440A vs 440C – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
440A dan 440C adalah dua baja tahan karat martensitik yang sangat terkait dan banyak digunakan di mana kombinasi kekerasan, ketahanan aus, dan ketahanan korosi sedang diperlukan. Insinyur dan tim pengadaan biasanya mempertimbangkan trade-off antara biaya, retensi tepi atau masa pakai aus, dan kompleksitas fabrikasi saat memilih di antara keduanya — misalnya, memilih antara material yang lebih murah dan lebih mudah diproses dan kelas karbon yang lebih tinggi dengan kekerasan dan ketahanan aus yang lebih baik.
Perbedaan kinerja utama antara kelas-kelas ini berasal dari kandungan karbon yang berbeda dan cara karbon berinteraksi dengan kromium dan elemen paduan lainnya untuk mengontrol kemampuan pengerasan martensitik, pembentukan karbida, dan atribut mekanis akhir. Akibatnya, 440C biasanya mencapai kekerasan dan ketahanan aus yang lebih tinggi dengan mengorbankan ketangguhan yang lebih rendah dan pengelasan/mesin yang lebih menantang dibandingkan dengan 440A.
1. Standar dan Penunjukan
Kelas-kelas ini ditentukan dan dirujuk dalam sejumlah standar nasional dan industri. Sistem penunjukan umum di mana Anda akan menemukan kelas-kelas ini meliputi:
- AISI / ASTM / ASME: Sering dirujuk dengan nomenklatur AISI/UNS (baja tahan karat martensitik).
- EN (Norma Eropa) / setara ISO: Ditemukan dalam daftar EN di bawah penunjukan baja tahan karat martensitik yang mengandung kromium.
- JIS (Standar Industri Jepang): Diidentifikasi sebagai SUS440A dan SUS440C.
- GB (standar Cina) dan standar nasional lainnya: Komposisi serupa muncul di bawah nama kelas lokal.
Klasifikasi material: baik 440A maupun 440C adalah baja tahan karat martensitik (umumnya digunakan sebagai baja bantalan/alat/pisau). Mereka bukan baja HSLA; mereka adalah baja tahan karat/baja alat yang dapat dipanaskan yang dirancang untuk kekerasan dan ketahanan aus daripada ketangguhan atau kemampuan bentuk yang luar biasa.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut mencantumkan rentang komposisi tipikal untuk kedua kelas dalam persen berat. Rentang ini mewakili spesifikasi umum (keluarga JIS/EN/AISI) dan dimaksudkan untuk tujuan perbandingan.
| Elemen | 440A (rentang tipikal, wt%) | 440C (rentang tipikal, wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.60 – 0.75 | 0.95 – 1.20 |
| Mn | ≤ 1.00 | ≤ 1.00 |
| Si | ≤ 1.00 | ≤ 1.00 |
| P | ≤ 0.04 | ≤ 0.04 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 16.0 – 18.0 | 16.0 – 18.0 |
| Ni | ≤ 0.75 | ≤ 0.75 |
| Mo | ≤ 0.75 (sering rendah) | ≤ 0.75 (sering rendah) |
| V, Nb, Ti | Biasanya tidak ada | Biasanya tidak ada |
| B, N | Jejak / tidak ditentukan | Jejak / tidak ditentukan |
Strategi paduan dan konsekuensi metalurgi: - Kromium pada ~16–18% memberikan karakteristik tahan karat melalui film oksida pasif sambil juga mempromosikan pembentukan karbida (karbida Cr) yang mempengaruhi perilaku aus. - Karbon adalah pembeda kunci: karbon yang lebih tinggi pada 440C membentuk lebih banyak dan karbida yang lebih keras dan meningkatkan kekerasan martensitik setelah pendinginan, meningkatkan ketahanan aus dan retensi tepi. - Mangan dan silikon adalah deoksidator dan elemen paduan minor; molibdenum, jika ada, sedikit meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan korosi. - Tingkat rendah Ni, V, dan elemen mikro paduan lainnya umumnya tidak ada atau minimal; desain bergantung pada interaksi Cr–C untuk sifat-sifatnya.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Perbandingan mikrostruktur: - Kedua kelas mengembangkan matriks martensitik setelah pengerasan, dengan karbida kromium terdistribusi melalui matriks. Ukuran karbida, fraksi volume, dan distribusi sangat bergantung pada karbon. - 440A (karbon lebih rendah): menghasilkan lebih sedikit karbida dengan fraksi volume karbida yang lebih kecil; martensit cenderung kurang jenuh dengan karbon, menghasilkan kekerasan yang lebih rendah dan ketangguhan yang relatif lebih baik. - 440C (karbon lebih tinggi): memberikan fraksi volume karbida kromium yang lebih tinggi dan kandungan karbon yang lebih tinggi dalam martensit; hasilnya adalah kekerasan yang lebih tinggi dan ketahanan aus yang lebih baik tetapi ketangguhan dan duktilitas yang lebih rendah.
