S7 vs A2 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
S7 dan A2 adalah dua baja alat yang umum digunakan dalam aplikasi alat, cetakan, dan dampak. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering mempertimbangkan baja ini saat menyeimbangkan ketangguhan, ketahanan aus, kemampuan pengerasan, dan biaya. Konteks keputusan yang umum termasuk memilih kelas untuk komponen yang harus tahan terhadap dampak berulang (mengutamakan ketangguhan) versus bagian yang harus mempertahankan tepi tajam dan ketahanan abrasi (mengutamakan kekerasan).
Perbedaan utama antara S7 dan A2 terletak pada strategi paduan dan keseimbangan ketangguhan versus kemampuan pengerasan/ketahanan aus: S7 menekankan ketahanan terhadap dampak dan duktilitas, sementara A2 menekankan kemampuan pengerasan udara dan ketahanan aus dengan mengorbankan beberapa ketangguhan. Karena keduanya dapat diperlakukan panas untuk mencapai berbagai sifat, mereka sering dibandingkan untuk geometri alat yang serupa di mana kompromi antara kekuatan/aus dan ketahanan guncangan menentukan umur layanan yang sukses.
1. Standar dan Penunjukan
- Standar dan penunjukan umum:
- AISI/SAE (klasik): A2, S7
- ASTM/ASME: ASTM A681 (spesifikasi baja alat sering merujuk pada penunjukan AISI ini); standar ASTM lainnya mengatur metode pemrosesan dan pengujian.
- EN: Penunjukan baja alat Eropa yang setara berada di bawah seri EN 36xx/6xxx dalam beberapa sistem; pemetaan langsung satu-ke-satu memerlukan tabel referensi silang.
-
JIS/GB: Standar Jepang dan Cina menyediakan ekuivalen lokal; periksa tabel referensi silang lokal untuk kimia dan toleransi yang tepat.
-
Klasifikasi baja:
- A2: Baja alat pengerasan udara, paduan menengah (kelompok baja alat — sering disebut seri "A").
- S7: Baja alat tahan guncangan (kelompok baja alat — seri "S").
- Baik A2 maupun S7 bukanlah baja tahan karat atau HSLA; keduanya adalah baja alat karbon/paduan.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
| Elemen | S7 (rentang tipikal, wt%) | A2 (rentang tipikal, wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.45 – 0.55 | 0.90 – 1.05 |
| Mn | 0.20 – 0.50 | 0.20 – 0.50 |
| Si | 0.20 – 1.00 | 0.20 – 1.00 |
| P | ≤ 0.03 (maks) | ≤ 0.03 (maks) |
| S | ≤ 0.03 (maks) | ≤ 0.03 (maks) |
| Cr | 1.30 – 2.00 | 3.75 – 4.75 |
| Ni | — (biasanya rendah) | — (biasanya rendah) |
| Mo | 0.80 – 1.50 | 0.90 – 1.30 |
| V | 0.10 – 0.30 | 0.15 – 0.40 |
| Nb (Cb) | jejak, tidak tipikal | jejak, tidak tipikal |
| Ti | jejak, tidak tipikal | jejak, tidak tipikal |
| B | jejak, tidak tipikal | jejak, tidak tipikal |
| N | jejak | jejak |
Catatan: - Rentang komposisi di atas adalah rentang nominal tipikal yang digunakan dalam baja alat komersial; batas yang tepat tergantung pada pemasok dan standar. Selalu verifikasi sertifikat pabrik. - A2 mengandung karbon lebih tinggi dan kromium yang jauh lebih tinggi dibandingkan S7. Karbon dan Cr yang lebih tinggi pada A2 meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan aus melalui fraksi volume martensit dan karbida yang stabil yang lebih tinggi. S7 menggunakan karbon lebih rendah dan paduan yang moderat untuk memaksimalkan ketangguhan dan meminimalkan patah rapuh di bawah dampak. - Molybdenum pada kedua kelas berkontribusi pada kemampuan pengerasan dan ketahanan temper; vanadium memperhalus karbida dan ukuran butir yang meningkatkan ketahanan aus dan ketangguhan.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
- Mikrostruktur tipikal:
- A2 yang dikuatkan dan ditemper: matriks martensitik dengan karbida paduan (kaya Cr, mengandung Mo, dan V); dispersi karbida yang relatif halus jika diperlakukan dengan baik dan diperlakukan panas.
-
S7 yang dikuatkan dan ditemper: martensit yang ditemper dengan karbida yang lebih sedikit dan lebih kasar serta matriks duktil yang lebih banyak dipertahankan; mikrostruktur dioptimalkan untuk menyerap energi.
-
Rute perlakuan panas dan efek:
- A2 umumnya dikuatkan dengan austenitisasi diikuti dengan pendinginan udara (pengerasan udara), kemudian ditemper untuk mencapai kekerasan yang diperlukan. Pengerasan udara mengurangi distorsi dan mempromosikan pengerasan yang seragam untuk ukuran penampang yang moderat. Karbon/Cr yang lebih tinggi pada A2 mendukung kekerasan akhir yang lebih tinggi dan ketahanan aus setelah pendinginan dan tempering.
- S7 biasanya dikuatkan dengan minyak atau udara/minyak tergantung pada ukuran penampang dan kemudian ditemper untuk mencapai ketangguhan yang diinginkan. Produsen sering merekomendasikan siklus tempering untuk menyeimbangkan ketangguhan dengan kekuatan yang dipertahankan. S7 diformulasikan untuk mempertahankan lebih banyak ketangguhan setelah pendinginan dan tempering.
