P20 vs 2738 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

P20 dan 2738 adalah dua baja yang sering ditemui di sektor cetakan plastik dan peralatan. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering harus memutuskan antara keduanya saat menentukan dasar cetakan, inti, rongga, atau sisipan. Faktor pengambilan keputusan yang umum termasuk menyeimbangkan kemampuan mesin dan biaya terhadap kemampuan pengerasan, ketahanan aus, dan stabilitas dimensi jangka panjang di bawah beban termal/mekanis siklik.

Perbedaan utama antara kedua jenis baja ini adalah strategi paduan dan kinerja yang dimaksudkan: P20 dirancang sebagai baja cetakan yang sudah dipra-pengerasan, dapat dikerjakan dengan kekuatan sedang dan kemampuan poles serta pengelasan yang baik; 2738 adalah baja alat/cetakan yang lebih banyak paduan yang dioptimalkan untuk kemampuan pengerasan, ketahanan aus, dan stabilitas tempering yang lebih besar. Karena keduanya umum digunakan untuk cetakan plastik, mereka sering dibandingkan untuk trade-off antara biaya, perlakuan panas pasca-pemrosesan, dan kinerja siklus hidup.

1. Standar dan Penunjukan

• P20
• Umumnya dirujuk di Amerika Utara sebagai AISI/ASTM P20 (baja cetakan). Penunjukan yang setara atau serupa muncul dalam standar EN/ISO dan nasional melalui nama-nama yang digunakan oleh pemasok baja.
• Diklasifikasikan sebagai baja alat/cetakan paduan rendah hingga sedang (umumnya disuplai dalam kondisi pra-pengerasan).
• 2738
• Dirujuk dalam beberapa sistem pemasok dan nasional sebagai "2738" (catatan: sistem penomoran yang tepat bervariasi menurut negara dan vendor). Ini biasanya diposisikan sebagai kelas baja cetakan/alat paduan tinggi.
• Diklasifikasikan sebagai baja alat paduan yang dirancang untuk cetakan—memiliki kemampuan pengerasan yang lebih besar dibandingkan P20.

Catatan: Selalu verifikasi standar/spesifikasi dan sertifikat pemasok yang tepat untuk komposisi kimia dan sifat mekanik yang dijamin, karena penomoran dan ekuivalen bervariasi menurut wilayah dan produsen.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel berikut merangkum strategi paduan yang khas untuk setiap jenis baja. Entri bersifat deskriptif untuk mencerminkan bahwa jumlah yang tepat bervariasi menurut standar dan vendor; konsultasikan sertifikat material untuk persentase yang tepat.

Elemen	P20 (peran khas)	2738 (peran khas)
C (Karbon)	Sedang: seimbang untuk kemampuan mesin, kekuatan, dan kemampuan poles	Sedang–lebih tinggi: meningkatkan potensi kekerasan dan ketahanan aus
Mn (Mangan)	Sedang: deoksidasi, dukungan tarik/impact	Sedang: berkontribusi pada kemampuan pengerasan dan kekuatan
Si (Silikon)	Rendah–jejak: deoksidasi dan kekuatan	Rendah–jejak: deoksidasi dan kekuatan
P (Fosfor)	Jejak (kotoran terkontrol)	Jejak (kotoran terkontrol)
S (Belerang)	Jejak (meningkatkan kemampuan mesin saat hadir sebagai grade free-cut)	Jejak (biasanya diminimalkan untuk ketangguhan)
Cr (Krom)	Sedang: meningkatkan kemampuan pengerasan, ketahanan aus, dan stabilitas tempering	Lebih tinggi: kontribusi yang lebih kuat terhadap kemampuan pengerasan, ketahanan aus, dan ketahanan temper
Ni (Nikel)	Rendah hingga tidak ada: bukan elemen paduan utama	May be present in small amounts for toughness in some variants
Mo (Molybdenum)	Kecil hingga sedang: meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan tempering	Sedang–signifikan: meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan temper
V (Vanadium)	Rendah (mikropaduan): memperhalus butir dan meningkatkan ketahanan aus	Present in larger amounts in many 2738 variants to refine carbides and increase wear resistance
Nb/Ti/B (mikropaduan)	Umumnya rendah/tidak ada; kadang-kadang dipaduan mikro untuk kontrol butir	May be present in microamounts for grain refinement and control
N (Nitrogen)	Jejak	Jejak

