M35 vs M42 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
M35 dan M42 adalah dua baja alat kecepatan tinggi (HSS) yang banyak digunakan yang sering muncul sebagai alternatif ketika insinyur dan spesialis pengadaan menentukan alat pemotong, bor, ulir, dan komponen tahan aus. Dilema pemilihan biasanya berpusat pada kompromi antara kekerasan panas dan ketahanan aus versus ketangguhan, kemampuan mesin, dan biaya. Singkatnya, satu grade menekankan kekerasan suhu tinggi dan ketahanan aus, sementara yang lain memberikan keseimbangan yang menguntungkan antara ketangguhan dan kinerja dengan biaya lebih rendah.
Karena kedua grade adalah anggota seri molibdenum/tungsten dari HSS dan mengandung kobalt, mereka sering dibandingkan untuk aplikasi pemesinan yang menuntut di mana umur alat di bawah panas dan pemotongan intermiten menjadi penting. Artikel ini membandingkan standar, komposisi, mikrostruktur, perilaku perlakuan panas, sifat mekanik, kemampuan pengelasan, perlindungan korosi/permukaan, karakteristik fabrikasi, aplikasi umum, biaya/ketersediaan, dan panduan pemilihan akhir.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar dan penunjukan umum untuk grade ini:
- AISI/SAE: M35, M42 (sering digunakan di Amerika Utara)
- DIN/EN: Sering dirujuk silang ke kode HSS HSxV atau serupa (konsultasikan tabel standar spesifik untuk referensi silang yang tepat)
- JIS: Menggunakan kode HSS lainnya; periksa JIS G4305 dan literatur pemasok
- GB (Cina): Terdaftar di bawah baja kecepatan tinggi Cina dengan nomor bagian lokal
- Klasifikasi:
- Kedua M35 dan M42 adalah baja alat — khususnya baja kecepatan tinggi (HSS).
- Mereka adalah baja paduan/baja alat daripada baja tahan karat atau baja struktural HSLA.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut mencantumkan rentang komposisi tipikal untuk elemen kunci. Ini adalah rentang manufaktur umum yang digunakan untuk spesifikasi dan pengadaan; nilai tepat bervariasi menurut standar dan produsen.
| Elemen | M35 (rentang tipikal, wt%) | M42 (rentang tipikal, wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.80–0.95 | 0.95–1.15 |
| Mn | ≤ 0.40 | ≤ 0.40 |
| Si | ≤ 0.40 | ≤ 0.40 |
| P | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | ~3.5–5.0 | ~3.5–4.5 |
| Ni | — (jejak) | — (jejak) |
| Mo | ~4.5–5.5 | ~8.0–10.0 |
| W | ~5.5–7.0 | ~1.0–2.0 |
| V | ~1.5–2.5 | ~1.0–1.6 |
| Co | ~4.5–6.0 | ~7.5–9.0 |
| Nb, Ti, B, N | Jejak atau kotoran terkontrol | Jejak atau kotoran terkontrol |
Bagaimana elemen paduan mempengaruhi sifat - Karbon: Menetapkan kekerasan martensit dan fraksi volume karbida; karbon yang lebih tinggi meningkatkan kekerasan setelah pendinginan tetapi dapat mengurangi ketangguhan dan kemampuan pengelasan. - Krom: Menambahkan ketahanan temper, kemampuan pengerasan, dan ketahanan korosi dalam jumlah kecil. - Molibdenum dan tungsten: Mendorong pengerasan sekunder dan kekerasan panas; molibdenum dalam M42 sangat tinggi untuk mendukung kekerasan yang berkelanjutan pada suhu tinggi. - Vanadium: Membentuk karbida vanadium yang stabil yang meningkatkan ketahanan aus dan retensi tepi. - Kobalt: Meningkatkan kekerasan merah (panas) dan stabilitas termal matriks; kobalt yang lebih tinggi dalam M42 meningkatkan kinerja suhu tinggi dengan mengorbankan kemampuan mesin dan biaya.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal - Dalam kedua grade, mikrostruktur yang diinginkan setelah perlakuan panas yang tepat adalah matriks martensitik keras yang mengandung distribusi karbida paduan (karbida kaya Cr, kaya Mo/W, dan kaya V). - M35: Martensit dengan karbida kompleks yang terdistribusi secara merata (MC, M6C, M23C6). Kehadiran ~5% Co meningkatkan stabilitas matriks dan kekerasan panas tanpa mengubah jenis karbida secara drastis dibandingkan dengan keluarga M2/M35. - M42: Kandungan Mo dan Co yang lebih tinggi meningkatkan jumlah dan stabilitas karbida kaya Mo dan berkontribusi pada respons pengerasan sekunder yang lebih tinggi; matriks lebih tahan terhadap pelunakan temper pada suhu tinggi.
