65Mn vs SAE1070 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara rutin mempertimbangkan trade-off antara kekuatan, kemampuan pengerasan, kemampuan pengelasan, kemampuan mesin, dan biaya saat memilih baja karbon untuk komponen yang menahan beban atau tahan aus. Dua jenis baja karbon tinggi yang sering dibandingkan adalah 65Mn — baja pegas karbon tinggi yang umum ditentukan dalam standar Asia Timur — dan SAE 1070 — baja karbon tinggi polos dari seri 10xx yang digunakan di AS/internasional.
Keputusan antara keduanya sering berfokus pada kemampuan pengerasan dan kinerja pegas dibandingkan dengan kesederhanaan kimia dan ketersediaan regional. Karena keduanya ditentukan di bawah konvensi nasional yang berbeda dan memiliki strategi paduan yang berbeda, mereka berperilaku berbeda di bawah perlakuan panas dan urutan fabrikasi yang identik, sehingga substitusi langsung tidaklah sepele tanpa penyesuaian proses.
1. Standar dan Penunjukan
- 65Mn — Biasanya muncul dalam standar baja pegas GB/GB/T Cina (sering dirujuk untuk kawat dan strip pegas). Diklasifikasikan sebagai baja pegas karbon tinggi.
- SAE 1070 (AISI 1070) — Bagian dari seri baja karbon polos SAE/AISI 10xx. Diklasifikasikan sebagai baja karbon polos karbon tinggi.
- Standar/notasi lain yang mungkin relevan: ASTM/ASME (untuk bentuk produk), EN (ekuivalen Eropa sering ditentukan berdasarkan sifat mekanik daripada komposisi yang tepat), JIS (standar Jepang mungkin memiliki baja pegas yang sebanding), dan berbagai spesifikasi pabrik.
Klasifikasi: - 65Mn: Baja pegas karbon tinggi (tidak paduan tetapi diperkuat oleh mangan dan silikon). - SAE1070: Baja karbon polos karbon tinggi (tidak paduan).
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Di bawah ini adalah rentang komposisi tipikal yang ditawarkan sebagai nilai indikatif dari rentang spesifikasi/pabrik yang umum. Selalu verifikasi sertifikat uji pabrik untuk komposisi yang tepat sebelum perhitungan desain atau pengelasan.
| Elemen | 65Mn (rentang tipikal) | SAE 1070 (rentang tipikal) |
|---|---|---|
| C | 0.62 – 0.70 wt% | 0.65 – 0.75 wt% |
| Mn | 0.80 – 1.20 wt% | 0.30 – 0.60 wt% |
| Si | 0.15 – 0.40 wt% | 0.10 – 0.35 wt% |
| P | ≤ 0.035 wt% | ≤ 0.04 wt% |
| S | ≤ 0.035 wt% | ≤ 0.05 wt% |
| Cr | biasanya jejak (≤ 0.25) | biasanya jejak (≤ 0.25) |
| Ni | biasanya jejak | biasanya jejak |
| Mo | biasanya jejak | biasanya jejak |
| V, Nb, Ti, B, N | tidak ditambahkan secara sengaja dalam grade standar; tingkat jejak mungkin ada | tidak ditambahkan secara sengaja dalam grade standar; tingkat jejak mungkin ada |
Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja: - Karbon mengontrol kekerasan maksimum yang dapat dicapai dan kekuatan setelah pendinginan dan temper; kedua grade adalah karbon tinggi dan oleh karena itu mampu mencapai kekerasan tinggi. - Mangan meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan tarik serta berkontribusi pada kekuatan dalam struktur martensitik yang sudah didinginkan. Kandungan Mn yang lebih tinggi pada 65Mn meningkatkan kemampuan pengerasan relatif terhadap SAE1070. - Silikon adalah deoksidator dan berkontribusi pada kekuatan; kedua grade memiliki Si yang moderat. - Elemen paduan jejak dan kotoran (Cr, Mo, V) ketika ada bahkan pada tingkat rendah mempengaruhi kemampuan pengerasan dan respons temper; keberadaannya bervariasi menurut pabrik.