NAK80 vs S136 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
NAK80 dan S136 adalah dua baja cetakan yang banyak digunakan dalam industri pencetakan injeksi dan alat. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering kali menghadapi keputusan antara dua jenis baja ini saat merancang cetakan untuk lingkungan korosif, finishing tinggi, atau bagian yang memerlukan umur layanan yang panjang. Pilihan sering kali mempertimbangkan ketahanan terhadap korosi, kemampuan untuk dipoles, kemampuan pengerasan, ketangguhan, biaya, dan kebutuhan fabrikasi selanjutnya.
Perbedaan praktis utama antara keduanya adalah penekanan pada paduan dan pemrosesan: satu dioptimalkan terutama untuk ketahanan tinggi terhadap serangan korosif dan kemampuan pemolesan yang superior dalam plastik yang dicetak, sementara yang lainnya menawarkan keseimbangan berbeda antara ketahanan korosi dengan kekuatan mekanik dan ketangguhan yang lebih baik untuk aplikasi cetakan yang lebih berat. Keduanya dibahas di sini dalam hal standar, kimia, mikrostruktur dan respons perlakuan panas, perilaku mekanik, kemampuan pengelasan, karakteristik korosi, atribut fabrikasi, aplikasi, dan pertimbangan pembelian.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar umum dan penunjukan perdagangan yang sering ditemui:
- S136: sering dirujuk sebagai baja cetakan stainless martensitik yang digunakan di Eropa dan di seluruh dunia (umumnya dijual oleh beberapa produsen di bawah penunjukan S136 atau setara).
- NAK80: penunjukan baja cetakan stainless komersial yang digunakan terutama di Asia dan secara internasional oleh produsen tertentu; terkadang terdaftar dalam literatur produk daripada sebagai penunjukan standar internasional tunggal.
- Keluarga standar tipikal yang perlu dikonsultasikan untuk setara dan spesifikasi meliputi:
- ASTM / ASME (spesifikasi baja alat dan baja alat stainless)
- EN (nomenklatur standar baja Eropa dan setara)
- JIS (Standar Industri Jepang; beberapa grade komersial berasal dari Jepang)
- GB (standar nasional Tiongkok mungkin mencantumkan baja cetakan stainless setara)
- Klasifikasi:
- Kedua NAK80 dan S136 adalah baja alat/cetakan stainless (baja cetakan stainless martensitik), yaitu, mereka adalah baja alat dengan kimia tahan korosi daripada baja karbon biasa atau baja HSLA.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
| Elemen | NAK80 (keberadaan tipikal) | S136 (keberadaan tipikal) |
|---|---|---|
| C (Karbon) | Rendah–sedang (dikelola untuk kemampuan pemolesan) | Rendah–sedang (dikelola untuk kemampuan pengerasan martensitik dan pemolesan) |
| Mn (Mangan) | Rendah (pengendalian deoksidasi dan kekuatan) | Rendah |
| Si (Silikon) | Rendah (deoksidator, efek minimal) | Rendah |
| P (Fosfor) | Jejak (dijaga minimal) | Jejak (dijaga minimal) |
| S (Belerang) | Jejak (dijaga minimal untuk kemampuan pemolesan) | Jejak (dijaga minimal) |
| Cr (Krom) | Sedang–tinggi (memberikan ketahanan korosi) | Tinggi (elemen utama yang tahan korosi) |
| Ni (Nikel) | Sering rendah–sedang (menstabilkan austenit, ketangguhan) | Rendah–sedang |
| Mo (Molybdenum) | Mungkin ada dalam jumlah kecil (kekerasan, ketahanan korosi) | Sering ada untuk meningkatkan ketahanan korosi dan kemampuan pengerasan |
| V (Vanadium) | Paduan mikro yang mungkin (pembentuk karbida) | Paduan mikro yang mungkin (pembentuk karbida) |
| Nb / Ti / B | Umumnya jejak atau tidak ada, tergantung pada produsen | Umumnya jejak atau tidak ada, tergantung pada produsen |
| N (Nitrogen) | Sering ditambahkan secara sengaja dalam beberapa varian NAK komersial untuk meningkatkan ketahanan korosi dan pengerasan presipitasi | Mungkin dikendalikan tetapi umumnya rendah; tidak biasanya merupakan fitur yang menentukan |
Catatan: - Komposisi kuantitatif yang tepat bervariasi menurut produsen dan harus diverifikasi pada sertifikat pabrik untuk setiap heat. Tabel melaporkan keberadaan tipikal dan strategi paduan daripada persentase berat spesifik. - Ringkasan strategi paduan: kedua grade mengandalkan terutama pada krom untuk memberikan ketahanan korosi. Varian NAK80 dari beberapa produsen menekankan nitrogen dan paduan yang seimbang dengan hati-hati untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi sambil mempertahankan kemampuan mesin dan pengerasan menyeluruh. S136 dirancang untuk ketahanan korosi tinggi dan kemampuan pemolesan, sering dioptimalkan untuk lingkungan cetakan di mana noda atau karat harus diminimalkan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Mikrostruktur tipikal setelah diproses:
- Kedua grade adalah baja stainless martensitik setelah perlakuan panas yang tepat. Dalam kondisi yang telah diannealing, mereka umumnya lunak, mikrostruktur ferritik/sebagian annealed yang cocok untuk pemesinan.
