GCr15SiMn vs 100Cr6 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
GCr15SiMn dan 100Cr6 adalah dua baja bantalan krom tinggi karbon yang saling terkait dan banyak digunakan di mana ketahanan terhadap kelelahan kontak gulung, kinerja aus, dan stabilitas dimensi sangat penting. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara rutin mempertimbangkan trade-off seperti kemampuan pengerasan versus biaya, konsistensi pasokan, dan kemudahan fabrikasi saat menentukan satu jenis dibandingkan yang lain.
Secara sekilas, kedua jenis tersebut secara efektif merupakan varian dari keluarga baja bantalan yang sama: keduanya menargetkan kandungan karbon tinggi dan kromium sedang untuk membentuk matriks martensitik keras dengan karbida yang terdispersi setelah perlakuan panas. Keputusan praktis antara keduanya biasanya bergantung pada perbedaan kecil namun disengaja dalam kontrol silikon dan mangan serta praktik pabrik yang mempengaruhi kemampuan pengerasan, ketangguhan, perilaku pemesinan, dan kesesuaian untuk penampang yang lebih besar.
1. Standar dan Penunjukan
- 100Cr6: penunjukan EN (setara dengan AISI/SAE 52100 di banyak rantai pasokan). Diklasifikasikan sebagai baja bantalan karbon tinggi, kromium tinggi.
- GCr15: penunjukan GB (GB/T) Tiongkok yang secara luas setara dengan EN 100Cr6 / AISI 52100. GCr15SiMn menunjukkan varian dari GCr15 dengan Si dan Mn yang disesuaikan.
- ASTM/ASME: Tidak ada setara tunggal universal ASTM; AISI/SAE 52100 sering digunakan untuk referensi silang.
- Klasifikasi: Keduanya adalah baja bantalan kromium tinggi karbon (keluarga baja alat/rekayasa yang digunakan untuk bantalan dan elemen bergulir), bukan stainless, bukan HSLA, dan bukan baja alat konvensional.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel di bawah ini merangkum elemen penting untuk perbandingan. Nilai menunjukkan penekanan tipikal daripada sertifikat pabrik yang tepat; selalu verifikasi dengan analisis kimia pemasok.
| Elemen | 100Cr6 (spesifikasi tipikal) | GCr15SiMn (varian tipikal) | Peran / Efek |
|---|---|---|---|
| C | Tinggi (≈ 0.95–1.05%) | Tinggi (mirip dengan 100Cr6) | Pengerasan utama dan pembentuk karbida yang memberikan kekerasan dan ketahanan aus. |
| Cr | Sedang (≈ 1.30–1.65%) | Mirip | Memformasi karbida kromium keras, meningkatkan ketahanan aus dan temper. |
| Mn | Rendah–sedang (≈ 0.25–0.45%) | Sedikit meningkat pada varian SiMn | Mempengaruhi kemampuan pengerasan dan kekuatan tarik; Mn yang berlebihan dapat mengurangi ketangguhan. |
| Si | Rendah (≈ 0.15–0.35%) | Sedikit meningkat untuk varian SiMn | Memperkuat ferit, sedikit meningkatkan kemampuan pengerasan, memperbaiki deoksidasi; mempengaruhi kemampuan pemesinan. |
| P | Jejak (dijaga rendah) | Jejak | Impuritas; semakin rendah semakin baik untuk ketahanan kelelahan. |
| S | Jejak (dijaga rendah) | Jejak | Meningkatkan kemampuan pemesinan jika dikontrol (kelas pemesinan bebas) tetapi mengurangi ketahanan kelelahan. |
| Ni | Biasanya sangat rendah/tidak ada | Sangat rendah/tidak ada | Bukan fitur desain dalam baja bantalan; meningkatkan ketangguhan jika ada. |
| Mo, V, Nb, Ti, B, N | Biasanya minimal atau tidak ada | Biasanya minimal; mungkin ada pada varian mikro paduan | Mikro paduan (jika ada) meningkatkan kemampuan pengerasan, pemurnian butir, atau ketahanan temper. |
Catatan: GCr15SiMn menunjukkan kimia dasar GCr15 di mana Si dan Mn sengaja disesuaikan untuk menyesuaikan kemampuan pengerasan dan perilaku pemrosesan. Perbedaannya modest tetapi dirancang untuk memenuhi kebutuhan manufaktur atau layanan tertentu (misalnya, pengerasan melalui yang lebih baik untuk bagian yang lebih besar).