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur dan respons tipikal: - Kondisi yang dinormalisasi: Kedua grade adalah struktur ferit/perlit dengan perlit kasar jika didinginkan perlahan; duktilitas dan kemampuan mesin dimaksimalkan. - Normalisasi: Memperhalus ukuran butir dan menghasilkan matriks perlit yang lebih halus; keduanya merespons positif, tetapi 65Mn mendapatkan manfaat dari peningkatan keseragaman kemampuan pengerasan pada pendinginan berikutnya. - Pendinginan dan tempering: Keduanya dapat didinginkan dari suhu austenitisasi untuk membentuk martensit. Karena kandungan Mn yang lebih tinggi, 65Mn mencapai transformasi martensitik yang lebih dalam (kemampuan pengerasan yang lebih baik) pada bagian yang lebih tebal atau media pendingin yang lebih lambat dibandingkan SAE1070. Tempering kemudian menyesuaikan keseimbangan kekerasan/kekuatan. - Pemrosesan termo-mekanis: Penarikan dingin atau penggulungan terkontrol diikuti oleh perlakuan panas yang sesuai adalah tipikal untuk kawat pegas (65Mn), menghasilkan mikrostruktur martensit atau bainitik yang dikeraskan dengan batas elastis tinggi dan kekuatan kelelahan.
Implikasi praktis: Untuk aplikasi yang memerlukan pengerasan yang konsisten (misalnya, pegas bagian sedang, komponen dengan ketahanan tinggi), 65Mn biasanya dapat mentolerir penampang yang lebih besar tanpa transformasi yang tidak lengkap. SAE1070 mungkin memerlukan laju pendinginan yang lebih cepat, penampang yang lebih kecil, atau penyesuaian paduan untuk mencapai pengerasan yang setara.
4. Sifat Mekanik
Nilai sangat bergantung pada perlakuan panas dan ukuran bagian; tabel di bawah ini memberikan rentang fungsional tipikal setelah perlakuan panas industri yang representatif (dinormalisasi dan didinginkan & temper). Ini adalah indikatif — konsultasikan data pemasok dan laporan uji untuk nilai desain.
| Sifat (tipikal) | 65Mn (dinormalisasi → rentang QT) | SAE1070 (dinormalisasi → rentang QT) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (MPa) | Dinormalisasi: ~550–750 → QT: ~1100–1600 | Dinormalisasi: ~550–750 → QT: ~900–1200 |
| Kekuatan luluh (0.2% offset, MPa) | Dinormalisasi: ~300–500 → QT: ~800–1400 | Dinormalisasi: ~300–500 → QT: ~600–1100 |
| Peregangan (%) | Dinormalisasi: ~15–25 → QT: ~6–15 | Dinormalisasi: ~15–25 → QT: ~6–12 |
| Kekuatan impak (Charpy, J) | Bervariasi dengan temper: meningkat dengan temper yang lebih tinggi; umumnya memiliki kinerja kelelahan yang baik jika ditemper dengan benar | Umumnya memiliki kekuatan patah yang lebih rendah dalam rentang kekerasan yang setara; lebih sensitif terhadap ukuran bagian |
| Kekerasan (HRC/HV) | Dinormalisasi: ~150–220 HB → QT: ~40–60 HRC (tergantung pada temper) | Dinormalisasi: ~150–220 HB → QT: ~35–55 HRC (tergantung pada temper) |
Interpretasi: - Kekuatan: Ketika dikeraskan dan ditemper untuk aplikasi pegas atau aus, 65Mn biasanya mencapai kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang lebih tinggi dibandingkan SAE1070 karena kemampuan pengerasan dan kandungan Mn yang lebih besar. - Ketangguhan dan duktilitas: Tempering yang tepat sangat penting. SAE1070 dapat bersifat duktil dalam kondisi dinormalisasi tetapi mencapai ketangguhan melalui bagian yang lebih rendah pada kekerasan tinggi dibandingkan 65Mn dengan kekerasan yang serupa. - Kelelahan: 65Mn, yang diproduksi sebagai kawat pegas atau strip dengan pemrosesan terkontrol, sering memberikan ketahanan kelelahan yang lebih baik untuk aplikasi siklik.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan didominasi oleh ekuivalen karbon dan keberadaan elemen yang meningkatkan kemampuan pengerasan. Dua indeks empiris yang umum digunakan adalah:
