S136 vs 420 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
Memilih antara S136 dan 420 adalah keputusan yang berulang bagi insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur yang bekerja pada komponen cetakan, bagian presisi, atau perangkat keras yang terpapar korosi. Pilihan ini sering kali menyeimbangkan ketahanan korosi dan penyelesaian permukaan terhadap biaya dan kemudahan fabrikasi — dan biasanya dipengaruhi oleh fungsi bagian, lingkungan layanan yang diharapkan, dan biaya siklus hidup yang diperlukan.
Secara umum, baik S136 maupun 420 adalah baja tahan karat martensitik yang digunakan di mana kombinasi kekerasan dan beberapa ketahanan korosi diperlukan, tetapi mereka dirancang dengan prioritas yang berbeda. Perbedaan praktis yang paling signifikan adalah bahwa S136 adalah baja cetakan tahan karat yang dioptimalkan untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi permukaan dan kemampuan pemolesan yang superior, sementara 420 adalah baja tahan karat martensitik serbaguna dengan ketersediaan yang lebih luas dan biaya yang lebih rendah. Perbedaan ini mempengaruhi strategi paduan, respons perlakuan panas, penyelesaian permukaan, dan kriteria pemilihan di industri.
1. Standar dan Penunjukan
- S136: Disuplai secara komersial sebagai baja cetakan tahan karat (umumnya dirujuk oleh pemasok baja cetakan dan OEM). Biasanya ditentukan untuk alat dan sisipan cetakan di mana ketahanan korosi dan kemampuan pemolesan diperlukan. Ini adalah baja alat martensitik tahan karat dalam keluarga baja cetakan tahan karat daripada baja alat karbon konvensional.
- 420: Ditunjuk oleh AISI/SAE sebagai AISI 420 / UNS S42000; ini adalah baja tahan karat martensitik dalam ASTM dan banyak standar internasional. Ini digunakan secara luas sebagai baja alat dan rekayasa tahan karat.
Klasifikasi tipikal berdasarkan jenis: - S136 — baja cetakan/alatan martensitik tahan karat (keluarga baja alat dengan perilaku tahan karat). - 420 — baja tahan karat martensitik (paduan tahan karat serbaguna; sering digunakan dalam rekayasa dan alat makan).
(Nomor standar yang tepat dan penunjukan komersial dapat bervariasi menurut pemasok; selalu periksa sertifikat material pemasok untuk pesanan tertentu.)
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel berikut menyajikan elemen paduan umum yang menarik dan keberadaan kualitatif di setiap grade. Konsentrasi yang tepat bervariasi menurut pemasok dan bentuk produk; konsultasikan sertifikat pabrik untuk pengadaan.
| Elemen | S136 (tipikal, kualitatif) | 420 (tipikal, kualitatif) |
|---|---|---|
| C (Karbon) | Sedang — disesuaikan untuk mencapai kemampuan pengerasan dan kekerasan permukaan sambil memungkinkan kemampuan pemolesan | Sedang — rentang komersial yang luas; mengontrol kekerasan akhir dan kekuatan |
| Mn (Mangan) | Rendah–sedang (dijaga terkendali untuk membatasi austenit yang tertahan dan kotoran) | Rendah–sedang (deoksidator, mempengaruhi kemampuan pengerasan) |
| Si (Silikon) | Rendah (deoksidasi) | Rendah (deoksidasi) |
| P (Fosfor) | Jejak / rendah (dijaga rendah untuk ketangguhan dan ketahanan korosi) | Jejak / rendah |
| S (Belerang) | Sangat rendah (diminimalkan untuk meningkatkan kemampuan pemolesan dan ketahanan korosi) | Sering lebih tinggi dari S136 pada grade yang lebih tua (meningkatkan kemampuan mesin, mengurangi ketahanan korosi) |
| Cr (Krom) | Relatif tinggi (untuk memberikan perilaku tahan karat dan ketahanan korosi) | Tinggi (12–14% secara klasik; memberikan perilaku tahan karat) |
| Ni (Nikel) | Rendah (mungkin hadir dalam jumlah jejak) | Rendah (biasanya rendah hingga jejak) |
| Mo (Molybdenum) | Sangat rendah atau tidak ada (beberapa grade cetakan secara sengaja mengontrol Mo untuk menyeimbangkan korosi dan ketangguhan) | Sering rendah atau tidak ada (kecuali ditentukan) |
| V (Vanadium) | Rendah–sedang (jika ada, untuk ketahanan aus dan pemurnian butir) | Rendah (mungkin hadir dalam beberapa varian) |
| Nb, Ti, B | Biasanya terkendali atau tidak ada (stabilizer dan mikro-paduan dikendalikan untuk meningkatkan kemampuan pemolesan dan sifat) | Biasanya tidak ada atau dalam jumlah jejak |
| N (Nitrogen) | Rendah (dihindari dalam banyak varian karena efeknya pada korosi dan ketangguhan) | Rendah (secara tipikal) |
Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja (tingkat tinggi) - Krom: elemen utama untuk perilaku tahan karat. Krom yang lebih tinggi dan terdistribusi dengan baik dengan belerang rendah meningkatkan ketahanan terhadap korosi permukaan dan pitting. - Karbon: meningkatkan kekerasan yang dapat dicapai dan ketahanan aus setelah pendinginan & tempering tetapi meningkatkan kemampuan pengerasan martensit dan kerentanan terhadap retak zona keras serta mengurangi ketahanan korosi jika dikombinasikan dengan tingkat kotoran yang tinggi. - Belerang dan mangan: S yang lebih tinggi meningkatkan kemampuan mesin tetapi mengurangi kemampuan pemolesan dan ketahanan korosi; S136 menjaga S sangat rendah untuk penyelesaian cermin. - Elemen mikro-paduan (V, Nb, Ti): ditambahkan dalam jumlah kecil untuk memperhalus karbida dan meningkatkan keseimbangan aus/ketangguhan; keberadaannya dikendalikan ketat dalam baja cetakan untuk menjaga penyelesaian permukaan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal - Baik S136 maupun 420 dimaksudkan untuk membentuk martensit setelah pendinginan yang sesuai. Dalam kondisi annealed, mereka mengandung struktur ferrit/pearlit atau martensitik yang di-anneal tergantung pada pemrosesan. Mikrostruktur setelah pendinginan adalah martensit ditambah austenit yang tertahan dan karbida; tempering mengurangi kekerasan dan menstabilkan mikrostruktur.
Perilaku dan pertimbangan perlakuan panas - S136: sering disuplai dalam kondisi di-anneal vakum atau pra-hardened dengan fokus pada kebersihan dan distribusi karbida yang terkontrol. Ini menerima siklus pendinginan dan tempering standar untuk mencapai kekerasan target sambil mempertahankan ketahanan korosi. Karena S136 ditentukan untuk penyelesaian permukaan berkualitas tinggi, perlakuan panas vakum atau atmosfer terkontrol umum dilakukan untuk membatasi dekarbonisasi dan oksida permukaan. - 420: merespons secara prediktif terhadap pengerasan konvensional (austenit → pendinginan → temper). Perlakuan panas 420 fleksibel dan dapat dioptimalkan untuk ketangguhan yang lebih tinggi atau kekerasan yang lebih tinggi tergantung pada suhu tempering. Perlakuan panas atmosfer umum digunakan di bengkel rekayasa umum.
Normalisasi, pendinginan & tempering, dan pemrosesan termo-mekanis - Normalisasi memperhalus ukuran butir di kedua baja dan berguna sebelum operasi pemesinan. - Pendinginan & tempering mengatur keseimbangan kekerasan–ketangguhan. S136 sering menggunakan siklus austenitizing dan tempering yang lebih konservatif yang dikombinasikan dengan perlakuan vakum untuk mempertahankan perilaku korosi. - Pemrosesan termo-mekanis (penggulungan dan pendinginan terkontrol) lebih relevan untuk produksi batang/plat; sifat akhir kedua baja sebagian besar ditentukan oleh perlakuan panas selanjutnya.
4. Sifat Mekanik
Karena kedua grade sensitif terhadap perlakuan panas, angka absolut tergantung pada pemasok, jadwal perlakuan panas, dan bentuk produk. Tabel di bawah ini memberikan pandangan komparatif kualitatif tentang kecenderungan mekanik tipikal daripada nilai numerik tetap.
| Sifat | S136 | 420 |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Tinggi saat sepenuhnya dikeraskan (dirancang untuk kekerasan permukaan yang tinggi) | Tinggi saat sepenuhnya dikeraskan (rentang yang dapat dicapai serupa tergantung pada C) |
| Kekuatan luluh | Tinggi setelah tempering ke kekerasan cetakan yang tipikal | Sebanding; bervariasi dengan tempering |
| Peregangan (duktilitas) | Sedang — cenderung memiliki peregangan yang lebih rendah pada kekerasan yang lebih tinggi | Sedang — dapat disesuaikan; beberapa varian 420 memberikan duktilitas yang lebih baik pada kekerasan yang lebih rendah |
| Ketangguhan impak | Sedang hingga rendah pada kekerasan yang sangat tinggi (baja cetakan sering mengorbankan beberapa ketangguhan untuk kekerasan dan kualitas permukaan) | Sedang — dapat sedikit lebih tinggi dari S136 pada kekerasan yang setara tergantung pada karbon dan pemrosesan |
| Kekerasan (dikeraskan) | Kekerasan yang dapat dicapai tinggi dan kekerasan permukaan yang dipertahankan setelah pemolesan | Kekerasan yang dapat dicapai tinggi; rentang komersial yang luas tergantung pada karbon |
Interpretasi - Kedua baja dapat dikeraskan hingga tingkat kekerasan yang serupa yang dapat digunakan untuk alat dan bagian tahan aus; keseimbangan mekanik akhir tergantung pada kandungan karbon dan tempering. Penekanan pada manufaktur dan pemrosesan S136 adalah pada menghasilkan mikrostruktur dan penyelesaian permukaan yang bersih, yang mendukung ketahanan aus dan ketahanan korosi tetapi mungkin ditentukan dengan pilihan karbon dan tempering yang sedikit berbeda dibandingkan dengan grade 420 generik.
