GCr15 vs SUJ2 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
GCr15 dan SUJ2 adalah dua baja bantalan kromium karbon tinggi yang banyak digunakan yang ditentukan di bawah standar nasional yang berbeda. Insinyur dan manajer pengadaan sering menghadapi pilihan antara keduanya saat menentukan bantalan elemen bergulir, poros, atau komponen aus di mana kekuatan kelelahan kontak tinggi dan stabilitas dimensi diperlukan. Pertimbangan pemilihan yang umum termasuk biaya dan ketersediaan lokal versus jejak spesifikasi dan perbedaan kecil dalam rentang kimia atau sejarah pemrosesan yang dapat mempengaruhi kebersihan, toleransi dekarburisasi, dan perlakuan panas yang direkomendasikan.
Perbedaan praktis yang mendasar adalah bahwa GCr15 dan SUJ2 secara nominal setara dengan baja bantalan dalam standar Cina dan Jepang, masing-masing, tetapi komposisi standar mereka, toleransi yang diizinkan, dan praktik produksi/kontrol kualitas yang khas cukup berbeda sehingga mereka tidak dapat dipertukarkan tanpa verifikasi. Inilah sebabnya mengapa desainer membandingkan keduanya: mereka memberikan kinerja yang sebanding untuk bantalan tetapi dapat bervariasi dalam batas sulfur/fosfor, jendela kromium dan silikon, serta dalam cara pemasok mengontrol mikro-kebersihan dan perlakuan panas.
1. Standar dan Penunjukan
- GCr15: standar Cina GB/T (umumnya GB/T 18254 untuk penunjukan baja bantalan). Setara dalam praktik dengan AISI/SAE 52100 dalam banyak aplikasi, tetapi ditentukan dalam kerangka GB.
- SUJ2: standar Jepang JIS G4805 (SUJ2 adalah penunjukan JIS untuk baja bantalan kromium karbon tinggi). Juga dianggap sebagai padanan untuk AISI/SAE 52100.
- AISI/SAE 52100: Sering dikutip dalam rantai pasokan internasional sebagai penunjukan Amerika untuk kelas material fungsional yang sama.
Klasifikasi material: baik GCr15 maupun SUJ2 adalah baja bantalan yang dipadu dengan kromium karbon tinggi — secara teknis adalah baja paduan karbon tinggi yang dioptimalkan untuk aplikasi bantalan (bukan stainless, bukan HSLA, bukan baja alat dalam pengertian konvensional).
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel: Rentang komposisi standar yang khas (wt%). Catatan: rentang adalah yang biasanya ditentukan dalam standar nasional; batas yang tepat bervariasi berdasarkan revisi dan spesifikasi pengadaan. Konsultasikan standar saat ini atau sertifikat pemasok untuk kimia di lantai pabrik.
| Elemen | GCr15 (rentang GB yang khas) | SUJ2 (rentang JIS yang khas) |
|---|---|---|
| C | 0.95 – 1.05 | 0.95 – 1.03 |
| Mn | 0.25 – 0.45 | 0.25 – 0.45 |
| Si | 0.17 – 0.37 | 0.15 – 0.35 |
| P | ≤ 0.035 (maks) | ≤ 0.035 (maks) |
| S | ≤ 0.035 (maks) | ≤ 0.035 (maks) |
| Cr | 1.40 – 1.65 | 1.30 – 1.60 |
| Ni | ≤ 0.30 (jejak) | ≤ 0.30 (jejak) |
| Mo | ≤ 0.10 (jejak) | ≤ 0.10 (jejak) |
| V, Nb, Ti, B, N | biasanya ≤ jejak (tidak ditentukan sebagai paduan) | biasanya ≤ jejak (tidak ditentukan sebagai paduan) |
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat - Karbon (C): Elemen utama yang membentuk kekerasan dan kemampuan pengerasan; C tinggi memungkinkan kekerasan yang tinggi dan ketahanan kelelahan kontak tetapi mengurangi kemampuan pengelasan dan kemampuan pembentukan dingin. - Kromium (Cr): Meningkatkan kemampuan pengerasan dan membentuk karbida kromium untuk ketahanan aus dan kinerja kelelahan kontak bergulir. - Mangan dan Silikon (Mn, Si): Deoksidasi dan kekuatan; berkontribusi secara moderat terhadap kemampuan pengerasan. - S dan P: Kotoran—tingkat yang lebih tinggi dapat meningkatkan kemampuan mesin tetapi mengurangi ketahanan kelelahan dan ketangguhan patah. Standar membatasi S dan P untuk baja bantalan untuk melindungi umur kelelahan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur yang khas: - Dalam kondisi yang dinormalisasi: karbida pearlitik atau spheroidized dalam matriks ferritik untuk memungkinkan pemesinan/pembentukan. - Setelah pendinginan dan tempering (perlakuan panas bantalan): martensit yang ditempa dengan karbida kromium yang tersebar; ukuran karbida yang tepat, distribusi, dan kandungan austenit matriks sangat bergantung pada laju pemanasan, tingkat pendinginan, dan suhu tempering.