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon dan elemen paduan (Cr, Mo, V) mengontrol kemampuan pengerasan, potensi kekerasan, dan stabilitas temper—kandungan paduan yang lebih tinggi menghasilkan kemampuan pengerasan yang lebih besar dan ketahanan temper suhu tinggi yang lebih baik tetapi dapat mengurangi kemampuan pengelasan dan meningkatkan biaya. - Elemen mikropaduan (V, Nb, Ti) memperhalus karbida dan struktur butir yang meningkatkan ketangguhan dan ketahanan aus untuk umur panjang di cetakan. - Sulfur dan fosfor yang rendah diperlukan untuk mempertahankan ketangguhan dan umur lelah pada baja cetakan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur dan respons perlakuan panas yang khas untuk P20 dan 2738 berbeda karena paduan mereka:

• P20
• Kondisi pasokan yang khas: pra-pengerasan hingga kekerasan sedang (sering dalam kisaran yang berguna untuk pemesinan dan pemolesan).
• Mikrostruktur: martensit temper atau bainit temper dengan populasi karbida yang relatif rendah; ukuran butir dikontrol untuk kemampuan poles.

• Respons perlakuan panas: P20 responsif terhadap pendinginan dan tempering; ketika di-austenitasi dan di-tempering dengan benar, ia mencapai keseimbangan kekerasan dan ketangguhan yang cocok untuk banyak aplikasi cetakan plastik. Ini sering digunakan dalam kondisi pra-pengerasan untuk menghindari distorsi yang terkait dengan pengerasan penuh.

• 2738

• Kondisi pasokan yang khas: dapat disuplai dalam kondisi pra-pengerasan atau sebagai annealed/normalized tergantung pada penggunaan; dirancang untuk berhasil dipengerasan hingga tingkat kekerasan yang lebih tinggi.
• Mikrostruktur: setelah pendinginan & tempering, 2738 cenderung menunjukkan martensit temper dengan populasi karbida paduan yang terdispersi (karbida Cr, Mo, V) yang meningkatkan ketahanan aus dan ketahanan temper.
• Respons perlakuan panas: kandungan paduan yang lebih tinggi meningkatkan kemampuan pengerasan dan memberikan ketahanan temper yang lebih stabil pada suhu layanan yang lebih tinggi. Parameter austenitasi dan pendinginan yang tepat sangat penting untuk menghindari austenit yang tertahan dan untuk mengoptimalkan distribusi karbida.

Efek dari rute pemrosesan umum: - Normalisasi/siklus pemurnian meningkatkan ukuran butir dan respons terhadap pengerasan selanjutnya. - Pendinginan & temper menghasilkan kekerasan tertinggi dan ketahanan aus terbaik—2738 mencapai kekerasan akhir yang lebih tinggi untuk perlakuan yang sama karena kandungan paduan. - Pengiriman pra-pengerasan (umum untuk P20) mengurangi kebutuhan perlakuan panas pasca-pemrosesan dan risiko distorsi.

4. Sifat Mekanik

Sifat mekanik yang tepat sangat bergantung pada perlakuan panas dan jaminan pemasok. Tabel di bawah ini memberikan deskriptor kualitatif komparatif untuk sifat-sifat yang relevan dengan aplikasi.

Sifat	P20 (keadaan khas)	2738 (keadaan khas)
Kekuatan Tarik	Sedang — memadai untuk sebagian besar cetakan injeksi dan kompresi	Lebih tinggi — dirancang untuk ketahanan beban dan aus yang lebih besar
Kekuatan Luluh	Sedang	Lebih tinggi
Panjang Regangan (duktilitas)	Lebih tinggi/Baik — mendukung pemesinan dan pemolesan	Lebih rendah dari P20 saat dipengerasan — tradeoff untuk kekerasan
Ketangguhan Impact	Baik (terutama dalam kondisi pra-pengerasan atau tempering)	Baik hingga sedang — bisa lebih rendah pada tingkat kekerasan yang lebih tinggi
Kekerasan (seperti yang disuplai / dipengerasan)	Sedang (keadaan pra-pengerasan yang dapat dikerjakan)	Kekerasan yang dapat dicapai lebih tinggi setelah pendinginan & tempering

Interpretasi: - 2738 umumnya mampu memberikan kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi setelah perlakuan panas karena paduan yang lebih besar dan kemampuan pengerasan, yang meningkatkan ketahanan aus tetapi cenderung mengurangi duktilitas dan dapat menyulitkan pengelasan dan perbaikan. - P20 menawarkan kompromi yang lebih baik antara kemampuan mesin, kemampuan poles, dan ketangguhan yang dapat dikerjakan, itulah sebabnya ia umum digunakan untuk cetakan plastik besar dan kompleks yang selesai dan digunakan tanpa pengerasan penuh.

