M2 vs M42 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Baja kecepatan tinggi M2 dan M42 adalah dua dari kelas yang paling umum ditentukan untuk alat pemotong, bor, ulir, pemotong frais, dan alat lainnya di mana kekerasan, ketahanan aus, dan stabilitas termal mempengaruhi kinerja. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur secara rutin menghadapi dilema pemilihan: memilih kelas yang lebih murah dan serbaguna yang memberikan ketangguhan dan ketahanan aus yang baik pada suhu sedang, atau membayar lebih untuk kelas yang mempertahankan kekerasan dan ketahanan aus pada suhu pemotongan yang lebih tinggi.
Perbedaan praktis utama antara kedua kelas ini terletak pada strategi paduan mereka: satu menekankan pembentuk karbida refraktori yang lebih tinggi (W, Mo, V) dengan ketangguhan yang seimbang, sementara yang lainnya mencakup jumlah kobalt yang substansial untuk meningkatkan kekerasan panas dan kekerasan merah. Perbedaan itu mengarah pada perilaku perlakuan panas yang berbeda, kinerja pengerjaan panas, dan envelope aplikasi—terutama di bawah kondisi pemotongan dan penggerusan kecepatan tinggi dan suhu tinggi.
1. Standar dan Penunjukan
- Penunjukan dan standar internasional umum di mana kelas ini muncul:
- AISI / SAE: M2, M42 (nama komersial yang banyak digunakan).
- ASTM / ASME: spesifikasi baja alat dan standar produk sering merujuk pada penunjukan AISI.
- EN / DIN / JIS / GB: ekuivalen ada di bawah standar nasional (penunjukan HSS EN/DIN yang khas atau nomor kelas lokal), tetapi referensi numerik yang tepat bervariasi menurut penerbit dan produsen.
- Klasifikasi: Baik M2 maupun M42 adalah baja alat kecepatan tinggi (HSS), yaitu, baja alat paduan yang dirancang untuk mempertahankan kekerasan pada suhu tinggi, bukan baja tahan karat atau HSLA. Mereka dikategorikan sebagai baja alat yang dimaksudkan untuk aplikasi pemotongan dan pembentukan daripada baja struktural.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel di bawah ini memberikan rentang komposisi khas untuk setiap kelas. Batas yang tepat tergantung pada standar atau vendor yang memproduksi; perlakukan angka sebagai representatif dari praktik komersial.
| Elemen (wt%) | M2 Tipe Khas (representatif) | M42 Tipe Khas (representatif) |
|---|---|---|
| C | 0.85–1.05 | 0.80–1.05 |
| Mn | 0.15–0.40 | 0.15–0.35 |
| Si | 0.15–0.45 | 0.15–0.40 |
| P | ≤0.03 (jejak) | ≤0.03 (jejak) |
| S | ≤0.03 (jejak) | ≤0.03 (jejak) |
| Cr | 3.8–4.5 | 3.5–4.5 |
| Ni | ≤0.25 (jejak) | ≤0.3 (jejak) |
| Mo | 4.5–5.5 | ≈0.5–1.5 |
| V | 1.8–2.2 | 0.4–1.0 |
| W (tungsten) | 6.0–6.75 | 8.5–10.5 |
| Co (kobalt) | ≤0.5 (sering tidak ada) | ≈7.5–9.0 |
| Nb, Ti, B, N | Jejak atau tidak ditentukan | Jejak atau tidak ditentukan |
Bagaimana paduan mengontrol perilaku: - Karbon ditambah pembentuk karbida (W, Mo, V) menciptakan karbida yang keras dan tahan aus. Kandungan W dan V yang lebih tinggi meningkatkan volume dan stabilitas karbida, meningkatkan ketahanan aus. - Kandungan kobalt yang signifikan pada M42 tidak membentuk karbida tetapi meningkatkan kekuatan matriks yang tidak terkarburasi pada suhu tinggi (kekerasan panas), meningkatkan kekerasan merah dan umur tepi pemotongan di bawah beban termal. - Kromium berkontribusi pada ketahanan temper dan ketahanan korosi dalam derajat kecil untuk HSS; molibdenum dan tungsten keduanya meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan suhu tinggi. - Vanadium memperhalus distribusi karbida dan meningkatkan ketahanan aus abrasif serta stabilitas tepi.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur khas - Dalam kondisi yang dikeraskan, kedua kelas terdiri dari matriks martensitik yang ditempa atau martensit+ferit dengan dispersi karbida primer dan sekunder (karbida tipe MC, M6C tergantung pada komposisi dan pendinginan). - M2 membentuk campuran yang kaya akan karbida berbasis Mo-W dan vanadium (VC, M6C yang keras dan terdistribusi secara merata). - M42 mengandung rangkaian karbida yang serupa tetapi biasanya memiliki fraksi karbida kaya tungsten yang lebih tinggi dan karbida sekunder yang lebih halus; matriks diperkuat oleh efek larutan padat kobalt pada suhu tinggi.
