S136 vs 420 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
S136 dan 420 adalah kedua jenis baja tahan karat martensitik yang sering dipertimbangkan untuk komponen di mana kekerasan, kemampuan untuk dipoles, dan beberapa ketahanan terhadap korosi diperlukan. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur biasanya menghadapi keputusan antara baja tahan karat grade cetakan khusus (S136) dan baja tahan karat martensitik umum (420) ketika menyeimbangkan ketahanan korosi, hasil permukaan, biaya, dan kemampuan untuk diproduksi.
Perbedaan praktis utama antara keduanya terletak pada niat paduan dan pemrosesannya: S136 diformulasikan dan diproses untuk hasil permukaan yang tinggi, kandungan inklusi yang rendah, dan ketahanan korosi yang lebih baik untuk aplikasi cetakan, sementara 420 adalah baja tahan karat martensitik dari keluarga yang lebih luas yang digunakan di mana sifat baja tahan karat yang dapat dikeraskan yang sederhana dapat diterima dengan biaya yang lebih rendah. Kesamaan dalam keluarga (baja tahan karat martensitik) tetapi perbedaan dalam pengendalian komposisi dan pemrosesan mendasari perbandingan umum ini.
1. Standar dan Penunjukan
- S136
- Bukan nomor kanonik internasional ASTM/ISO tunggal; ini adalah penunjukan baja cetakan komersial yang digunakan oleh pemasok baja alat Eropa dan internasional (sering terdaftar dalam katalog baja cetakan).
- Diklasifikasikan sebagai baja alat/cetakan tahan karat yang tahan korosi (martensitik, keluarga baja alat).
- Sering disuplai dalam bentuk pelat yang sudah dipanaskan sebelumnya, blok, atau komponen cetakan yang dipoles dan dirujuk dalam standar pemasok baja alat (penunjukan kepemilikan).
- 420
- Distandarisasi dalam banyak spesifikasi sebagai AISI/SAE 420 dan dalam standar produk ASTM (misalnya, ASTM A276 untuk batang/roda stainless).
- Juga muncul di bawah EN dan JIS sebagai grade stainless martensitik dengan kimia yang serupa.
- Diklasifikasikan sebagai baja tahan karat martensitik (dapat dikeraskan).
Ringkasan klasifikasi: - S136: Baja alat tahan karat (martensitik), grade alat/cetakan, penunjukan komersial. - 420: Baja tahan karat, martensitik, grade AISI/ASTM yang distandarisasi.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
| Elemen | 420 Tipikal (deskripsi tipikal AISI/ASTM) | S136 Tipikal (karakterisasi baja cetakan komersial) |
|---|---|---|
| C | 0.15–0.40% (kemampuan pengerasan, kekuatan) | C yang terkontrol relatif lebih tinggi (dioptimalkan untuk kekerasan/poles)—spesifik pemasok |
| Mn | ≤ ~1% (deoksidasi dan kekuatan) | Mn rendah (diminimalkan untuk kebersihan dan ketahanan korosi) |
| Si | ≤ ~1% (deoksidasi) | Si rendah (terkendali untuk membantu kemampuan dipoles dan kualitas permukaan) |
| P | ≤ ~0.04% (kotoran) | P sangat rendah (terkendali untuk korosi dan kemampuan dipoles) |
| S | ≤ ~0.03–0.04% (kotoran) | S sangat rendah (alternatif kemampuan mesin yang lebih baik mungkin termasuk mikro paduan sebagai gantinya) |
| Cr | ~12–14% (perilaku tahan karat, kemampuan pengerasan) | Cr serupa (memberikan ketahanan korosi); komposisi dikendalikan dengan baik |
| Ni | Biasanya rendah atau tidak ada (martensitik) | Umumnya minimal atau tidak ada (mempertahankan respons martensitik); beberapa varian komersial mungkin termasuk Ni jejak |
| Mo | Biasanya tidak ada dalam 420 | Beberapa varian S136 mungkin termasuk tambahan Mo kecil atau diproduksi dengan kontrol kotoran yang lebih ketat untuk meningkatkan ketahanan korosi lokal |
| V | Jejak hingga rendah (bukan elemen paduan utama dalam 420 standar) | Mungkin ada dalam jumlah kecil dalam varian baja alat untuk memperhalus karbida/serat |
| Nb/Ti/B | Biasanya tidak ada (kecuali jejak) | Mungkin digunakan dalam jumlah sangat kecil oleh pemasok untuk mengontrol serat dan inklusi dalam lebur S136 khusus |
| N | Rendah (baja tahan karat martensitik) | Rendah; dikendalikan untuk menghindari delta-ferrite/nitrida yang mempengaruhi kemampuan dipoles |
Catatan: - S136 diproduksi dan ditentukan dengan kontrol yang lebih ketat terhadap kotoran (P, S) dan inklusi non-logam; strategi paduannya menekankan distribusi karbida yang halus dan seragam serta segregasi yang rendah untuk mengoptimalkan kemampuan dipoles dan ketahanan korosi yang konsisten di seluruh permukaan. - 420 menggunakan keseimbangan paduan yang lebih sederhana untuk memberikan kemampuan pengerasan dan ketahanan korosi yang ekonomis; rentang kandungan karbon yang luas dalam keluarga 420 menghasilkan subgrade yang berbeda (misalnya, varian 420A, 420B, 420C secara historis berbeda berdasarkan C).