- Rute perlakuan panas dan respons:
- Annealing: Dilakukan untuk melunakkan dan menstabilkan komposisi untuk pemesinan; menghasilkan ferrit/pearlit yang relatif lunak atau martensit yang dikeraskan tergantung pada grade dan siklus anneal yang tepat.
- Pengerasan (Perlakuan larutan / Austenitisasi dan Pendinginan): Kedua grade di austenitisasi pada suhu spesifik grade untuk melarutkan karbida dan kemudian didinginkan untuk membentuk martensit. Distribusi karbida dan austenit yang tertahan dipengaruhi oleh paduan (Cr, Mo, N).
- Pemadatan: Beberapa siklus pemadatan digunakan untuk mencapai kekerasan dan ketangguhan yang diinginkan; pemadatan mengurangi stres internal dan menyesuaikan ketangguhan dengan mengorbankan beberapa kekerasan.
- Pengaruh paduan:
- Krom dan molybdenum menstabilkan karbida dan mempengaruhi ketahanan pemadatan; kandungan Cr yang lebih tinggi mendukung ketahanan korosi tetapi dapat mempengaruhi ukuran dan distribusi karbida yang mempengaruhi kemampuan pemolesan.
- Nitrogen (jika ada) dapat meningkatkan kekerasan dan ketahanan korosi melalui penguatan larutan padat dan presipitasi nitride; juga dapat mengurangi austenit yang tertahan jika digunakan dengan hati-hati.
- Pertimbangan pemrosesan:
- Pengendalian suhu austenitisasi, tingkat pendinginan, dan jadwal pemadatan sangat penting untuk menghasilkan kombinasi kekerasan, keseragaman, dan kemampuan pemolesan yang diperlukan.
- Proses peleburan elektro-slag (ESR) atau peleburan vakum sering digunakan untuk S136 dan NAK80 kelas atas untuk memastikan kebersihan dan distribusi karbida halus yang penting untuk sifat pemolesan dan korosi.
4. Sifat Mekanik
| Sifat | NAK80 (kualitatif) | S136 (kualitatif) |
|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Sedang hingga tinggi setelah pengerasan dan pemadatan | Sedang hingga tinggi; dioptimalkan dengan mempertimbangkan ketahanan korosi |
| Kekuatan Luluh | Sedang hingga tinggi | Sedang |
| Peregangan (duktilitas) | Duktilitas yang wajar pada tingkat kekerasan yang lebih rendah | Duktilitas sedang; bisa lebih rendah pada kekerasan yang lebih tinggi |
| Ketangguhan Impak | Umumnya baik untuk baja cetakan stainless ketika diperlakukan panas dengan benar | Baik, tetapi penekanan mungkin pada pemolesan dan kinerja korosi daripada ketangguhan tinggi |
| Kekerasan (rentang HRC setelah pemadatan) | Mampu memiliki rentang dari relatif lunak hingga cukup keras, tergantung pada pemadatan | Juga mampu memiliki rentang; biasanya kekerasan target untuk cetakan yang dipoles dikendalikan untuk menyeimbangkan ketangguhan dan finishing permukaan |
Interpretasi: - Kedua grade dapat diperlakukan panas untuk rentang kekerasan yang serupa yang cocok untuk cetakan injeksi; namun, perbedaan halus dalam paduan berarti varian NAK80 dapat menawarkan ketangguhan yang sedikit lebih tinggi di bawah beberapa kondisi pemadatan, sementara S136 umumnya digunakan ketika ketahanan korosi dan finishing permukaan sangat penting. - Metrik mekanik yang tepat tergantung pada kimia pabrik dan jadwal perlakuan panas yang dipilih; konsultasikan lembar data pemasok untuk nilai tarik, luluh, dan impak spesifik.