5. Kemampuan Pengelasan

Kemampuan pengelasan bergantung pada kandungan karbon, paduan, dan kemampuan pengerasan. Dua indeks empiris yang umum digunakan adalah ekuivalen karbon IIW dan rumus Pcm:

• Ekuivalen karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Rumus Pcm (digunakan untuk menilai persyaratan pemanasan awal dan prosedur pengelasan): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - Nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih rendah menunjukkan kemampuan pengelasan yang lebih mudah dengan risiko retak dingin yang disebabkan oleh hidrogen yang lebih rendah. - P20: dengan karbon dan paduan yang sedang, P20 umumnya memiliki kemampuan pengelasan yang lebih baik dan sering dipilih ketika pengelasan perbaikan atau modifikasi diharapkan. Pemanasan awal dan perlakuan panas pasca-las yang hati-hati tetap harus diterapkan sesuai rekomendasi pemasok. - 2738: kandungan Cr/Mo/V yang lebih tinggi dan ekuivalen karbon yang lebih tinggi meningkatkan kemampuan pengerasan, meningkatkan kerentanan terhadap retak tanpa pemanasan awal dan PWHT yang terkontrol. Mengelas 2738 memerlukan prosedur yang lebih ketat dan sering kali kontrol suhu antar-lapis serta tempering pasca-las.

Rekomendasi: - Selalu minta pedoman pengelasan dari pemasok dan ikuti prosedur pengelasan yang memenuhi syarat (pemanasan awal, antar-lapis, PWHT, pemilihan bahan habis pakai). - Ketika ragu, percobaan pengelasan laboratorium dan pemeriksaan kekerasan di HAZ sangat disarankan.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik P20 maupun 2738 bukanlah baja tahan karat; keduanya memerlukan perlindungan permukaan jika ketahanan korosi menjadi perhatian.
• Perlindungan yang khas:
• Pengecatan, pelapisan (nikel, krom), dan penyelesaian permukaan yang tepat (poles, nitriding) untuk memperlambat korosi dan meningkatkan umur pakai.
• Krom keras atau nitriding dapat meningkatkan kekerasan permukaan dan meningkatkan ketahanan aus/korosi di tempat yang sesuai.
• PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) hanya berlaku untuk kelas stainless: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Indeks ini tidak berlaku untuk P20 atau 2738 karena mereka bukan paduan stainless. Untuk cetakan yang terpapar lingkungan korosif atau lembab, pertimbangkan baja alat stainless atau terapkan perlakuan permukaan pelindung.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas

• Kemampuan Mesin
• P20: Umumnya lebih mudah dikerjakan dalam kondisi pra-pengerasan; hasil permukaan yang baik dan kemampuan poles. Gaya pemotongan yang lebih rendah dan umur alat yang lebih lama dibandingkan dengan baja alat paduan tinggi.
• 2738: Lebih sulit dikerjakan saat dipengerasan karena kekerasan dan karbida yang lebih tinggi; sering dikerjakan dalam kondisi yang lebih lunak dan diselesaikan setelah perlakuan panas dengan penggilingan/pemolesan.
• Formabilitas/Pembengkokan
• Kedua jenis baja adalah baja; namun, pembengkokan atau pembentukan terbatas dibandingkan dengan baja struktural karbon rendah. Pembentukan dingin umumnya tidak disarankan untuk bagian yang dipengerasan; pemesinan dan EDM lebih disukai untuk fitur kompleks.
• Penggilingan/EDM/Pemolesan
• Kandungan karbida 2738 dapat membuat pemolesan halus lebih menantang tetapi memberikan umur pakai yang lebih baik dalam layanan.
• P20 memoles dengan baik dan lebih disukai di mana hasil permukaan dan pemolesan cermin menjadi prioritas (misalnya, bagian plastik optik atau kosmetik).