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Mikrostruktur dasar: Kedua jenis dirancang untuk membentuk martensit (dengan austenit yang tersisa dan karbida kromium) setelah austenitisasi dan pendinginan yang tepat. Populasi karbida dan distribusi ukuran dikendalikan oleh tingkat karbon dan kromium serta jalur pendinginan.
- Normalisasi: Menghasilkan mikrostruktur spheroidized/tempered yang cocok untuk pemesinan selanjutnya. Siklus normalisasi/pemurnian mengurangi segregasi dan menstabilkan dimensi.
- Pendinginan dan temper: Rute standar untuk komponen bantalan. Austenitisasi pada suhu spesifik jenis untuk melarutkan karbida yang cukup dan kemudian pendinginan untuk membentuk martensit; temper untuk mencapai keseimbangan kekerasan/ketangguhan yang diinginkan. Varian GCr15SiMn dengan sedikit lebih tinggi Mn/Si menunjukkan kemampuan pengerasan yang lebih baik—risiko inti lunak yang lebih rendah pada bagian yang lebih besar.
- Perlakuan termo-mekanis: Penggulungan atau penempaan yang terkontrol diikuti oleh perlakuan panas yang tepat memperhalus ukuran butir austenit sebelumnya dan dapat meningkatkan ketahanan kelelahan dan ketangguhan pada kedua jenis.
- Poin kunci: Karena komposisi serupa, mikrostruktur yang dihasilkan secara luas dapat dibandingkan; penyesuaian paduan yang modest mempengaruhi sensitivitas pendinginan, distribusi karbida, dan perilaku temper.
4. Sifat Mekanis
Sifat mekanis sangat bergantung pada perlakuan panas (target kekerasan, temper). Tabel di bawah ini menyajikan atribut komparatif, kualitatif daripada jaminan numerik tunggal.
| Sifat | 100Cr6 | GCr15SiMn (varian) | Komentar |
|---|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Tinggi (tergantung perlakuan panas) | Tinggi; sebanding atau sedikit lebih tinggi pada varian dengan kemampuan pengerasan yang meningkat | Keduanya mencapai kekuatan tarik tinggi setelah pendinginan dan temper. |
| Kekuatan luluh | Tinggi | Sebanding | Perilaku luluh mengikuti tarik dan kekerasan. |
| Peregangan | Rendah hingga sedang (tipikal untuk baja bantalan yang dikeraskan) | Mirip; dapat sedikit lebih baik jika di-temper untuk ketangguhan | Kandungan karbon tinggi membatasi duktilitas saat dikeraskan. |
| Ketangguhan impak | Sedang hingga baik saat di-temper dengan benar | Potensial peningkatan pengerasan melalui pada varian SiMn | Peningkatan paduan kecil dapat membantu mempertahankan ketangguhan pada bagian yang lebih besar. |
| Kekerasan (HRC) | Dapat mencapai HRC 58–66 (tergantung pada temper) | Kekerasan yang dapat dicapai mirip; pengerasan melalui mungkin lebih baik pada varian SiMn | Kekerasan dipilih sesuai aplikasi; kedua jenis mendukung kekerasan tinggi untuk kontak bergulir. |
Interpretasi: Tidak ada jenis yang secara intrinsik “lebih tangguh” atau “lebih kuat” secara terpisah; pemilihan perlakuan panas dan geometri bagian yang tepat menentukan kinerja akhir. Penyesuaian komposisi kecil pada GCr15SiMn lebih mendukung kemampuan pengerasan yang sedikit lebih baik dan sifat yang seragam pada penampang yang lebih besar.