Rute pemrosesan dan efek: - Normalisasi: memperhalus ukuran butir austenit sebelumnya; berguna sebelum pendinginan akhir untuk meningkatkan ketangguhan secara marginal. - Pendinginan & tempering: rute standar untuk memberikan kekerasan tinggi dan umur kelelahan kontak bergulir. Perlakuan yang khas: austenitisasi dalam rentang yang sesuai dengan komposisi (pengendalian yang hati-hati untuk menghindari pertumbuhan butir yang berlebihan) diikuti dengan pendinginan minyak atau polimer untuk mendapatkan struktur martensitik, kemudian temper untuk menargetkan keseimbangan kekerasan/ketangguhan. - Pengerasan induksi atau pengerasan permukaan: untuk komponen yang membutuhkan permukaan keras dan inti yang tangguh, tetapi perlu dicatat bahwa GCr15/SUJ2 adalah kelas pengerasan menyeluruh berdasarkan kimia; pengerasan induksi biasanya digunakan untuk kekerasan permukaan lokal. - Perlakuan termo-mekanis: butir halus dan distribusi karbida yang terkontrol dapat dicapai dengan penggulungan terkontrol modern dan pendinginan yang dipercepat; perbedaan dalam praktik pabrik antara pemasok dapat mempengaruhi mikro-kebersihan dan morfologi inklusi.
Perbedaan antara GCr15 dan SUJ2 dalam respons mikrostruktur adalah halus dan terutama muncul dari perbedaan jendela komposisi kecil dan praktik perlakuan panas pemasok daripada dari sistem paduan yang secara fundamental berbeda.
4. Sifat Mekanis
Tabel: Sifat khas (rentang representatif setelah perlakuan panas yang khas). Nilai bersifat indikatif; sifat aktual tergantung pada kimia yang tepat, siklus termal, geometri bagian, dan pendinginan/temper.
| Sifat | GCr15 (tipikal, pendinginan & tempering / pengerasan menyeluruh) | SUJ2 (tipikal, pendinginan & tempering / pengerasan menyeluruh) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (MPa) | ~1200 – 2100 | ~1200 – 2100 |
| Kekuatan luluh (MPa) | Tidak selalu ditentukan dalam kondisi keras; biasanya tinggi dan tergantung pada kondisi material | Mirip dengan GCr15 |
| Panjang regangan (A%) | ~4 – 18 (tergantung pada kekerasan & temper) | ~4 – 18 (tergantung pada kekerasan & temper) |
| Ketangguhan impak (Charpy) | Rendah hingga sedang saat dikeraskan; meningkat dengan tempering | Sebanding dengan GCr15; pemrosesan pemasok mempengaruhi hasil |
| Kekerasan (HRC) | Rentang kekerasan bantalan umum 58 – 65 HRC (permukaan/melalui) | Rentang kekerasan bantalan umum 58 – 65 HRC |
Interpretasi - Kekuatan dan kekerasan: Kedua kelas dirancang untuk mencapai kekerasan tinggi dan kekuatan kelelahan kontak saat diperlakukan panas dengan tepat; rentang nominal kekuatan tarik/kekerasan serupa. - Ketangguhan/duktilitas: Keduanya menunjukkan ketangguhan yang berkurang pada kekerasan tinggi; tempering ke HRC yang lebih rendah akan meningkatkan ketangguhan dengan mengorbankan beberapa ketahanan kelelahan kontak. - Setiap perbedaan kecil yang diamati dalam sifat mekanis antara GCr15 dan SUJ2 biasanya berasal dari perbedaan dalam kandungan karbon atau kromium yang tepat, kebersihan inklusi, dan praktik perlakuan panas pemasok daripada dari perbedaan kimia paduan yang radikal.