-
Ekuivalen karbon International Institute of Welding: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr + Mo + V}{5} + \frac{Ni + Cu}{15}$$
-
Parameter pencegahan martensit (Pcm): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn + Cu}{20} + \frac{Cr + Mo + V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Kandungan Mn yang lebih tinggi dan C yang tinggi pada 65Mn menghasilkan $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih tinggi dibandingkan SAE1070 dalam komposisi tipikal, menunjukkan kecenderungan yang lebih tinggi untuk membentuk HAZ martensitik yang keras dan risiko peningkatan retak dingin jika dilas tanpa pemanasan awal dan tempering pasca las. - SAE1070, dengan kandungan Mn yang lebih rendah, cenderung lebih mudah dilas, tetapi karbon tinggi tetap memerlukan kontrol yang hati-hati: input panas rendah, pemanasan awal yang sesuai, dan/atau penggunaan bahan habis pakai dan prosedur untuk menghindari pembentukan martensit dan retak hidrogen. - Untuk kedua grade, pendekatan yang direkomendasikan termasuk pemanasan awal, suhu antar-passing yang terkontrol, elektroda atau logam pengisi rendah hidrogen, dan perlakuan panas pasca las tergantung pada fungsi komponen.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik 65Mn maupun SAE1070 tidak tahan karat; ketahanan korosi intrinsik rendah. Gunakan perlindungan permukaan yang sesuai untuk layanan di lingkungan korosif.
- Metode perlindungan yang umum: galvanisasi celup panas (untuk lembaran/bagian di mana topologi memungkinkan), elektroplating, pelapisan konversi, pengecatan/perlindungan permukaan, atau perlindungan katodik untuk rakitan.
- PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) hanya berlaku untuk paduan stainless: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Tidak berlaku untuk baja karbon tinggi non-stainless ini.
- Untuk bagian yang juga memerlukan ketahanan korosi, pertimbangkan alternatif stainless atau pelapis pelindung; pengerasan dan tempering dapat mempengaruhi daya rekat pelapis dan tegangan sisa, jadi rencanakan urutan perlakuan permukaan dengan tepat.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Bentuk
- Pemotongan dan pemesinan: SAE1070 umumnya menawarkan kemampuan mesin yang sedikit lebih baik dalam kondisi dinormalisasi yang sebanding karena kandungan Mn yang lebih rendah dan mikrostruktur yang sedikit lebih dapat diprediksi. Setelah pengerasan, kedua baja bersifat abrasif terhadap alat karena fase keras; penggilingan daripada pembubutan mungkin diperlukan untuk komponen yang dikeraskan.
- Pembentukan dan pembengkokan: Dalam kondisi dinormalisasi, keduanya membentuk dengan baik; dalam kondisi dikeraskan, 65Mn jauh lebih sulit dibentuk. Manufaktur pegas sering menggunakan penarikan dingin dan tempering terkontrol untuk mencapai sifat pegas yang diinginkan pada 65Mn.
- Pertimbangan perlakuan panas: 65Mn memerlukan pendinginan terkontrol (sering pendinginan minyak untuk pegas) dan siklus temper untuk menghindari kerapuhan yang berlebihan; SAE1070 mungkin memerlukan pendinginan yang lebih cepat atau kontrol ukuran bagian untuk mencapai kekerasan yang setara.