Respons perlakuan panas yang tipikal: - Annealing: kedua kelas di-anneal untuk mengurangi stres dan melembutkan sebelum pemesinan. Mikrostruktur yang di-anneal biasanya adalah ferit/perlit ditambah karbida yang tidak terlarut; kekerasan cukup rendah untuk pemesinan. - Pendinginan: pendinginan minyak atau udara/minyak tergantung pada ukuran bagian dan sifat yang diinginkan. Suhu austenitisasi dipilih untuk melarutkan karbida yang sesuai tanpa pertumbuhan butir yang berlebihan. - Tempering: tempering mengurangi kerapuhan dan menyesuaikan kekerasan. Karena karbon yang lebih tinggi, 440C mencapai kekerasan tempering yang lebih tinggi pada suhu tempering tertentu tetapi dapat lebih rentan terhadap kerapuhan temper dan memerlukan pemilihan temper yang hati-hati. - Pemrosesan termo-mekanis: penempaan dan perlakuan larutan yang terkontrol dapat memperbaiki distribusi karbida, meningkatkan ketangguhan dan ketahanan aus; kedua kelas merespons rute semacam itu tetapi 440C membutuhkan kontrol proses yang lebih ketat untuk menghindari karbida kasar.
4. Sifat Mekanis
Sifat mekanis sangat bergantung pada perlakuan panas. Tabel berikut merangkum perilaku komparatif daripada angka absolut tunggal — ini dirancang untuk membantu keputusan pemilihan dalam manufaktur dan pengadaan.
| Sifat | 440A (perilaku tipikal) | 440C (perilaku tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Sedang hingga tinggi (tergantung pada pengerasan) | Lebih tinggi (ketika sepenuhnya dikeraskan) |
| Kekuatan luluh | Sedang | Lebih tinggi |
| Peregangan (duktilitas) | Lebih tinggi (lebih duktil) | Lebih rendah (duktilitas berkurang) |
| Ketangguhan impak | Lebih baik (resistensi lebih besar terhadap patah rapuh) | Lebih rendah (lebih rapuh saat dikeraskan) |
| Kekerasan (HRC, rentang kekerasan yang tipikal) | ~48 – 56 HRC | ~56 – 62 HRC |
Penjelasan: - 440C mencapai kekerasan puncak dan kekuatan tarik yang lebih tinggi karena karbon yang lebih tinggi memungkinkan martensit yang lebih keras dan lebih banyak karbida kromium. Itu juga mengurangi duktilitas dan ketangguhan impak relatif terhadap 440A. - Jika ketangguhan dan ketahanan terhadap patah katastropik adalah prioritas, 440A umumnya akan berkinerja lebih baik setelah perlakuan panas yang sebanding. Jika ketahanan aus dan retensi tepi sangat penting, 440C biasanya lebih disukai.
5. Keterlasan
Mengelas baja tahan karat martensitik memerlukan kehati-hatian karena kecenderungannya untuk membentuk martensit yang keras dan rapuh serta retak di zona yang terpengaruh panas (HAZ). Pengaruh kunci termasuk kandungan karbon, kemampuan pengerasan (Cr dan paduan lainnya), dan mikro paduan.
Indeks komposisi yang berguna (interpretasi secara kualitatif): - Karbon Setara (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Nilai $CE_{IIW}$ yang lebih tinggi menunjukkan risiko yang lebih besar dari pengerasan HAZ dan retak; 440C umumnya akan memberikan nilai yang lebih tinggi daripada 440A karena karbonnya yang lebih tinggi.
- Pcm (parameter keterlasan): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Nilai $P_{cm}$ yang lebih tinggi berkorelasi dengan keterlasan yang lebih buruk dan permintaan perlakuan panas pra-panas/pascaweld yang lebih tinggi.