5. Kemampuan Pengelasan
Kandungan karbon dan paduan yang tinggi membuat kedua kelas sulit untuk dilas dalam keadaan yang baru saja didinginkan. Pertimbangan utama dalam kemampuan pengelasan: - Tingkat karbon: C tinggi meningkatkan risiko martensit yang keras dan rapuh di zona yang terpengaruh panas (HAZ) setelah pengelasan, meningkatkan kerentanan terhadap retak dingin. - Kemampuan pengerasan: Cr dan Mn meningkatkan kemampuan pengerasan; semakin tinggi efek gabungan, semakin besar kebutuhan untuk pemanasan awal dan perlakuan panas pasca pengelasan.
Rumus industri yang berguna untuk penilaian kualitatif: - Setara Karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (kecenderungan retak pengelasan): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Baik GCr15 maupun SUJ2 akan menunjukkan $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang relatif tinggi karena kandungan karbon dan kromiumnya, menunjukkan kemampuan pengelasan yang terbatas tanpa kontrol. - Praktik terbaik: las dalam kondisi yang dinormalisasi jika memungkinkan, gunakan pemanasan awal untuk menghindari pendinginan cepat ke martensit, batasi input panas untuk mengontrol lebar HAZ, dan terapkan PWHT (perlakuan panas pasca pengelasan) jika memungkinkan. Untuk permukaan bantalan yang kritis, lebih baik menggunakan penyambungan mekanis atau mengganti desain yang dilas dengan penyambungan alternatif atau pemesinan.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik GCr15 maupun SUJ2 bukanlah stainless. Kandungan kromia (~1.3–1.6%) tidak cukup untuk memberikan perilaku stainless.
- Metode perlindungan standar: pengecatan, pelumasan, pelapis pencegah karat, dan galvanisasi untuk bagian di mana ketahanan korosi diperlukan. Perlu dicatat bahwa galvanisasi dan beberapa pelapis dapat mempengaruhi toleransi dimensi dan perlakuan permukaan; penggilingan atau penghalusan setelah pelapisan mungkin diperlukan untuk permukaan bantalan presisi.
- PREN tidak berlaku: rumus PREN $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ hanya relevan untuk baja stainless dan tidak berarti untuk baja bantalan karbon tinggi seperti GCr15 atau SUJ2.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan
- Kemampuan mesin: Terbaik dalam kondisi dinormalisasi/spheroidized; keduanya dapat diproses dengan mudah saat dinormalisasi. Kondisi yang dikeraskan memerlukan penggilingan, penghalusan, atau pemesinan abrasif; pembubutan konvensional pada permukaan yang dikeraskan terbatas.
- Kemampuan pembentukan: Duktalitas rendah dalam keadaan yang dikeraskan; operasi pembentukan harus dilakukan sebelum pengerasan akhir. Pembentukan dingin dari stok yang dinormalisasi dimungkinkan tetapi pertimbangkan pemulihan dan dimensi akhir yang diperlukan.
- Penyelesaian permukaan: Aplikasi bantalan sering memerlukan penggilingan, penyelesaian super, atau penghalusan untuk mencapai kekasaran permukaan dan geometri yang diperlukan — kedua kelas merespons dengan cara yang sama jika mikrostruktur dan ukuran inklusi sebanding.
- Perbedaan pemasok dalam kebersihan dan morfologi inklusi dapat mempengaruhi efisiensi penggilingan/penghalusan dan kinerja running-in.