8. Aplikasi Khas

P20	2738
Dasar cetakan injeksi umum, cetakan multi-rongga besar, cetakan prototipe dan produksi di mana kemampuan poles dan kecepatan pemesinan menjadi prioritas	Inti, rongga, dan sisipan yang memerlukan ketahanan aus yang lebih tinggi dan umur pakai yang lebih lama; peralatan untuk plastik abrasif atau produksi jangka panjang
Piring cetakan, rongga di mana kekerasan sedang cukup dan perbaikan las mungkin diperlukan	Komponen cetakan tugas tinggi yang terpapar siklus termal yang lebih tinggi dan aus abrasif
Komponen cetakan untuk pembentukan lunak atau aus ringan	Sisipan atau inti di mana pengerasan pasca dan ketahanan temper yang tinggi diperlukan

Rasional pemilihan: - Pilih P20 ketika prioritas adalah kemudahan pemesinan, kemampuan poles, biaya lebih rendah, dan ketika kondisi layanan tidak membuat cetakan mengalami aus abrasif berat atau siklus termal yang ekstrem. - Pilih 2738 ketika bagian harus tahan terhadap aus yang lebih tinggi, suhu tempering yang lebih tinggi, atau ketika siklus hidup yang lebih lama membenarkan biaya material dan pemrosesan yang lebih tinggi.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya
• P20: umumnya biaya material yang lebih rendah dan biaya pemrosesan yang lebih rendah (sering disuplai dalam kondisi pra-pengerasan, mengurangi biaya kontrol pengerasan dan distorsi).
• 2738: biaya yang lebih tinggi per kilogram karena kandungan paduan yang lebih besar dan sering memerlukan perlakuan panas yang terkontrol serta penyelesaian yang lebih rumit—meningkatkan total biaya.
• Ketersediaan
• Kedua jenis baja umumnya tersedia dari pemasok baja cetakan, tetapi bentuk produk spesifik (piring, batang, blok pra-pengerasan) dan waktu pengiriman bervariasi menurut wilayah dan tingkat stok.
• P20 cenderung lebih umum dalam ukuran stok untuk dasar cetakan; 2738 mungkin memerlukan pemesanan dalam ukuran tertentu atau menerima waktu pengiriman tambahan untuk perlakuan pengerasan penuh.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel ringkasan (kualitatif)

Atribut	P20	2738
Kemampuan Pengelasan	Baik	Sedang → memerlukan prosedur terkontrol
Seimbang Kekuatan–Ketangguhan	Kekuatan sedang / ketangguhan baik	Kekuatan lebih tinggi / duktilitas lebih rendah pada kekerasan tinggi
Biaya (material & pemrosesan)	Lebih rendah	Lebih tinggi

Rekomendasi penutup: - Pilih P20 jika: - Aplikasi memerlukan kemampuan mesin dan kemampuan poles yang baik. - Anda memerlukan piring cetakan pra-pengerasan yang hemat biaya dan mudah diperbaiki/dilas. - Kondisi layanan melibatkan aus sedang dan kekerasan tertinggi tidak diperlukan.

• Pilih 2738 jika:
• Komponen memerlukan kemampuan pengerasan yang lebih tinggi, ketahanan aus yang superior, dan stabilitas temper untuk produksi jangka panjang.
• Anda dapat mengakomodasi perlakuan panas yang lebih intensif, kontrol pengelasan yang lebih ketat, dan biaya material yang sedikit lebih tinggi untuk mendapatkan umur alat yang lebih panjang.

Catatan akhir: Pemilihan material harus dikonfirmasi terhadap data kimia dan mekanik bersertifikat dari pemasok, siklus perlakuan panas yang dimaksudkan, beban dan lingkungan yang diharapkan, serta strategi pemeliharaan/perbaikan yang diprediksi. Untuk cetakan kritis, lakukan analisis biaya siklus hidup yang mencakup waktu pemesinan, perlakuan panas, penyelesaian permukaan, jumlah siklus yang diharapkan, dan risiko waktu henti untuk mencapai pilihan yang paling ekonomis dan dapat diandalkan.