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Mikrostruktur tipikal:
- Kedua grade adalah baja tahan karat martensitik setelah pendinginan yang tepat. Mikrostruktur terdiri terutama dari martensit dengan jumlah dan morfologi karbida kromium yang bervariasi.
- S136: diproduksi dan diperlakukan panas untuk menghasilkan martensit yang halus dan homogen dengan tingkat karbida primer besar yang rendah dan distribusi karbida sekunder yang terkontrol. Metalurgi serbuk atau praktik peleburan yang disempurnakan mungkin digunakan oleh pemasok untuk mengurangi segregasi, menghasilkan hasil permukaan yang superior setelah pemolesan.
-
420: ditempa atau dilebur secara konvensional; matriks martensit dengan karbida kromium dengan distribusi yang lebih kasar dibandingkan dengan baja cetakan yang sangat terkontrol. Populasi karbida sangat tergantung pada kandungan karbon dan sejarah termal.
-
Respons perlakuan panas:
- Kedua grade merespons austenitisasi, pendinginan, dan tempering. Kekerasan, kekuatan, dan ketangguhan sangat bergantung pada kandungan karbon, suhu austenitisasi, media pendinginan, dan regimen tempering.
- S136 umumnya disuplai dalam kondisi yang sudah dipanaskan dan selesai permukaan; ia menerima perlakuan sub-zero atau kriogenik dan siklus tempering yang dioptimalkan untuk mempertahankan ketahanan korosi dan meminimalkan distorsi untuk alat.
-
420 diperlakukan panas untuk rentang kekerasan yang luas untuk aplikasi yang berbeda: varian karbon rendah untuk pemesinan dan kekerasan sedang; varian karbon tinggi untuk kekerasan yang lebih tinggi setelah pendinginan dan tempering.
-
Normalisasi / pemrosesan termo-mekanis:
- S136 mendapatkan manfaat dari normalisasi yang terkontrol dan perlakuan sub-zero untuk mengurangi austenit yang tertahan dan memperhalus karbida.
- 420 dapat dinormalisasi/dianil untuk meningkatkan kemampuan mesin sebelum pengerasan akhir.
4. Sifat Mekanis
| Sifat | S136 (perilaku tipikal) | 420 (perilaku tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Tinggi saat sepenuhnya diperlakukan panas (dirancang untuk kekerasan tinggi dan kekuatan tekan dalam cetakan) | Sedang hingga tinggi tergantung pada kandungan karbon dan perlakuan panas |
| Kekuatan luluh | Tinggi dalam kondisi yang dikeraskan | Sedang hingga tinggi |
| Peregangan (%) | Lebih rendah dalam kondisi yang dikeraskan (rapuh pada kekerasan yang sangat tinggi) | Duktibilitas yang sebanding atau sedikit lebih tinggi pada kekerasan yang sama jika varian karbon lebih rendah |
| Ketangguhan impak | Sedang hingga rendah pada kekerasan tinggi; varian yang dioptimalkan dan tempering meningkatkan ketangguhan | Bervariasi; 420 karbon rendah cenderung memiliki ketangguhan yang lebih baik dibandingkan varian kekerasan tinggi-C |
| Kekerasan (HRC) | Dirancang untuk kekerasan permukaan tinggi dan ketahanan aus (umumnya disuplai dalam keadaan dikeraskan, tempering untuk alat) | Rentang kekerasan yang luas; dapat dikeraskan secara signifikan tergantung pada karbon |
Penjelasan: - S136 biasanya mencapai kekerasan permukaan yang tinggi dan integritas permukaan dengan karbida yang dikendalikan dengan hati-hati, yang meningkatkan ketahanan aus dan kemampuan dipoles tetapi dapat mengurangi ketangguhan bulk jika didorong ke kekerasan ekstrem. - Sifat 420 bervariasi lebih banyak dengan grade karbon. 420 karbon rendah lebih duktile dan lebih tangguh pada kekerasan yang sedang; 420 karbon tinggi mendekati S136 dalam kekerasan tetapi mungkin menunjukkan karbida yang lebih besar dan hasil permukaan yang kurang dapat diprediksi.