8. Aplikasi Khas
| Penggunaan GCr15 | Penggunaan SUJ2 |
|---|---|
| Bantalan bergulir (beberapa jenis) yang diproduksi di Cina dan pasar regional | Bantalan bergulir yang diproduksi di Jepang dan pasar ekspor sesuai spesifikasi JIS |
| Cincin bantalan, bola, rol, poros untuk alat mesin, otomotif, dan peralatan industri | Cincin bantalan, bola, rol, poros dan komponen presisi di mana jejak JIS diperlukan |
| Komponen presisi yang memerlukan umur kelelahan kontak tinggi di mana pasokan lokal GCr15 ekonomis | Komponen presisi yang memerlukan sertifikasi JIS, siklus perlakuan panas yang terdokumentasi, atau ketika pelanggan secara eksplisit menentukan SUJ2 |
Rasional pemilihan - Pilih berdasarkan spesifikasi yang diperlukan oleh pelanggan atau proyek internasional: jika gambar atau dokumen pengadaan menyebutkan SUJ2 atau GCr15 secara spesifik, patuhi standar yang ditentukan. - Untuk keausan dan umur kontak bergulir, keduanya berkinerja serupa jika kimia dan perlakuan panas setara. Untuk komponen kritis atau bernilai tinggi, minta sertifikat pabrik, analisis inklusi, dan catatan perlakuan panas.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Ketersediaan: GCr15 diproduksi secara luas di Cina dan mudah tersedia di pasar domestik dan regional. SUJ2 diproduksi di bawah kontrol JIS dan umum dalam rantai pasokan Jepang dan beberapa internasional. AISI/SAE 52100 umumnya tersedia di Amerika Utara dan secara global.
- Biaya: Biaya relatif tergantung pada produksi regional dan ekonomi skala. GCr15 mungkin lebih kompetitif dalam pasar dengan produksi Cina yang kuat; SUJ2 mungkin memerintahkan premium di mana jejak JIS, perlakuan panas spesifik, atau dokumentasi diperlukan.
- Bentuk produk: Keduanya tersedia dalam bentuk batang, cincin, blank yang ditempa, dan bagian jadi. Waktu pengiriman dan jumlah pesanan minimum dapat bervariasi berdasarkan pemasok dan bentuk.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel: Perbandingan cepat (kualitatif)
| Kriteria | GCr15 | SUJ2 |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Buruk (C tinggi) | Buruk (C tinggi) |
| Kekuatan–Ketangguhan (dikeraskan) | Kekuatan tinggi, ketangguhan lebih rendah pada HRC tinggi | Sebanding dengan GCr15 |
| Biaya (regional tipikal) | Sering lebih rendah di pasar Cina/regional | Sering lebih tinggi di mana sertifikasi JIS diperlukan |
| Ketersediaan (regional) | Luar biasa di Cina | Luar biasa di Jepang / rantai pasokan JIS |
Kesimpulan dan rekomendasi praktis - Pilih GCr15 jika Anda mencari komponen di Cina atau daerah terdekat dan efisiensi biaya adalah prioritas, asalkan pembeli menerima dokumentasi standar GB. GCr15 cocok ketika desain memerlukan baja bantalan kromium karbon tinggi dan pasokan lokal, harga, dan waktu pengiriman adalah faktor penting. - Pilih SUJ2 jika spesifikasi memerlukan penunjukan material JIS, jejak pemasok yang lebih ketat, atau jika pengguna akhir secara eksplisit memerintahkan SUJ2. SUJ2 mungkin lebih disukai ketika sistem pengadaan atau kualitas memerlukan sertifikat JIS, atau ketika sejarah pasokan sebelumnya menggunakan SUJ2 dan pertukaran harus dihindari.
Catatan akhir: Untuk komponen bantalan yang kritis, selalu tentukan rentang kekerasan yang diperlukan, prosedur perlakuan panas, penyelesaian permukaan, batas dekarburisasi, dan sertifikat pabrik/perlakuan panas yang diperlukan. Meskipun GCr15 dan SUJ2 secara fungsional setara dalam banyak aplikasi bantalan, pertukaran harus divalidasi melalui sertifikat analisis dan pengujian mekanis representatif atau kualifikasi pemasok.