5. Kemampuan Las
Kemampuan las untuk baja bantalan karbon tinggi, Cr tinggi terbatas karena setara karbon yang tinggi dan kecenderungan untuk membentuk martensit keras dan rapuh di zona yang terpengaruh panas. Rumus prediktif tipikal berguna untuk interpretasi kualitatif:
-
Setara karbon (IIW) untuk penilaian kemampuan las kualitatif: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Indeks Pcm yang lebih komprehensif: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi: - Baik 100Cr6 maupun GCr15SiMn biasanya memiliki indikator $CE$ / $P_{cm}$ yang tinggi relatif terhadap baja lunak karena kandungan karbon dan kromium yang tinggi. Ini memprediksi risiko tinggi struktur HAZ yang keras dan retak jika pengelasan konvensional dicoba. - Panduan praktis: Hindari pengelasan jika memungkinkan; gunakan pemanasan awal, kontrol suhu antar proses, bahan habis pakai rendah hidrogen, dan temper pasca-las jika las tidak dapat dihindari. Mn/Si GCr15SiMn yang sedikit lebih tinggi mungkin meningkatkan kemampuan pengerasan, memerlukan kontrol panas yang lebih hati-hati selama pengelasan.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Kedua jenis tidak stainless; mereka tidak memiliki cukup kromium (biasanya ~1.3–1.6%) untuk membentuk film pasif pelindung. Harapkan perilaku korosi ferrous yang tipikal.
- Strategi perlindungan permukaan: elektroplating, pelapisan pasivasi, film fosfat, pengecatan, pelumasan, atau galvanisasi celup panas (tergantung pada pertimbangan dimensi dan kelelahan). Untuk komponen tribologis, pelapisan keras tipis (PVD, nitriding, carburizing diikuti oleh pelapisan keras) dapat digunakan untuk memperpanjang umur pakai.
- PREN (angka setara ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja non-stainless ini, tetapi untuk referensi: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Klarifikasi: Karena tidak ada jenis yang memiliki tingkat Mo atau N yang tinggi atau tingkat Cr yang tipikal dari baja stainless, PREN tidak memberikan diskriminasi yang berguna.
7. Fabrikasi, Kemampuan Pemesinan, dan Kemampuan Pembentukan
- Kemampuan pemesinan: Karbon tinggi dan potensi kekerasan tinggi mengurangi kemampuan pemesinan dalam kondisi dikeraskan. Pemesinan biasanya dilakukan dalam keadaan lunak yang dinormalisasi atau spheroidized. Varian pemesinan bebas (dengan S yang terkontrol) ada tetapi tidak tipikal untuk baja bantalan.
- Penggilingan dan penyelesaian: Kedua jenis baja dapat digiling hingga hasil akhir permukaan yang halus; 100Cr6 memiliki banyak data alat empiris karena penggunaannya yang lama dalam pembuatan bantalan.
- Kemampuan pembentukan/pembengkokan: Buruk dalam kondisi dikeraskan; lakukan pembentukan dingin hanya dalam kondisi dinormalisasi/spheroidized. Penempaan panas atau pembentukan hangat yang terkontrol diikuti oleh perlakuan panas adalah standar untuk komponen seperti lintasan dan rol.
- Perlakuan permukaan: Keduanya merespons dengan baik terhadap pengerasan induksi, pengerasan melalui, dan perlakuan permukaan (nitriding, karbonitriding) tergantung pada persyaratan desain.
