H13 vs 8407 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur umumnya menghadapi pilihan antara dua baja alat kerja panas yang dekat tetapi berbeda: AISI H13 yang diakui secara global dan grade yang ditentukan secara regional yang umumnya dikutip sebagai 8407 dalam daftar pemasok Skandinavia/Eropa. Keputusan biasanya bergantung pada pertimbangan antara ketersediaan dan biaya, reproduktifitas dan kebersihan material, serta perbedaan halus dalam kemampuan pengerasan, ketangguhan, dan praktik perlakuan panas.
Secara umum, kedua grade ini berfungsi sebagai alat kerja panas (cetakan, inti, paku) dan dipadu untuk kemampuan pengerasan dan ketahanan temper; pemilihan praktis sering kali tergantung pada apakah standar pemasok/penyulingan (pengendalian grade regional dan pelacakan) atau spesifikasi yang distandarisasi secara internasional yang lebih disukai. Karena kinerja desain sangat bergantung pada perlakuan panas dan kebersihan, insinyur harus selalu mengonfirmasi kimia sertifikat dan praktik perlakuan panas dari pemasok.
1. Standar dan Penunjukan
- AISI/ASTM: H13 (baja alat kerja panas) — banyak dirujuk dalam pengadaan Amerika dan internasional.
- EN/DIN: Ekivalen Eropa yang khas untuk H13 adalah varian X40CrMoV5-1 / X38CrMoV5-1 (nomenklatur bervariasi menurut standar).
- Nasional/regional: 8407 — penunjukan yang ditemukan dalam beberapa katalog pabrik Skandinavia/Eropa dan tabel referensi silang; sering diproduksi sesuai spesifikasi pabrik Swedia dengan pelacakan dan pengendalian proses yang spesifik untuk pabrik tersebut.
- Klasifikasi: Keduanya adalah baja alat paduan tinggi (baja alat kerja panas), bukan stainless, bukan HSLA. Mereka adalah baja alat paduan yang dirancang untuk kekuatan suhu tinggi dan ketahanan kelelahan termal.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut memberikan rentang komposisi khas untuk AISI H13 dan komposisi 8407 yang representatif yang umumnya dikutip sebagai varian Eropa/Skandinavia. Karena penunjukan nasional/regional dan kimia pabrik dapat bervariasi, perlakukan rentang 8407 sebagai indikatif; selalu konfirmasi komposisi yang tepat pada sertifikat pabrik.
| Elemen | H13 (rentang AISI khas, wt%) | 8407 (representatif, rentang khas, wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.32 – 0.45 | 0.36 – 0.44 |
| Mn | 0.20 – 0.50 | 0.30 – 0.60 |
| Si | 0.80 – 1.20 | 0.80 – 1.20 |
| P | ≤ 0.03 | ≤ 0.025 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.025 |
| Cr | 4.75 – 5.50 | 4.5 – 5.3 |
| Ni | ≤ 0.30 | ≤ 0.30 |
| Mo | 1.10 – 1.75 | 0.9 – 1.3 |
| V | 0.80 – 1.20 | 0.8 – 1.2 |
| Nb | — (jejak) | — (jejak) |
| Ti | — (jejak) | — (jejak) |
| B | — | — |
| N | — | — |
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon: kemampuan pengerasan utama dan kekerasan yang dapat dicapai; C yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan dan ketahanan aus tetapi mengurangi kemampuan pengelasan dan keuletan. - Kromium dan molibdenum: meningkatkan kemampuan pengerasan, kekuatan suhu tinggi, dan ketahanan temper. - Vanadium: memperhalus karbida dan ukuran butir, meningkatkan ketahanan aus dan ketangguhan. - Silikon dan mangan: deoksidasi dan kekuatan; Mn berkontribusi pada kemampuan pengerasan tetapi Mn yang berlebihan dapat mempromosikan segregasi. - Pengendalian elemen jejak dan rendah P/S meningkatkan ketangguhan dan kebersihan—area di mana grade spesifik pabrik (seperti penawaran material 8407 tertentu) mungkin menekankan batasan yang lebih ketat.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur khas: - H13 dan 8407 yang dikuatkan dan ditempa adalah matriks martensit yang ditempa yang mengandung karbida paduan yang terdispersi (karbida Cr, Mo, V). Mikrostruktur akan mencakup batas butir austenit sebelumnya, lath martensitik, dan karbida paduan tergantung pada perlakuan panas.
Respons perlakuan panas dan rute: - Anneal/normalisasi: Anneal lunak untuk pemesinan hingga tingkat kekerasan tertentu (umumnya ~200–260 HB) dan untuk menghomogenkan struktur. Normalisasi memperhalus butir austenit sebelumnya. - Pengerasan (quench): Austenit dalam rentang 1000–1050 °C (praktik AISI H13 yang khas tergantung pada ukuran bagian dan rekomendasi pemasok) diikuti dengan pendinginan udara, minyak, atau pendinginan terkontrol hingga suhu kamar. Karena ini adalah baja paduan dengan kemampuan pengerasan sedang, medium pendinginan dan ukuran bagian sangat mempengaruhi keseragaman kekerasan. - Tempering: Beberapa siklus tempering dalam rentang 500–600 °C untuk mencapai keseimbangan antara kekerasan dan ketahanan temper; tempering pada suhu yang lebih tinggi meningkatkan ketahanan pelunakan untuk aplikasi kerja panas. - Pemrosesan termo-mekanis: Untuk 8407 yang diproduksi oleh beberapa pabrik Eropa, pengendalian yang lebih ketat atas jadwal penempaan dan penggulungan serta normalisasi pasca-penempaan dapat menghasilkan homogenisasi, kebersihan, dan ketangguhan yang lebih baik.