8. Aplikasi Tipikal
| 65Mn (penggunaan umum) | SAE1070 (penggunaan umum) |
|---|---|
| Pegas koil dan daun berkinerja tinggi, komponen suspensi | Shaft, poros, pin, mandrel, pegas sederhana dalam penampang kecil |
| Kawat pegas dan strip, pegas datar presisi | Baja tempa dan komponen yang diproses memerlukan kekerasan tinggi |
| Bagian aus, pisau, bilah pemotong di mana ketangguhan dan kemampuan pengerasan diperlukan | Pegas (penampang kecil), tepi pemotong di mana kimia yang lebih sederhana cukup |
| Bilah gergaji, punch, alat stamping tahan rapuh (setelah tempering yang tepat) | Bagian mesin di mana pengerasan menyeluruh tidak diperlukan atau di mana kesederhanaan pengelasan dan pemesinan diprioritaskan |
Rasional pemilihan: - Pilih 65Mn ketika kemampuan pengerasan yang superior, kinerja pegas, dan ketahanan kelelahan adalah persyaratan utama, terutama untuk pegas dengan penampang sedang hingga besar atau di mana pengerasan menyeluruh yang konsisten diperlukan. - Pilih SAE1070 ketika kimia yang lebih sederhana, kemampuan mesin yang sedikit lebih baik dalam keadaan dinormalisasi, atau ketersediaan regional sejalan dengan desain dan ketika bagian tipis atau akan didinginkan dalam media cepat untuk pengerasan menyeluruh.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Ketersediaan: Baja SAE 10xx sangat umum di banyak pasar Barat dan tersedia dari banyak pabrik dalam bentuk batang, batang, dan pelat. 65Mn umumnya tersedia di daerah yang menggunakan standar Cina dan mudah didapat untuk kawat pegas, strip, dan produk pegas tertentu.
- Biaya: Harga material dipengaruhi oleh produksi regional, ukuran lot, bentuk (kawat, strip, batang), dan penyelesaian. 65Mn mungkin ekonomis untuk produk pegas yang diproduksi dalam skala besar di wilayah produksinya; SAE1070 dapat ekonomis dan distandarisasi secara luas di Amerika Utara dan Eropa.
- Waktu tunggu: Bentuk pegas khusus (kawat tarik, strip yang dikeraskan) dari 65Mn mungkin memiliki waktu tunggu yang lebih lama jika tidak tersedia secara lokal; stok batang SAE1070 sering tersedia dengan mudah.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | 65Mn | SAE1070 |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Sedang hingga rendah (CE lebih tinggi, memerlukan pemanasan awal / PWHT untuk pengelasan kritis) | Sedang (masih memerlukan perhatian karena C tinggi) |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Kemampuan pengerasan tinggi dan kinerja kelelahan ketika diproses sebagai pegas | Potensi kekuatan yang baik tetapi kemampuan pengerasan menyeluruh yang lebih rendah |
| Biaya / Ketersediaan | Menguntungkan secara regional dalam rantai pasokan produk pegas; mungkin kurang tersedia di beberapa pasar | Tersedia luas di banyak pasar; sering biaya logistik yang lebih rendah untuk batang rekayasa umum |
Kesimpulan: - Pilih 65Mn jika Anda memerlukan baja kelas pegas dengan kemampuan pengerasan dan kinerja kelelahan yang superior di seluruh penampang sedang, atau saat menentukan kawat/strip pegas komersial dengan pemrosesan terkontrol. - Pilih SAE1070 jika Anda lebih memilih baja karbon tinggi polos yang lebih sederhana untuk bagian penampang kecil, pemesinan yang lebih mudah dalam keadaan dinormalisasi, atau di mana ketersediaan lokal dan standarisasi di bawah SAE/AISI adalah keuntungan pengadaan.
Catatan praktis akhir: - Selalu konfirmasi komposisi dan sifat mekanik yang tepat dari sertifikat uji pabrik sebelum menyelesaikan desain atau prosedur pengelasan. - Untuk rakitan yang dilas, hitung ekuivalen karbon ($CE_{IIW}$ atau $P_{cm}$) dari analisis kimia aktual dan tentukan pemanasan awal serta perlakuan panas pasca las sesuai kebutuhan. - Untuk aplikasi pegas dengan siklus tinggi atau yang kritis terhadap keselamatan, lebih baik memilih material yang ditentukan dan diproses sebagai baja pegas (65Mn atau setara) dengan kontrol produksi yang terbukti.