5. Kemampuan Las
Kemampuan las baja tahan karat martensitik menantang dibandingkan dengan grade austenitik karena kandungan karbon dan paduan yang mempromosikan martensit yang keras dan rapuh di zona yang terpengaruh panas (HAZ). Dua indeks kemampuan las yang banyak digunakan:
-
Setara karbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Setara Pcm (formula BE yang lebih lama): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif - Nilai $CE_{IIW}$ atau $P_{cm}$ yang lebih tinggi menunjukkan risiko yang lebih besar dari retak HAZ dan kebutuhan untuk perlakuan panas pra-panas/pasca-las. Baik S136 maupun 420 biasanya memerlukan prosedur pengelasan yang hati-hati: pemanasan awal, input panas rendah, dan tempering pasca-las atau penghilang stres adalah praktik umum. - S136 mungkin sedikit kurang toleran jika grade memiliki karbon yang lebih tinggi atau kebersihan yang lebih ketat (untuk menghindari sensitisasi dan mempertahankan penyelesaian permukaan). Sebaliknya, beberapa varian 420 yang diformulasikan untuk rekayasa umum mungkin termasuk inklusi sulfida dan Mn yang lebih tinggi yang memfasilitasi pengelasan di bengkel tetapi mengorbankan ketahanan korosi. - Untuk rakitan kritis, pengelasan harus memenuhi spesifikasi prosedur (PQR/WPS) dan percobaan; penyambungan atau pengencangan mekanis mungkin lebih disukai untuk permukaan cetakan dengan integritas tinggi.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Untuk baja tahan karat martensitik dengan krom dalam rentang 12–14%, ketahanan korosi adalah sedang — cukup untuk banyak lingkungan dalam ruangan yang tidak agresif dan untuk pencetakan injeksi banyak polimer. S136 dirancang untuk ketahanan korosi permukaan yang lebih tinggi dan kemampuan pemolesan cermin dengan mengontrol belerang, inklusi non-logam, dan dekarbonisasi permukaan.
- Untuk lingkungan yang parah, baik S136 maupun 420 tidak cocok dengan ketahanan pitting atau ketahanan korosi umum dari baja austenitik (304/316) atau duplex. Saat menilai ketahanan korosi lokal, Angka Setara Ketahanan Pitting (PREN) berguna: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Untuk kimia S136 dan 420 yang tipikal (Mo rendah dan N rendah), nilai PREN adalah sedang; dengan demikian S136 mencapai ketahanan korosi permukaan praktis yang lebih baik sebagian besar melalui kebersihan dan distribusi Cr yang dioptimalkan daripada PREN tinggi melalui penambahan Mo atau N.
Opsi perlindungan permukaan untuk skenario tidak ideal - Jika layanan bagian memerlukan perlindungan tambahan: pelapisan nikel tanpa elektrolit, pelapisan PVD, nitriding (di mana kompatibel dengan tujuan korosi dan kekerasan), atau pelapisan polimer dapat digunakan. Untuk perlindungan korosi umum dari 420 (jika dipilih karena alasan biaya), pelapisan standar (galvanis tidak umum untuk bagian tahan karat) dan cat atau perlakuan pasivasi adalah opsi.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas
- Kemampuan mesin: 420 dalam varian di-anneal atau free-machining umumnya lebih mudah untuk diproses daripada S136 yang sangat dikeraskan. S136 sering disuplai dalam keadaan pra-hardened atau di-anneal vakum; pemesinan harus dilakukan dalam kondisi yang lebih lunak dan diikuti dengan perlakuan panas akhir dan penggilingan/pemolesan akhir.
- Penggilingan dan pemolesan: S136 dioptimalkan untuk kemampuan pemolesan cermin; belerang rendah dan kontrol inklusi menghasilkan penyelesaian permukaan yang superior dengan lebih sedikit cacat permukaan. 420 dapat dipoles hingga kilau tinggi tetapi mungkin menghasilkan lebih banyak fitur permukaan karena inklusi.