5. Kemampuan Pengelasan
- Faktor yang mempengaruhi kemampuan pengelasan: ekuivalen karbon, elemen paduan yang meningkatkan kemampuan pengerasan (Cr, Mo, V), dan keberadaan nitrogen atau pembentuk karbida.
- Rumus yang berguna untuk menilai kemampuan pengelasan (interpretasikan secara kualitatif daripada numerik):
- $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
- Interpretasi kualitatif:
- Kedua NAK80 dan S136 adalah baja alat stainless dengan paduan yang meningkatkan kemampuan pengerasan relatif terhadap baja karbon biasa; oleh karena itu, pemanasan awal, pengendalian suhu antar proses, dan pemadatan pasca pengelasan biasanya diperlukan untuk menghindari retak.
- Nitrogen dalam beberapa varian NAK80 dapat mempersulit pengelasan dengan mengubah perilaku pembekuan dan mempromosikan porositas; S136 dengan Cr dan Mo tinggi dapat rentan terhadap pengerasan martensitik di zona yang terpengaruh panas.
- Untuk cetakan kritis, pengelasan sering diminimalkan; jika perlu, gunakan logam pengisi yang cocok yang dirancang untuk baja alat stainless martensitik dan ikuti prosedur perlakuan panas pemanasan awal dan pasca pengelasan yang direkomendasikan oleh pemasok.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Untuk baja cetakan stainless, ketahanan korosi yang melekat berasal dari krom (dan kadang-kadang Mo, N). Penggunaan indeks:
- Angka Ekuivalen Ketahanan Presipitasi (PREN) berguna untuk stainless austenitik tetapi dapat digunakan untuk memberikan wawasan arah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Interpretasi: PREN paling berlaku untuk grade austenitik; untuk baja cetakan stainless martensitik, rumus ini menawarkan indikasi arah tetapi bukan prediktor definitif dari perilaku korosi layanan.
- Alternatif non-stainless:
- Jika baja alat non-stainless dipilih, perlindungan korosi standar meliputi galvanisasi, pengecatan, pelapisan, atau pelapisan lokal. Untuk baja cetakan stainless seperti NAK80 dan S136, pasivitas permukaan mengurangi kebutuhan akan perlindungan pengorbanan di banyak lingkungan pencetakan.
- Catatan praktis:
- S136 sering dipilih ketika ketahanan jangka panjang terhadap noda dan lingkungan korosif ringan diperlukan, terutama untuk cetakan yang didinginkan dengan air atau cetakan yang memproduksi plastik korosif atau media cetakan yang korosif.
- Finishing permukaan dan kebersihan mikrostruktur (inklusif non-logam yang rendah) sangat penting untuk ketahanan korosi dan kilau; baja yang diproses ESR atau vakum unggul di sini.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas
- Kemampuan mesin:
- Kedua grade dalam kondisi yang telah diannealing dapat diproses dengan baik; namun, baja alat stainless martensitik dapat mengeras saat bekerja dan memerlukan alat, umpan, dan kecepatan yang sesuai.
- Alat karbida dan pengaturan mesin yang stabil disarankan untuk pemesinan presisi tinggi.
- Formabilitas:
- Grade ini biasanya tidak digunakan untuk pembentukan yang luas; pembengkokan mungkin dilakukan dalam kondisi yang telah diannealing tetapi memerlukan perhatian terhadap pemulihan dan retak tepi.
- Finishing:
- Pemolesan hingga finishing cermin adalah persyaratan umum; S136 sering dipilih karena kemampuan pemolesannya yang superior ketika diproduksi dengan mikrostruktur yang bersih dan ukuran karbida yang halus.
- Perlakuan permukaan (nitriding, pelapisan krom) kadang-kadang digunakan tergantung pada kebutuhan aus dan korosi; perilaku nitriding tergantung pada kimia dasar (keberadaan N dan perilaku difusi).