Interpretasi kualitatif: - 440A (karbon lebih rendah) lebih mudah untuk dilas dibandingkan 440C tetapi tetap memerlukan pemanasan awal, suhu antar proses yang terkontrol, dan tempering pasca-weld atau pengurangan stres untuk menghindari retak HAZ. - 440C (karbon tinggi) lebih sulit untuk dilas. Dalam banyak kasus, pengelasan dihindari; pengencangan mekanis atau penyolderan mungkin lebih disukai. Jika pengelasan diperlukan, protokol pemanasan awal, parameter pengelasan, dan perlakuan panas pasca-weld yang ketat adalah wajib.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Kedua 440A dan 440C adalah tahan karat karena kandungan kromium, tetapi ketahanan korosi mereka hanya sedang dibandingkan dengan baja tahan karat austenitik (seri 300). Karbida kromium dapat terbentuk dan mengurangi kromium secara lokal (sensitisasi) jika berada dalam rentang suhu kritis, mengurangi ketahanan korosi lokal.
- Untuk lingkungan yang agresif, perlindungan permukaan (pasivasi, pelapisan) atau paduan alternatif harus dipertimbangkan.
Rumus PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) untuk baja tahan karat ketika Mo dan N penting: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - Aplikasi: PREN paling berarti untuk kelas duplex dan austenitik dengan Mo dan N yang signifikan. Untuk 440A/440C, dengan Mo dan N yang rendah, PREN rendah dan bukan diskriminator yang berguna. - Catatan praktis: Di mana ketahanan korosi sangat penting (misalnya, laut, asam), pilih kelas tahan karat dengan kandungan Mo/N yang lebih tinggi (atau paduan austenitik/duplex) daripada mengandalkan martensitik.
Perlindungan permukaan untuk penggunaan non-tahan karat (jika material tidak mencukupi): galvanisasi, pelapisan, pelapisan konversi, dan cat adalah opsi untuk baja karbon/paduan, tetapi untuk 440A/440C pendekatan yang biasa adalah pasivasi (pasivasi asam) dan penyelesaian permukaan yang terkontrol untuk meminimalkan inisiasi celah/pitting.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Bentuk
- Kemudahan pemesinan: 440A (kekerasan lebih rendah) umumnya lebih mudah diproses dalam kondisi di-anneal dibandingkan 440C. Karbon dan kandungan karbida yang lebih tinggi pada 440C meningkatkan keausan alat dan mengurangi kecepatan pemotongan kecuali material di-anneal dan alat/pelapisan khusus digunakan.
- Pemotongan dan penyelesaian: 440C merespons dengan baik terhadap penggilingan dan pemolesan presisi — sehingga popularitasnya untuk bilah pisau dan komponen bantalan. Lebih abrasif dan lebih lambat daripada 440A pada laju umpan yang setara.
- Kemampuan bentuk dan pembengkokan: Kedua kelas memiliki kemampuan bentuk dingin yang terbatas dibandingkan dengan baja tahan karat austenitik. 440A sedikit lebih toleran selama pembentukan karena kemampuan pengerasan yang lebih rendah; 440C biasanya hanya dibentuk ketika di-anneal lembut dan kemudian diperlakukan panas.
- Perlakuan panas setelah pembentukan adalah praktik umum; pemesinan akhir sering dilakukan setelah perlakuan panas dan tempering atau melalui operasi penggilingan.
8. Aplikasi Tipikal
| 440A — Penggunaan tipikal | 440C — Penggunaan tipikal |
|---|---|
| Peralatan makan dengan biaya lebih rendah, bilah pisau yang murah, alat bedah di mana retensi tepi yang lebih sedikit dapat diterima | Bilah pisau kelas atas, peralatan makan presisi, bilah cukur dengan retensi tepi yang lebih lama |
| Bantalan kecil, komponen katup di mana beban/aus dan ketahanan korosi sedang cukup | Bantalan bola, washer dorong, dudukan katup yang memerlukan ketahanan aus yang lebih tinggi |
| Spring dan poros di mana kekerasan dan ketangguhan sedang seimbang | Ring aus, segel, dan komponen hidrolik yang terkena aus geser tinggi |
| Bagian umum di mana ekonomi pemesinan penting | Aplikasi yang menuntut kekerasan tinggi, ketahanan abrasi, dan penyelesaian permukaan yang halus |
Rasional pemilihan: - Pilih 440A untuk aplikasi yang memprioritaskan biaya, fabrikasi yang lebih mudah, dan ketangguhan yang lebih tinggi di mana permintaan aus sedang. - Pilih 440C di mana retensi tepi, ketahanan aus, dan kekerasan puncak adalah atribut yang menentukan dan di mana kontrol fabrikasi yang lebih ketat (perlakuan panas, penggilingan akhir) dapat diterapkan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: 440A biasanya lebih murah daripada 440C karena kandungan karbon yang lebih rendah dan pemrosesan