Respons perlakuan panas - Urutan normal: pengerasan (austenitisasi) → pendinginan → tempering multi-tahap. M2 biasanya austenitisasi pada suhu yang sedikit lebih rendah dibandingkan M42 (suhu yang tepat bervariasi menurut pemasok) dan di-tempering untuk mencapai keseimbangan antara kekerasan dan ketangguhan. - M42 sering memerlukan kontrol yang hati-hati terhadap austenitisasi dan tempering karena kandungan kobalt meningkatkan kekerasan yang dipertahankan pada suhu tempering dan mempengaruhi respons tempering; biasanya di-tempering pada suhu tempering yang lebih tinggi untuk memanfaatkan kekerasan merah sambil menghindari kerapuhan yang berlebihan. - Perlakuan termo-mekanis (untuk blanko yang diproduksi atau baja alat dengan struktur yang ditempa) dapat memperhalus distribusi karbida, meningkatkan ketangguhan. Volume karbida yang lebih tinggi dan kandungan kobalt pada M42 membuat kontrol karbida selama pemrosesan menjadi sangat penting untuk menghindari kerapuhan lokal.
4. Sifat Mekanis
Sifat mekanis untuk baja alat sangat sensitif terhadap perlakuan panas (suhu austenitisasi, media pendinginan, jadwal tempering). Tabel di bawah ini membandingkan nilai kekerasan kualitatif dan representatif setelah pengerasan dan tempering yang direkomendasikan untuk penggunaan alat pemotong.
| Sifat | M2 (tipikal setelah H/T untuk pemotongan) | M42 (tipikal setelah H/T untuk pemotongan) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Tinggi (tergantung aplikasi) | Sebanding dengan yang lebih tinggi (tergantung aplikasi) |
| Kekuatan luluh | Tinggi (tergantung pada H/T) | Sebanding atau sedikit lebih tinggi pada suhu tinggi |
| Peregangan | Rendah hingga sedang (baja alat) | Rendah hingga sedang |
| Ketangguhan impak | Sedang untuk HSS (lebih baik daripada kelas kobalt tinggi) | Sedikit lebih rendah daripada M2 pada suhu ruang (lebih banyak karbida) |
| Kekerasan (HRC) | ~62–66 HRC (tergantung pada temper) | ~63–68 HRC (mempertahankan kekerasan pada suhu lebih tinggi) |
Interpretasi: - Keduanya adalah baja yang sangat keras setelah perlakuan panas yang benar; M42 biasanya mempertahankan kekerasan lebih baik seiring dengan meningkatnya suhu (kekerasan panas dan kekerasan merah yang lebih baik) karena pengaruh penguatan kobalt dan karbida yang stabil. - M2 sering memiliki ketangguhan patah pada suhu ruang yang sedikit lebih baik untuk kekerasan yang sebanding, menjadikannya kurang rapuh dalam pemotongan terputus atau beban kejutan. - Angka tarik/luluh kurang umum digunakan sendiri untuk memilih alat HSS; kekerasan dan ketangguhan pada suhu operasi yang diharapkan lebih menentukan.