5. Kemampuan Las
Kemampuan las tergantung pada kandungan karbon, kemampuan pengerasan (Cr dan paduan), dan kandungan kotoran/mikropaduan. Dua indeks empiris umum berguna untuk interpretasi kualitatif:
-
Setara karbon International Institute of Welding: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Parameter tipe Dearden dan O’Neill ($P_{cm}$): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif: - Karbon yang lebih tinggi dan kromium yang lebih tinggi meningkatkan kemampuan pengerasan dan risiko retak di zona yang terpengaruh panas (HAZ). S136, karena dioptimalkan untuk kekerasan tinggi dan sering kali karbon efektif yang lebih tinggi dan populasi karbida yang halus, umumnya akan lebih sulit untuk dilas dibandingkan varian 420 karbon rendah. - Kemampuan las 420 bervariasi di seluruh subgrade: 420 karbon rendah relatif lebih mudah dilas; 420 karbon tinggi dan S136 memerlukan pemanasan awal, kontrol suhu antar las, dan perlakuan panas pasca-las untuk menghindari retak HAZ dan pembentukan martensit yang berlebihan. - Selain itu, kebersihan yang ketat dan strategi kotoran rendah S136 berarti bahwa pengelasan dapat secara lokal mengubah kondisi permukaan, berpotensi mengurangi ketahanan korosi di dekat las kecuali dilas dan diperlakukan pasca-lasan dengan hati-hati.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Untuk martensitik stainless, ketahanan korosi umum terutama berasal dari kandungan kromium dan kondisi permukaan. Baik S136 maupun 420 tidak menawarkan ketahanan terhadap pitting dari baja tahan karat austenitik atau duplex ketika terpapar lingkungan kaya klorida.
- PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) umumnya digunakan untuk menilai ketahanan pitting pada grade stainless: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Penerapan PREN:
- Untuk S136 dan 420, nilai PREN cukup rendah karena kandungan Mo dan N yang rendah; permukaan S136 yang lebih bersih dan kimia yang terkontrol sering kali menghasilkan kinerja korosi lokal yang lebih baik dibandingkan 420 generik setelah pemolesan dan dalam media yang kurang agresif.
- Alternatif non-stainless / perlindungan:
- Ketika perlindungan korosi yang lebih tinggi diperlukan untuk salah satu grade, pertimbangkan perlakuan permukaan: nikel tanpa elektrolit, pelapisan krom keras (memperhatikan batasan lingkungan/regulasi), nitriding (untuk aus, manfaat korosi terbatas), pasivasi, atau pelapisan penghalang (cat, pelapisan polimer).
- Untuk ketahanan lingkungan di luar apa yang disediakan oleh martensitik ini, pertimbangkan stainless austenitik, duplex, atau paduan berbasis Ni.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Bentuk
- Kemampuan mesin:
- Varian 420 karbon rendah lebih mudah untuk diproses dalam kondisi yang dianil. S136, karena karbon yang lebih tinggi dan sifat yang dapat dikeraskan serta potensi kekerasan tinggi saat disuplai, dapat lebih sulit untuk diproses; banyak pelat S136 disuplai dalam keadaan pra-dikeraskan dan mungkin memerlukan EDM atau penggilingan daripada pemesinan konvensional.