Respons perlakuan panas - Urutan normal: pemanasan awal → pengerasan (austenitisasi suhu tinggi) → pendinginan (minyak/udara tergantung pada ukuran) → tempering multi-tahap untuk mencapai kekerasan dan ketangguhan akhir. - M35: Suhu austenitisasi biasanya dalam rentang HSS (misalnya, sekitar 1180–1220 °C, spesifik produsen) diikuti dengan pendinginan minyak dan tempering. Kombinasi yang baik antara kekerasan dan ketangguhan ketika diperlakukan dengan benar. - M42: Memerlukan austenitisasi yang hati-hati untuk melarutkan karbida yang diperlukan untuk pengerasan sekunder (suhu spesifik grade). M42 mendapat manfaat dari siklus tempering suhu tinggi yang terkontrol untuk mengendapkan karbida sekunder yang memberikan kekerasan panas yang luar biasa.
Proses termo-mekanis - Penempaan dan penggulungan terkontrol diikuti dengan normalisasi yang tepat memperhalus ukuran butir dan distribusi karbida untuk kedua grade. Kandungan paduan yang lebih tinggi pada M42 mendapat manfaat dari kontrol mikrostruktur untuk menghindari austenit yang tertahan berlebihan dan untuk mengoptimalkan dispersi karbida.
4. Sifat Mekanik
Sifat mekanik sangat bergantung pada perlakuan panas dan ukuran bagian. Tabel di bawah ini menyajikan perbandingan tipikal, perlakuan panas dalam rentang numerik kualitatif dan praktis untuk kekerasan.
| Sifat | M35 | M42 |
|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Tinggi (tergantung pada H/T) — biasanya sebanding dengan keluarga HSS | Sangat tinggi pada kekerasan yang sama (mendukung pemotongan beban tinggi) |
| Kekuatan Luluh | Tinggi; tergantung pada perlakuan panas | Sangat tinggi; kekuatan suhu tinggi meningkat dibandingkan M35 |
| Peregangan | Sedang–rendah (baja alat) | Sedikit lebih rendah dari M35 pada kekerasan yang setara |
| Ketangguhan Impak | Lebih baik daripada M42 (lebih toleran) | Lebih rendah dari M35 pada kekerasan yang sama karena kandungan paduan yang lebih tinggi |
| Kekerasan (HRC, pendinginan & tempering tipikal) | ~62–65 HRC | ~66–69 HRC (kemampuan kekerasan panas yang lebih tinggi) |
Interpretasi - Kekuatan dan kekuatan panas: M42 biasanya memberikan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi pada suhu pemotongan yang tinggi karena kandungan Mo dan Co yang lebih tinggi serta pengendapan karbida sekunder. - Ketangguhan dan duktilitas: M35 cenderung lebih tangguh dan kurang rapuh dibandingkan M42 pada tingkat kekerasan yang sama, menjadikannya lebih disukai di mana pemotongan kejutan atau terputus umum terjadi. - Kekerasan: M42 umumnya mencapai dan mempertahankan kekerasan yang lebih tinggi, terutama dalam lingkungan suhu tinggi.
5. Kemampuan Pengelasan
Kemampuan pengelasan baja kecepatan tinggi terbatas dibandingkan dengan baja lunak. Faktor kunci adalah kandungan karbon, kemampuan pengerasan, dan mikro-paduan.
Indeks kemampuan pengelasan umum (ilustratif): - Setara karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (untuk risiko retak pengelasan umum): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif - M35: Karbon sedang dan kobalt sedang; pemanasan awal, suhu antar yang terkontrol, dan perlakuan panas pasca pengelasan diperlukan untuk menghindari retak dingin dan mengembalikan ketangguhan. Bahan habis pakai dan prosedur pengelasan yang disesuaikan untuk HSS harus digunakan. - M42: Kandungan karbon yang lebih tinggi dan kandungan paduan yang lebih tinggi (terutama Mo dan Co) meningkatkan kemampuan pengerasan dan kerentanan terhadap retak pengelasan serta mikrostruktur HAZ yang keras dan rapuh. Mengelas M42 lebih menantang dan sering tidak dianjurkan kecuali kritis; jika pengelasan diperlukan, pemanasan awal yang ketat, input panas rendah, dan siklus tempering wajib. - Dalam kedua kasus, penyolderan atau penyambungan mekanis biasanya lebih disukai daripada pengelasan fusi untuk bagian HSS yang kritis.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik M35 maupun M42 bukanlah baja tahan karat; ketahanan korosi adalah sedang dan terutama berasal dari kandungan Cr.
- Perlindungan permukaan tipikal untuk baja alat non-tahan karat:
- Pelapis pelindung: TiN, TiCN, AlTiN (deposisi uap fisik) untuk meningkatkan ketahanan aus dan mengurangi adhesi.
- Pelapis kimia/g galvanik: tidak umum untuk alat pemotong tetapi mungkin untuk fixture alat—galvanisasi jarang digunakan pada alat pemotong HSS.
- Cat dan pasivasi: lebih berlaku untuk rumah dan komponen non-pemotong.