5. Kemampuan Las
Kemampuan las kelas HSS umumnya terbatas dan memerlukan pemanasan awal yang hati-hati, kontrol suhu antar-lapisan, dan perlakuan panas pasca-las untuk menghindari retak dan kehilangan sifat. - Faktor pendorong kemampuan las utama: ekuivalen karbon (kemampuan pengerasan dari paduan), karbida paduan, dan elemen mikro-paduan yang mempromosikan kemampuan pengerasan atau segregasi. - Rumus penilaian yang berguna (panduan kualitatif): - Ekuivalen karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Parameter tipe karbon-mangan internasional Pipes Institute: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - Interpretasi kualitatif: - Baik M2 maupun M42 memiliki $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang relatif tinggi dibandingkan dengan baja lunak atau baja paduan rendah karena karbida dan kandungan paduan; keduanya sulit disambung dengan pengelasan fusi tanpa prosedur khusus. - M42 biasanya lebih sulit untuk dilas dibandingkan M2 karena volume karbida yang lebih tinggi dan keberadaan kobalt meningkatkan risiko retak dan mengganggu sifat yang cocok di zona yang terpengaruh panas. Pemanasan awal, input panas rendah, dan tempering atau annealing pasca-las sering diperlukan. - Untuk banyak aplikasi alat, penyolderan atau pengencangan mekanis lebih disukai daripada pengelasan fusi; ketika pengelasan diperlukan, konsultasikan pemasok baja untuk rekomendasi logam pengisi dan prosedur pengelasan yang memenuhi syarat.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Sebagai baja alat kecepatan tinggi yang tidak tahan karat, baik M2 maupun M42 tidak secara inheren tahan korosi. Pemilihan jarang bergantung pada kinerja korosi logam dasar; sebaliknya, perlindungan permukaan dan pelapisan digunakan.
- Metode perlindungan umum:
- Pelapisan keras (PVD, CVD: TiN, TiAlN, AlTiN) diterapkan pada tepi pemotongan untuk mengurangi aus dan mengurangi interaksi kimia pada suhu tinggi.
- Elektroplating, pasivasi, atau cat kurang umum untuk alat pemotong; untuk alat yang terpapar lingkungan lembab atau korosif, penyimpanan dan pelumasan yang terkontrol adalah hal yang biasa.
- PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) digunakan untuk baja tahan karat: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Indeks ini tidak berlaku untuk M2 atau M42 karena keduanya bukan paduan tahan karat dengan tambahan Cr/Mo/N yang signifikan yang ditujukan untuk ketahanan korosi.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Pembentukan
- Kemampuan mesin:
- Dalam kondisi yang dikeraskan (lunak), keduanya dapat diproses menggunakan alat konvensional; M2 umumnya lebih mudah diproses dibandingkan M42 dalam keadaan dikeraskan.
- Dalam kondisi yang dikeraskan, keduanya sulit; M42 biasanya lebih keras pada alat pemotong karena kandungan karbida yang lebih tinggi dan kekuatan matriks terkait kobalt, mengurangi kemampuan mesin relatif terhadap M2.
- Penggilingan dan penyelesaian:
- Keduanya merespons dengan baik terhadap penggilingan presisi; roda berlian atau CBN umum digunakan untuk penyelesaian alat yang dikeraskan. Dressing dan strategi pendingin yang tepat diperlukan.
- Kemampuan pembentukan:
- Sebagai kelas HSS, keduanya tidak dimaksudkan untuk pembentukan lembaran; penempaan atau pekerjaan panas dimungkinkan untuk blanko pra-anneal, tetapi kontrol karbida dan kontrol suhu sangat penting. Fraksi karbida yang lebih tinggi pada M42 membuat penempaan panas lebih menantang.
- Pembengkokan/penekanan:
- Tidak berlaku untuk alat yang sudah jadi; blanko dapat dibentuk dalam kondisi lunak dengan hati-hati.