- Kemampuan bentuk:
- Kedua paduan terbatas dalam kemampuan bentuk dingin ketika dikeraskan. Dalam kondisi yang dianil, 420 dapat dibentuk dengan cukup baik; kemampuan bentuk S136 tergantung pada temper pemasok tetapi terutama ditargetkan untuk fabrikasi cetakan daripada pembentukan lembaran.
- Penyelesaian permukaan:
- S136 dioptimalkan untuk pemolesan dan hasil permukaan mengkilap tinggi, dengan perhatian pada kandungan inklusi yang rendah dan dispersi karbida yang halus.
- 420 dapat dipoles tetapi sering kali menghasilkan hasil akhir cermin yang kurang konsisten dibandingkan S136 kecuali diproses secara khusus.
8. Aplikasi Tipikal
| S136 (Stainless grade cetakan) | 420 (Stainless martensitik) |
|---|---|
| Cetakan injeksi plastik berkualitas tinggi dengan rongga yang dipoles cermin | Peralatan makan, instrumen bedah (beberapa varian), poros, komponen katup |
| Cetakan yang memerlukan pemolesan yang berkelanjutan dan ketahanan korosi sedang | Pengikat, komponen pompa, bagian struktural di mana stainless dan kekerasan diperlukan |
| Inserts die-casting, alat kerja dingin di mana hasil permukaan dan ketahanan korosi sangat penting | Komponen yang dikeraskan untuk tujuan umum di mana biaya dan ketersediaan mempengaruhi pemilihan |
Rasional pemilihan: - Pilih S136 di mana hasil permukaan, retensi poles, dan ketahanan korosi yang konsisten di rongga cetakan sangat penting. - Pilih 420 untuk bagian stainless yang dikeraskan yang hemat biaya di mana kemampuan dipoles yang sangat baik kurang kritis.
9. Biaya dan Ketersediaan
- 420: Tersedia luas di seluruh dunia dalam bentuk batang, rod, pelat, dan lembaran; umumnya biaya lebih rendah karena metalurgi yang distandarisasi dan basis pasokan yang luas.
- S136: Baja cetakan khusus yang tersedia dari pemasok dan distributor baja alat; biasanya biaya lebih tinggi per kg dan terkadang waktu pengiriman lebih lama untuk dimensi besar atau hasil permukaan tertentu. S136 sering ditawarkan dalam format pra-dikeraskan dan pra-dipoles yang menambah nilai untuk aplikasi alat.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | S136 | 420 |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Sedang hingga sulit (memerlukan kontrol) | Bervariasi — lebih mudah untuk varian rendah-C |
| Kekuatan–Ketangguhan (sebagaimana disuplai) | Kekerasan dan kekuatan tinggi; ketangguhan tergantung pada temper | Bervariasi; grade rendah-C menawarkan ketangguhan yang lebih baik pada kekuatan sedang |
| Biaya | Lebih tinggi (proses khusus, terkontrol) | Lebih rendah (distandarisasi, tersedia luas) |
Kesimpulan dan rekomendasi: - Pilih S136 jika: - Aplikasi Anda memerlukan poles berkualitas cermin, integritas permukaan yang konsisten, dan ketahanan korosi lokal yang lebih baik untuk alat atau cetakan. - Anda menerima biaya material yang lebih tinggi dan potensi fabrikasi yang lebih ketat (EDM, penggilingan, pengelasan/perlakuan pasca-las khusus). - Pilih 420 jika: - Anda memerlukan baja tahan karat yang dapat dikeraskan yang hemat biaya untuk komponen umum di mana kemampuan dipoles yang sangat baik dan ketahanan korosi cetakan kelas atas tidak diperlukan. - Anda memerlukan ketersediaan yang luas dalam banyak bentuk produk dan pemesinan konvensional yang lebih mudah (untuk varian karbon rendah).
Catatan akhir: Kedua grade harus dipilih dengan perhatian pada subgrade spesifik, pemrosesan pemasok (misalnya, pra-dikeraskan vs. dianil), dan jadwal perlakuan panas yang dimaksudkan. Untuk alat kritis atau komponen dengan hasil permukaan tinggi, konsultasikan pemasok baja untuk resep perlakuan panas, kondisi pengiriman, dan rekomendasi las/perbaikan yang disesuaikan dengan varian paduan yang dipilih.