8. Aplikasi Tipikal
| GCr15SiMn (varian) | 100Cr6 |
|---|---|
| Elemen bergulir dan cincin berdiameter besar di mana pengerasan melalui yang lebih baik diinginkan | Bantalan standar (alur dalam, rol silindris, bantalan bola) yang diproduksi sesuai spesifikasi EN/AISI |
| Komponen yang memerlukan ketahanan aus sedikit lebih tinggi atau kekerasan inti yang lebih baik untuk bagian yang lebih tebal | Komponen bantalan presisi dengan kesesuaian yang ketat dan sertifikat material yang distandarisasi |
| Shaft, poros, dan pin aus dalam aplikasi berat setelah perlakuan panas yang tepat | Elemen kontak bergulir umum, lintasan bantalan, dan bagian yang digiling presisi |
Rasional pemilihan: pilih GCr15SiMn ketika geometri atau layanan memerlukan pengerasan melalui yang lebih baik atau perilaku pemrosesan yang sedikit diubah. Pilih 100Cr6 ketika kesesuaian ketat dengan standar bantalan EN/AISI, kesesuaian, dan rantai pasokan yang sudah ada menjadi prioritas.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: Kedua jenis dibangun di atas elemen paduan yang sama; perbedaan biaya bahan baku biasanya kecil. Varian komposisi sedikit (misalnya, penyesuaian SiMn) tidak mengubah biaya material secara material tetapi dapat mempengaruhi hasil proses dan tingkat limbah.
- Ketersediaan: 100Cr6 / AISI 52100 umum secara global dalam rantai pasokan industri bantalan dan tersedia luas dalam bentuk batang, cincin, dan komponen jadi. GCr15 dan variannya tersedia luas di daerah yang dilayani oleh pabrik Tiongkok dan dalam aplikasi di mana penyesuaian pabrik tertentu diminta.
- Bentuk produk: Tersedia dalam bentuk batang, cincin, penempaan, blank yang telah dipanaskan sebelumnya, dan komponen yang dikeraskan melalui. Pengadaan harus menentukan standar pabrik yang tepat, nomor panas, dan persyaratan mekanis/perlakuan panas.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (kualitatif):
| Kriteria | 100Cr6 | GCr15SiMn (varian) |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Buruk — CE tinggi; hindari pengelasan jika memungkinkan | Buruk — sedikit lebih buruk jika kemampuan pengerasan lebih tinggi; kontrol hati-hati diperlukan |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Kekerasan tinggi dan kinerja kelelahan saat diperlakukan panas dengan benar | Kekuatan sebanding; sedikit peningkatan pengerasan melalui/ketangguhan untuk bagian tebal |
| Biaya / Ketersediaan | Tersedia luas; standar dalam industri bantalan | Tersedia luas di beberapa pasar; varian mungkin sedikit kurang terstandarisasi |
Kesimpulan dan rekomendasi: - Pilih GCr15SiMn jika Anda memerlukan pengerasan melalui yang sedikit lebih baik atau ketangguhan yang sedikit lebih baik pada penampang yang lebih besar, atau ketika penawaran pabrik menentukan varian ini untuk mencapai kekerasan yang seragam pada komponen berat. Ini adalah pilihan praktis ketika toleransi produksi atau geometri bagian membuat peningkatan kecil dalam mangan/silicon diinginkan. - Pilih 100Cr6 jika Anda memerlukan kesesuaian ketat dengan standar baja bantalan EN atau AISI, maksimum kesesuaian dengan praktik pembuatan bantalan yang sudah ada, dan kumpulan dokumentasi pemasok yang terbukti dan data perlakuan panas yang terbesar.
Catatan akhir: Karena kedua jenis sangat terkait, kinerja akhir lebih bergantung pada kontrol kimia yang tepat, spesifikasi perlakuan panas, dan kualitas pemrosesan daripada nama jenis nominal saja. Selalu tentukan target kekerasan, penerimaan mikrostruktur (ukuran/distribusi karbida), tingkat inklusi non-logam, dan persyaratan pengujian pada dokumen pembelian dan validasi dengan sertifikat pabrik serta inspeksi masuk.