Perbedaan dalam respons: - Kedua grade merespons dengan cara yang sama terhadap siklus quench-and-temper yang distandarisasi. Praktik spesifik penggilingan (atmosfer terkontrol, penghilangan gas vakum, jadwal penempaan) yang diterapkan pada 8407 di beberapa pabrik dapat menghasilkan pengerasan yang lebih konsisten dan sedikit peningkatan ketangguhan untuk kekerasan tertentu.
4. Sifat Mekanik
Sifat mekanik sangat bergantung pada perlakuan panas, ukuran bagian, dan tempering. Tabel di bawah ini menyajikan rentang sifat khas setelah pengerasan dan tempering untuk kondisi layanan alat. Gunakan ini sebagai rentang indikatif saja; verifikasi dengan data pemasok.
| Sifat | H13 (khas, setelah perlakuan panas) | 8407 (representatif, setelah perlakuan panas) |
|---|---|---|
| Kekuatan Tarik (MPa) | ~900 – 1600 | ~900 – 1600 |
| Kekuatan Luluh (MPa) | ~700 – 1400 | ~700 – 1400 |
| Panjang (%) | ~8 – 15 | ~8 – 15 |
| Ketangguhan Impak (Charpy, J) | ~10 – 40 (tergantung pada kekerasan) | ~12 – 45 (mungkin lebih tinggi untuk baja yang lebih bersih) |
| Kekerasan (HRC) | ~40 – 56 (rentang alat khas 45–52) | ~40 – 56 (rentang alat khas 45–52) |
Interpretasi: - Rentang kekuatan dan kekerasan tumpang tindih untuk H13 dan 8407 karena kimia serupa. Perbedaan praktis berasal dari pemrosesan pabrik dan pengendalian kotoran: batch 8407 yang lebih bersih mungkin menunjukkan ketangguhan yang sedikit lebih tinggi pada kekerasan yang sama. - Untuk aplikasi yang memprioritaskan kekerasan maksimum dan ketahanan aus, kedua grade dapat diperlakukan panas hingga HRC yang sebanding; untuk ketangguhan puncak pada kekerasan tertentu, varian 8407 berkualitas tinggi mungkin menawarkan keuntungan.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan dipengaruhi oleh ekuivalen karbon dan kandungan paduan (elemen pengerasan). Gunakan indeks standar untuk memperkirakan kemampuan pengelasan secara kualitatif:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Kedua grade memiliki karbon sedang dan paduan yang signifikan (Cr, Mo, V). Ini meningkatkan $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ relatif terhadap baja paduan rendah, menunjukkan kecenderungan untuk retak dingin dan pengerasan martensitik di zona yang terpengaruh panas. - Rekomendasi praktis: panaskan sebelum pengelasan, gunakan logam pengisi yang cocok atau dengan kekerasan lebih rendah, kontrol suhu antar-lapis, dan lakukan tempering pasca-pengelasan atau pengurangan stres. Untuk alat kritis, perbaikan pengelasan harus direncanakan dengan spesifikasi prosedur pengelasan (WPS) yang ditentukan dan prosedur yang memenuhi syarat. - Antara keduanya, perbedaan kemampuan pengelasan kecil dan didominasi oleh kandungan karbon yang tepat dan ketebalan bagian; jika batch 8407 diproduksi dengan sedikit lebih tinggi Mn atau C, persyaratan pengelasan mungkin lebih ketat.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik H13 maupun 8407 bukan stainless; ketahanan korosi di lingkungan lembab atau korosif terbatas. Strategi perlindungan yang khas:
- Cat, pernis, atau pelapis berbasis pelarut untuk perlindungan atmosfer.
- Galvanisasi tidak umum untuk bagian alat (pelapis dapat mengganggu dimensi dan kontak termal).
- Perlakuan permukaan lokal seperti pelapis PVD/CVD (TiN, CrN) untuk aus dan abrasi; pelapis penghalang termal untuk aplikasi suhu tinggi.
- Pemukulan dan pemolesan permukaan untuk mengurangi inisiasi kelelahan.
- PREN tidak berlaku karena ini adalah baja alat non-stainless: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Indeks ini hanya berlaku untuk paduan stainless; H13/8407 tidak dievaluasi oleh PREN.