- Formabilitas/penekukan: Keduanya terbatas dalam formabilitas dingin saat dikeraskan; pembentukan harus dilakukan dalam kondisi di-anneal.
- Penyelesaian permukaan: Pemrosesan S136 mendorong pemolesan elektro akhir atau pemolesan mekanis untuk cetakan optik atau medis; 420 dapat diselesaikan tetapi sering memerlukan lebih banyak koreksi cacat permukaan.
8. Aplikasi Tipikal
| S136 (penggunaan tipikal) | 420 (penggunaan tipikal) |
|---|---|
| Die dan inti pencetakan injeksi berkilau tinggi (plastik, bagian optik) | Alat makan, pisau, dan pisau serbaguna |
| Sisipan cetakan tahan korosi untuk bagian yang bersentuhan dengan medis atau makanan | Poros, komponen katup, dan alat umum |
| Cetakan untuk perangkat medis dan komponen presisi yang membutuhkan penyelesaian cermin | Cetakan sederhana, fixture, dan alat tangan di mana biaya menjadi faktor |
| Komponen di mana kualitas permukaan dan ketahanan terhadap media korosif ringan adalah kunci | Bagian pompa, bantalan, dan komponen yang memerlukan perilaku tahan karat dengan biaya lebih rendah |
Rasional pemilihan - Pilih S136 untuk cetakan dan alat di mana penyelesaian permukaan, ketahanan terhadap korosi dari cairan proses atau agen pembersih, dan stabilitas dimensi jangka panjang dalam kondisi dipoles adalah prioritas. - Pilih 420 ketika sensitivitas biaya, ketersediaan yang luas, dan perilaku tahan karat serbaguna lebih penting daripada kemampuan pemolesan yang dioptimalkan dan ketahanan korosi yang khusus.
9. Biaya dan Ketersediaan
- 420: tersedia luas, diproduksi oleh banyak pabrik di seluruh dunia dalam bentuk batang, pelat, lembaran, dan forging. Umumnya biaya unit lebih rendah daripada baja cetakan khusus karena volume produksi yang besar dan banyak pemasok.
- S136: baja cetakan tahan karat khusus yang biasanya tersedia melalui distributor baja alat dan pabrik terpilih. Biaya lebih tinggi per kilogram karena pemrosesan tambahan (misalnya, peleburan vakum, kontrol inklusi) dan produksi yang lebih terbatas. Ketersediaan dalam ukuran stok alat standar baik tetapi mungkin kurang umum dibandingkan 420 dalam bentuk komoditas.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (kualitatif)
| Atribut | S136 | 420 |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Sedang hingga menantang; memerlukan prosedur yang memenuhi syarat | Sedang hingga menantang; tergantung pada C dan varian |
| Kekuatan–Ketangguhan (keseimbangan) | Kekerasan tinggi dengan ketangguhan sedang (dioptimalkan untuk integritas permukaan) | Kekerasan yang dapat dicapai sebanding; dapat disesuaikan untuk lebih banyak ketangguhan |
| Biaya | Lebih tinggi (baja cetakan khusus) | Lebih rendah (baja tahan karat martensitik komoditas) |
Pilih S136 jika... - Anda memerlukan material cetakan atau alat yang memberikan penyelesaian permukaan yang superior, kemampuan pemolesan cermin, dan ketahanan yang lebih baik terhadap korosi permukaan dalam lingkungan pembersihan atau pemrosesan polimer yang agresif. S136 adalah pilihan yang diutamakan untuk cetakan injeksi bernilai tinggi, alat perangkat medis, dan aplikasi di mana cacat permukaan dan pitting korosi tidak dapat diterima.
Pilih 420 jika... - Anda memerlukan baja tahan karat martensitik yang tersedia luas dan biaya lebih rendah untuk alat umum, alat makan, poros, atau bagian di mana kemampuan pemolesan yang ekstrem dan ketahanan korosi yang dioptimalkan bukanlah persyaratan utama. Gunakan 420 ketika Anda memerlukan fleksibilitas dalam perlakuan panas dan pilihan pemasok yang luas.
Catatan akhir - Kedua grade sensitif terhadap perlakuan panas dan memerlukan spesifikasi komposisi pemasok yang tepat, bentuk produk, dan siklus perlakuan panas yang dimaksudkan saat pengadaan. Untuk bagian kritis, minta sertifikat pabrik, tentukan kondisi permukaan (misalnya, di-anneal vakum, pra-hardened), dan memenuhi syarat proses pengelasan dan penyelesaian sebelum produksi.