- PREN (angka setara ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja alat non-tahan karat ini: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Untuk lingkungan pemotongan di mana korosi dapat mempercepat aus, tentukan pelapis tahan korosi atau pertimbangkan baja alat tahan karat hanya di mana kinerja korosi ditambah aus membenarkan kompromi.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas
- Kemampuan mesin:
- M35: Kemampuan mesin sedang untuk HSS; keberadaan kobalt sedikit mengurangi kemampuan mesin tetapi memberikan ketangguhan dan kekerasan panas.
- M42: Kemampuan mesin lebih rendah daripada M35 karena kandungan kobalt dan molibdenum yang lebih tinggi ditambah karbon yang lebih tinggi—harapkan kondisi pemotongan yang lebih keras untuk pembentukan sebelum perlakuan panas akhir.
- Penggilingan dan penyelesaian: Kedua grade memerlukan penggilingan berlian atau CBN untuk penyelesaian dalam keadaan keras. Kekerasan M42 memerlukan sistem abrasif yang lebih kuat dan laju penghilangan yang lebih lambat.
- Pembentukan dan pembengkokan: Sebagai baja alat, keduanya tidak mudah dibentuk dingin dalam keadaan keras. Pekerjaan panas atau penempaan dalam kondisi lunak adalah umum; pembentukan akhir biasanya diselesaikan sebelum pengerasan.
- Penyelesaian permukaan: Pelapis (PVD/CVD) biasanya diterapkan setelah perlakuan panas untuk meningkatkan ketahanan aus dan pelumasan.
8. Aplikasi Tipikal
| M35 (penggunaan umum) | M42 (penggunaan umum) |
|---|---|
| Ulir, bor, dan end mill berkinerja tinggi untuk pemotongan umum di mana ketangguhan penting | Penggiling kecepatan tinggi, broach, bor dan mata gergaji berumur panjang di mana ketahanan aus suhu tinggi sangat penting |
| Alat pembentuk dan beberapa cetakan kerja dingin | Alat untuk produksi kecepatan tinggi, pemotongan terputus, dan paduan yang sulit dikerjakan |
| Alat HSS umum di mana keseimbangan biaya-kinerja diperlukan | Alat khusus yang menuntut kekerasan merah dan retensi tepi yang unggul di bawah panas |
Alasan pemilihan - Pilih M35 ketika keseimbangan ketangguhan, kekerasan panas yang wajar, dan biaya lebih rendah diinginkan; ideal untuk pemotongan terputus dan aplikasi di mana beban kejutan sesekali terjadi. - Pilih M42 ketika umur alat pada kecepatan pemotongan tinggi dan suhu tinggi menjadi prioritas, terutama untuk pemesinan kecepatan tinggi yang berkelanjutan dari bahan yang sulit atau di mana frekuensi penggilingan ulang harus diminimalkan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya: M42 umumnya lebih mahal daripada M35 karena kandungan paduan yang lebih tinggi (terutama kobalt dan molibdenum) dan pemrosesan yang lebih menuntut. Harapkan biaya per kilogram dan per alat yang lebih tinggi untuk M42.
- Ketersediaan: M35 tersedia luas dalam bentuk standar (batang bulat, datar, blank alat). M42 tersedia tetapi mungkin memiliki ukuran stok dan waktu tunggu yang lebih terbatas; banyak pemasok menyediakan M42 terutama untuk pasar alat berkinerja tinggi. Alat yang dilapisi dan diselesaikan dalam kedua grade umum dari pembuat alat khusus.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | M35 | M42 |
|---|---|---|
| Kemampuan pengelasan | Lebih baik (tetapi masih memerlukan perhatian) | Lebih sulit; risiko tinggi tanpa prosedur yang ketat |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Ketangguhan yang baik dengan kemampuan kekerasan tinggi | Kekuatan panas dan ketahanan aus yang lebih tinggi; lebih sulit untuk mempertahankan ketahanan patah |
| Biaya | Lebih rendah | Lebih tinggi |
Pilih M35 jika... - Anda membutuhkan HSS yang hemat biaya dengan ketangguhan yang baik untuk pemotongan terputus, umur alat penting tetapi tidak didominasi oleh aus suhu tinggi, dan kekerasan panas yang sedang sudah cukup. - Anda memperkirakan pengelasan, perbaikan, atau modifikasi di lokasi dan menginginkan pemulihan pasca pengelasan yang relatif lebih mudah.
Pilih M42 jika... - Persyaratan utama Anda adalah retensi tepi yang unggul dan kekerasan panas pada kecepatan pemotongan tinggi atau dalam produksi berat di mana suhu tinggi dan abrasi mendominasi aus alat. - Umur layanan yang lebih lama antara penggilingan ulang sangat penting dan anggaran mendukung biaya awal alat yang lebih tinggi.
Catatan praktis akhir Tentukan grade bersama dengan kondisi perlakuan panas yang diharapkan, ukuran bagian, dan lingkungan aplikasi yang dimaksudkan. Untuk alat kritis, tanyakan kepada pemasok untuk sampel yang telah diperlakukan panas, siklus temper yang direkomendasikan, dan opsi pelapisan. Detail semacam itu sering memiliki pengaruh yang lebih besar secara proporsional terhadap kinerja dalam layanan dibandingkan dengan perbedaan komposisi kecil saja.