7. Fabrikasi, Kemampuan Pemesinan, dan Formabilitas
- Kemampuan pemesinan: Dalam kondisi annealed (lunak) kedua grade dapat diproses dengan baik; praktik khas adalah anneal hingga ~180–260 HB untuk pemesinan. Kandungan karbida dan paduan dapat mengurangi kemampuan pemesinan dalam kondisi keras—gunakan alat karbida, pengaturan kaku, dan parameter pemotongan yang sesuai.
- Pemesinan keras vs. konvensional: Penggilingan/penggilingan keras setelah perlakuan panas umum untuk penyesuaian akhir — penggilingan berlian atau alat CBN digunakan untuk kekerasan tinggi.
- Formabilitas: Baja ini tidak dimaksudkan untuk pembentukan dingin yang luas dalam kondisi keras. Penempaan dan kerja panas adalah standar dalam pemrosesan pabrik; pembengkokan atau pembentukan harus dilakukan dalam keadaan lunak-annealed.
- Penyelesaian permukaan: Pemolesan dan EDM umum; EDM mempengaruhi permukaan yang terpengaruh panas dan biasanya memerlukan pengerasan ulang atau penyelesaian untuk menghilangkan lapisan rekristalisasi jika kritis untuk layanan.
8. Aplikasi Khas
| H13 (Penggunaan Khas) | 8407 (Penggunaan Khas) |
|---|---|
| Alat cetak die casting kerja panas, pin ejector, insert | Alat cetak penempaan panas, inti die casting, alat ekstrusi |
| Die cetak dan penempaan panas untuk stamping suhu tinggi | Alat yang memerlukan pelacakan tinggi dan kandungan kotoran rendah (misalnya, alat dirgantara) |
| Ekstrusi dan bilah pemotong panas | Aplikasi kerja panas berkinerja tinggi di mana kontrol pabrik ditentukan |
| Inti cetakan plastik yang memerlukan ketahanan kelelahan termal | Aplikasi kerja panas serupa di mana standar pabrik Eropa/Skandinavia ditentukan |
Alasan pemilihan: - Pilih salah satu grade untuk aplikasi kerja panas di mana ketahanan terhadap panas dan siklus termal diperlukan. Pilih 8407 ketika pelacakan spesifik pabrik, pengendalian kotoran yang lebih ketat, atau pemrosesan pabrik Eropa tertentu diperlukan. Pilih H13 ketika spesifikasi meminta penunjukan AISI/ASTM atau ketika ketersediaan pemasok yang luas penting.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: H13 diproduksi secara luas di seluruh dunia dan dapat lebih kompetitif dalam biaya karena produksi volume. 8407, jika diproduksi oleh pabrik khusus dengan kontrol proses yang lebih ketat, dapat memiliki harga premium.
- Ketersediaan: H13 tersedia secara luas dalam berbagai bentuk produk (batang, pelat, penempaan, blank alat) dari banyak pemasok global. Ketersediaan 8407 mungkin bersifat regional atau terkait dengan pabrik tertentu — waktu tunggu dapat lebih lama di luar wilayah pemasok.
- Bentuk produk: Keduanya tersedia sebagai blok tempa, batang, dan blank pra-hardened. Untuk die besar dan kritis, tentukan sertifikat pabrik, pengujian non-destruktif, dan syarat pengiriman/pemeriksaan yang disepakati.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Metrik | H13 | 8407 |
|---|---|---|
| Kemampuan Pengelasan | Sedang — memerlukan pemanasan sebelum/pasca pengelasan | Sedang — serupa, tergantung pada kimia yang tepat |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Kekuatan tinggi dan ketahanan temper; kurva perlakuan panas yang sudah ditetapkan | Kekuatan sebanding; potensi untuk ketangguhan sedikit lebih tinggi jika diproduksi dengan kebersihan yang lebih ketat |
| Biaya & Ketersediaan | Tersedia luas, umumnya lebih hemat biaya | Potensi premium untuk kualitas yang dikendalikan pabrik; mungkin memiliki waktu tunggu regional |
Rekomendasi: - Pilih H13 jika Anda memerlukan baja alat kerja panas yang diakui secara luas, tersedia dengan mudah dengan spesifikasi yang sudah ditetapkan, opsi pemasok yang luas, dan harga yang kompetitif. Ini adalah pilihan standar untuk die kerja panas umum, inti die-casting, alat ekstrusi, dan stok perbaikan. - Pilih 8407 jika proyek Anda memerlukan grade Eropa/Skandinavia yang ditentukan pabrik yang menekankan kebersihan material, pelacakan, dan pemrosesan termo-mekanis yang konsisten, atau ketika spesifikasi pengadaan meminta penunjukan tersebut. 8407 dapat menguntungkan untuk aplikasi keandalan tinggi di mana keuntungan marginal dalam ketangguhan dan konsistensi membenarkan perbedaan biaya atau waktu tunggu yang potensial.
Catatan akhir: Karena kinerja dalam layanan sangat bergantung pada kimia yang tepat, ukuran bagian, dan jadwal perlakuan panas, selalu minta sertifikat pabrik, siklus pengerasan/tempering yang direkomendasikan, dan, untuk alat kritis, dokumentasi NDT/kebersihan pemasok sebelum pemilihan dan pengadaan.