meningkatkan risiko HAZ martensitik keras jika tidak dipanaskan dengan benar atau jika pendinginan terlalu cepat. - 100Cr6 dengan kandungan Cr spesifiknya masih memerlukan praktik pengelasan yang hati-hati; kedua kelas umumnya dianggap "sulit untuk dilas" dalam kondisi dikuatkan dan biasanya dilas dalam keadaan annealed atau dinormalisasi dengan prosedur yang sesuai dan perlakuan panas pasca-las jika diperlukan.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik 100Cr6 maupun 100CrMnSi6 bukanlah baja tahan karat; ketahanan korosi terbatas dan harus dikelola melalui pelapisan atau inhibitor.
- Metode perlindungan umum: galvanisasi, elektroplating, konversi fosfat, cat organik, permukaan yang dilumasi, atau nitriding/carburizing diikuti dengan penyegelan yang sesuai.
- PREN tidak berlaku karena ini bukan kelas tahan karat. Untuk baja tahan karat, seseorang akan menggunakan: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ tetapi indeks ini tidak relevan untuk baja bantalan karbon tinggi yang tidak tahan karat.
- Untuk komponen bantalan, mitigasi korosi sering berfokus pada strategi pelumasan, alternatif tahan karat (jika korosi adalah yang utama), atau pelapisan pengorbanan lokal.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan
- Kemampuan mesin: Dalam kondisi annealed, kedua kelas dapat diproses dengan baik, tetapi Mn dan Si yang lebih tinggi dapat membuat 100CrMnSi6 sedikit lebih keras dan mungkin lebih abrasif terhadap alat. Karbon tinggi dan karbida yang ada di kedua kelas mengurangi umur alat dalam kondisi dikuatkan.
- Pembentukan/ditekuk dingin: Terbatas untuk kedua kelas karena karbon tinggi — pembentukan umumnya dilakukan dalam kondisi yang lebih lembut, annealed dengan kompensasi pemulihan yang sesuai.
- Penggilingan/penyelesaian: Permintaan penyelesaian permukaan kelas bantalan membuat penggilingan menjadi kritis; distribusi karbida 100Cr6 dioptimalkan untuk perilaku penggilingan yang dapat diprediksi. 100CrMnSi6 dapat memerlukan penyesuaian dalam parameter penggilingan jika morfologi karbida berbeda.
- Distorsi perlakuan panas: 100CrMnSi6 sering menunjukkan variasi pengerasan yang lebih sedikit melalui penampang yang dapat mengurangi beberapa risiko distorsi di bagian yang lebih besar.
8. Aplikasi Tipikal
| 100Cr6 | 100CrMnSi6 |
|---|---|
| Bantalan bergulir (bola, rol), poros presisi, lintasan bantalan di mana sifat klasik 52100 diperlukan | Bagian aus, poros dengan penampang sedang, rol, komponen yang membutuhkan pengerasan menyeluruh yang lebih baik dan di mana ukuran produksi lebih besar |
| Komponen yang digiling dengan presisi tinggi dengan persyaratan lelah yang ketat | Komponen yang membutuhkan kemampuan pengerasan yang lebih tinggi untuk diameter yang lebih besar atau penampang yang lebih tebal |
| Aplikasi di mana distribusi karbida krom yang terbukti untuk ketahanan lelah kontak bergulir sangat penting | Aplikasi di mana biaya–kinerja lebih menguntungkan paduan yang sedikit berbeda (Mn/Si lebih tinggi) untuk mempermudah perlakuan panas dalam produksi |
Rasional pemilihan: - Pilih 100Cr6 ketika kinerja bantalan klasik dengan perilaku ketahanan lelah kontak bergulir yang terbukti adalah prioritas dan penampangnya kecil hingga sedang. - Pilih 100CrMnSi6 ketika penampang yang lebih besar atau bagian yang memerlukan pengerasan menyeluruh yang lebih dapat diandalkan dan kontrol perlakuan panas yang sedikit disederhanakan adalah prioritas, sambil tetap menginginkan ketahanan aus yang tinggi.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: Keduanya adalah baja karbon tinggi komoditas; 100Cr6 (52100) distandarisasi secara global dan tersedia luas — sering kali dengan harga yang stabil. 100CrMnSi6 mungkin sedikit lebih rendah atau sebanding dalam biaya tergantung pada campuran pemasok lokal dan biaya paduan (biaya Mn dan Si).
- Ketersediaan: 100Cr6 memiliki ketersediaan global yang sangat baik dalam bentuk bulat, batang, dan stok kualitas bantalan. Ketersediaan 100CrMnSi6 tergantung pada lini produk pabrik regional tetapi umumnya ditawarkan untuk pengecoran, batang, dan beberapa bagian yang ditarik dingin.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (kualitatif):
| Metrik | 100Cr6 | 100CrMnSi6 |
|---|---|---|
| Kemampuan Las | Sulit (karbon tinggi) | Lebih sulit (kemampuan pengerasan lebih tinggi) |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Sangat baik untuk aplikasi bantalan (karbida yang dioptimalkan) | Kekuatan sebanding; pengerasan menyeluruh yang lebih baik di bagian yang lebih besar |
| Biaya | Standar dan tersedia luas | Sebanding; mungkin menawarkan keuntungan produksi dalam beberapa kasus |
Rekomendasi penutup: - Pilih 100Cr6 jika Anda membutuhkan baja bantalan yang sudah mapan dengan kimia karbida krom yang dioptimalkan untuk ketahanan lelah kontak bergulir, stabilitas dimensi yang ketat setelah penggilingan, dan ketika penampang komponen kecil hingga sedang. - Pilih 100CrMnSi6 jika aplikasi Anda memerlukan ketahanan aus karbon tinggi yang sama tetapi dengan kemampuan pengerasan yang lebih tinggi untuk bagian yang lebih dalam, atau ketika manfaat produksi (misalnya, perlakuan panas yang lebih memaafkan di bagian yang lebih besar) melebihi pertimbangan pengelasan dan pemesinan yang sedikit meningkat.
Langkah praktis selanjutnya untuk pengadaan dan rekayasa: - Tentukan perlakuan panas yang dimaksudkan dan rentang kekerasan atau sifat mekanis yang ditargetkan daripada hanya menentukan kelas. - Untuk desain yang dilas, konsultasikan spesifikasi prosedur pengelasan dan lakukan kualifikasi dalam keadaan annealed jika memungkinkan. - Untuk komponen bantalan atau komponen kritis lelah, minta sertifikat material dan verifikasi mikrostruktur (distribusi karbida, kandungan inklusi) dari pemasok untuk memastikan konsistensi kinerja.