8. Aplikasi Tipikal
| NAK80 | S136 |
|---|---|
| Cetakan di mana keseimbangan ketahanan korosi dan ketangguhan mekanik yang lebih baik diperlukan; komponen inti/ruang di mana stres yang lebih tinggi atau ketahanan korosi sedang diperlukan. | Cetakan dengan gloss tinggi, tahan korosi untuk plastik (terutama di lingkungan lembab atau didinginkan dengan air), cetakan yang memerlukan finishing permukaan yang sangat baik dan ketahanan noda. |
| Cetakan prototipe dan produksi di mana kemampuan mesin dalam keadaan yang telah diannealing diprioritaskan dan kontrol perlakuan panas selanjutnya tersedia. | Cetakan injeksi presisi untuk bagian optik atau dekoratif, di mana penampilan permukaan dan noda minimal sangat penting. |
| Inserts, inti, slide dalam cetakan yang mungkin memerlukan kekuatan atau ketangguhan tambahan untuk penggunaan jangka panjang. | Cetakan kosmetik kelas atas, cetakan perangkat medis, dan cetakan yang terpapar polimer korosif atau pembersihan agresif. |
Rasional pemilihan: pilih berdasarkan kebutuhan dominan—ketahanan beban dan aus versus ketahanan korosi maksimum dan kemampuan pemolesan.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya:
- Keduanya adalah baja alat stainless khusus dan umumnya lebih mahal daripada baja cetakan konvensional (misalnya, P20). Biaya relatif tergantung pada pasar, pabrik, dan pemrosesan (peleburan ESR/Vakum meningkatkan biaya).
- S136, terutama ketika disuplai sebagai material ESR atau yang disempurnakan vakum, sering berada di ujung atas spektrum harga relatif terhadap baja alat stainless umum.
- Harga NAK80 tergantung pada produsen, penambahan nitrogen, dan pemrosesan; dapat bersaing dengan baja cetakan stainless lainnya tetapi biaya yang tepat harus diperiksa dengan pemasok.
- Ketersediaan berdasarkan bentuk produk:
- Keduanya tersedia dalam bentuk blok, pelat, batang, dan pelat yang telah dipadatkan dari pemasok baja alat utama; waktu tunggu bervariasi menurut pabrik dan apakah produk tersebut ESR atau diperlakukan khusus.
- Ketersediaan global umumnya baik, tetapi pengadaan bagian besar atau kondisi yang diproses khusus (pelat yang telah dipadatkan & dipoles) mungkin memerlukan waktu tunggu yang lebih lama.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | NAK80 | S136 |
|---|---|---|
| Kemampuan Pengelasan | Sedang — memerlukan pemanasan awal / pemadatan pasca pengelasan yang hati-hati | Sedang — risiko pengerasan HAZ; pengelasan yang terkontrol diperlukan |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Baik — seimbang menuju ketangguhan di banyak varian | Baik — seimbang, dengan penekanan pada pemolesan/korosi daripada ketangguhan maksimum |
| Biaya | Sedang hingga tinggi (tergantung pada pemasok/proses) | Sedang hingga tinggi — sering lebih tinggi ketika diproses ESR atau peleburan vakum |
Rekomendasi: - Pilih NAK80 jika Anda memerlukan baja cetakan stainless yang memberikan keseimbangan antara ketahanan korosi dengan kekuatan mekanik dan ketangguhan yang lebih baik untuk cetakan yang terkena beban lebih tinggi, stres mekanik berulang, atau di mana metalurgi yang ditingkatkan nitrogen menawarkan manfaat dalam kinerja. - Pilih S136 jika prioritasnya adalah ketahanan maksimum terhadap noda, kemampuan pemolesan superior, dan rekam jejak yang terbukti untuk aplikasi cetakan sensitif terhadap korosi dengan gloss tinggi (misalnya, cetakan kosmetik, medis, atau cetakan yang didinginkan dengan air di mana penampilan permukaan dan ketahanan korosi jangka panjang sangat penting).
Catatan penutup: NAK80 dan S136 keduanya merupakan kandidat kuat untuk aplikasi cetakan yang tahan korosi. Grade yang tepat tergantung pada interaksi spesifik dari lingkungan layanan (paparan korosif, media pendingin), finishing permukaan yang diperlukan, kondisi beban dan aus, serta batasan fabrikasi. Selalu verifikasi sertifikat pabrik, rekomendasi perlakuan panas pemasok, dan lakukan pemrosesan percobaan di mana kinerja atau kualifikasi kritis diperlukan.