8. Aplikasi Khas
| M2 — Penggunaan Khas | M42 — Penggunaan Khas |
|---|---|
| Alat pemotong serbaguna: bor, ulir, pemotong akhir untuk baja lunak dan penggunaan umum di bengkel | Pemotongan berkinerja tinggi dari paduan tahan karat, paduan tahan panas, dan operasi kecepatan tinggi |
| Pemotong frais, broach, pemotong gigi di mana keseimbangan ketangguhan dan ketahanan aus diinginkan | Pemotong frais kecepatan tinggi, ulir, dan alat bentuk untuk aplikasi abrasif atau suhu tinggi |
| Bit alat untuk pemotongan terputus di mana ketahanan kejutan penting | Alat untuk produksi di mana kecepatan pemotongan tinggi dan suhu pemotongan yang tinggi memerlukan kekerasan merah yang superior |
| Hobs, reamer, gergaji pemotong untuk banyak bahan umum | Alat khusus di mana umur alat yang diperpanjang membenarkan biaya material yang lebih tinggi (misalnya, produksi berkelanjutan pada bahan yang sulit) |
Rasional pemilihan: - Pilih M2 untuk aplikasi yang membutuhkan ketangguhan yang baik, aplikasi yang luas, dan biaya yang lebih rendah—terutama untuk alat serbaguna di mana suhu operasi sedang diharapkan. - Pilih M42 ketika proses menghasilkan suhu pemotongan yang tinggi, saat memproses paduan tahan karat atau tahan panas, atau ketika umur alat yang diperpanjang pada kecepatan tinggi mengimbangi biaya material dan pemrosesan yang lebih tinggi.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: M42 secara material lebih mahal daripada M2 karena kandungan kobalt dan tungsten yang lebih tinggi. Kobalt adalah komoditas berharga dan berkontribusi signifikan terhadap biaya.
- Ketersediaan berdasarkan bentuk produk:
- M2: tersedia luas dalam bentuk batang, blanko yang digiling, bit alat, dan stok yang telah dipanaskan sebelumnya; banyak pembuat alat mempertahankan inventaris M2.
- M42: tersedia tetapi kurang umum; umum dalam blanko alat premium dan produksi alat kustom tetapi mungkin memiliki waktu tunggu yang lebih lama atau jumlah pesanan minimum.
- Pertimbangan pengadaan: total biaya kepemilikan (umur alat, waktu henti, penggilingan ulang) dapat membuat M42 secara ekonomi menguntungkan dalam operasi volume tinggi atau suhu tinggi meskipun biaya material awal lebih tinggi.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (kualitatif):
| Karakteristik | M2 | M42 |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Kesulitan sedang; pengelasan mungkin dilakukan dengan hati-hati | Lebih sulit; kobalt dan karbida memperumit kemampuan las |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Keseimbangan yang baik; ketangguhan suhu ruang yang lebih baik secara komparatif | Kekerasan panas dan ketahanan aus yang superior; ketangguhan suhu ruang sedikit lebih rendah dalam beberapa kondisi |
| Biaya | Sedang / ekonomis | Premium (biaya material lebih tinggi) |
Rekomendasi penutup: - Pilih M2 jika Anda membutuhkan baja kecepatan tinggi yang ekonomis dan serbaguna untuk berbagai bahan dan kondisi pemotongan di mana kecepatan dan suhu pemotongan sedang diharapkan, dan di mana ketahanan impak/kejutan penting. - Pilih M42 jika operasi melibatkan kecepatan pemotongan tinggi, suhu tinggi yang berkelanjutan di tepi pemotongan, bahan abrasif atau sulit untuk diproses (misalnya, baja tahan karat, paduan tahan panas), dan biaya awal yang meningkat dibenarkan oleh umur alat yang lebih panjang dan waktu henti yang berkurang.
Catatan praktis akhir: - Selalu konfirmasi komposisi spesifik dan siklus perlakuan panas yang direkomendasikan dengan pemasok material Anda atau standar referensi untuk batch yang Anda maksudkan untuk dibeli—sifat HSS sangat bergantung pada perlakuan panas. - Untuk keputusan alat yang kritis, validasi kinerja grade kandidat dengan percobaan produksi singkat untuk mengukur umur alat, waktu siklus, dan biaya per bagian daripada hanya mengandalkan karakteristik yang dipublikasikan.