- Normalisasi: kedua kelas mendapatkan manfaat dari siklus normalisasi atau annealing sebelum pemesinan untuk menghomogenkan mikrostruktur dan mengurangi stres internal. Pemrosesan termo-mekanis dan penempaan terkontrol meningkatkan kinerja dampak S7 dengan memperhalus ukuran butir.
- Respons tempering:
- A2 cenderung mempertahankan kekerasan yang lebih tinggi pada suhu tempering yang lebih tinggi dibandingkan S7 karena stabilisasi karbida yang lebih kuat dari Cr dan Mo.
- S7 mencapai energi dampak yang lebih tinggi pada tingkat kekerasan yang setara karena kandungan karbon yang lebih rendah dan paduan yang dioptimalkan untuk ketangguhan.
4. Sifat Mekanik
| Sifat | S7 (tipikal, diperlakukan panas) | A2 (tipikal, diperlakukan panas) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik (perkiraan) | 900 – 1,500 MPa (tergantung pada temper) | 1,200 – 1,900 MPa (tergantung pada temper) |
| Kekuatan luluh (perkiraan) | 700 – 1,200 MPa | 1,000 – 1,600 MPa |
| Peregangan (%) | 6 – 15% (lebih tinggi saat ditemper untuk ketangguhan) | 4 – 12% (lebih rendah pada kekerasan tinggi) |
| Ketangguhan dampak (Charpy) | Tinggi — sering kali jauh lebih tinggi daripada A2 pada kekerasan yang sebanding | Sedang — lebih rendah daripada S7 ketika keduanya pada kekerasan yang serupa |
| Kekerasan (HRC setelah T&T) | Biasanya 40 – 55 HRC dapat dicapai | Biasanya 50 – 62 HRC dapat dicapai |
Catatan: - Sifat sangat tergantung pada perlakuan panas: tempering yang lebih tinggi mengurangi kekerasan dan meningkatkan ketangguhan. Nilai di atas adalah rentang perkiraan yang ditemui dalam industri dan harus divalidasi dengan data pemasok untuk siklus perlakuan panas tertentu. - Mana yang lebih kuat/lebih tangguh/duktil: A2 dapat mencapai kekerasan dan kekuatan tarik yang lebih tinggi (penahanan tepi yang lebih baik dan ketahanan aus). S7 memberikan ketangguhan dampak dan duktilitas yang lebih baik pada tingkat kekuatan yang sebanding, sehingga lebih kecil kemungkinannya untuk gagal secara katastrofik di bawah beban guncangan.
5. Kemampuan Las
- Pendorong kemampuan las: ekuivalen karbon dan paduan menentukan kecenderungan untuk retak dan kebutuhan untuk perlakuan panas pra-las/pasca-las.
- Rumus kemampuan las umum:
- Gunakan ekuivalen karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- Dan Pcm yang lebih komprehensif: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
- Interpretasi:
- Kandungan karbon dan paduan yang lebih tinggi pada A2 meningkatkan $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ relatif terhadap S7, menunjukkan kerentanan yang lebih besar terhadap pembentukan martensit dan retak hidrogen/pembekuan saat pengelasan. Oleh karena itu, A2 biasanya memerlukan pemanasan pra yang lebih hati-hati, kontrol suhu antar-lapis, dan tempering pasca-las; ketebalan terbatas mungkin memerlukan logam pengisi yang cocok dan PWHT.
- S7, dengan karbon yang lebih rendah dan Cr yang lebih rendah, sering menunjukkan kemampuan las yang lebih baik daripada A2 tetapi tetap memerlukan tindakan pencegahan standar untuk baja alat (logam dasar yang bersih, input panas yang terkontrol, pemanasan pra, dan tempering pelepasan stres setelah pengelasan). Keduanya tidak se-ramah las seperti baja paduan rendah.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik S7 maupun A2 bukanlah tahan karat; keduanya rentan terhadap korosi umum dan pitting di lingkungan yang agresif.
- Tindakan perlindungan yang umum:
- Pengecatan, pelumasan, pelapisan fosfat, dan galvanisasi (di mana sesuai) biasanya digunakan untuk melindungi bagian. Galvanisasi mungkin tidak cocok untuk alat yang sudah jadi di mana toleransi dimensi atau tepi pemotongan sangat penting.
- Untuk lingkungan di mana ketahanan korosi diperlukan, pilih baja alat tahan karat atau paduan tahan karat daripada A2 atau S7.
- PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja alat non-tahan karat, tetapi untuk ilustrasi: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Untuk A2 dan S7, PREN bukanlah indeks yang berarti karena mereka tidak dirancang untuk membentuk film pasif pelindung seperti baja tahan karat.
7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan
- Kemudahan pemesinan:
- S7 (dianil) biasanya lebih mudah diproses daripada A2 karena karbon yang lebih rendah dan kemampuan pengerasan yang lebih rendah. Ketika dikuatkan, keduanya menjadi lebih sulit untuk diproses; pemesinan harus dilakukan dalam kondisi dianil.
- A2, karena kandungan karbida yang lebih tinggi dan potensi kekerasan yang lebih tinggi, cenderung mempercepat ketajaman tepi pemotongan dan mungkin memerlukan alat yang lebih kuat.
- Kemudahan pembentukan dan pembengkokan:
- Kedua kelas tidak dioptimalkan untuk pembentukan dingin yang signifikan; keduanya biasanya ditempa atau diproses menjadi bentuk akhir. Kemampuan pengerasan A2 yang lebih tinggi berarti ia kurang toleran terhadap pembentukan setelah perlakuan panas.
- Penyelesaian:
- Penggilingan dan EDM adalah metode penyelesaian yang umum. A2 merespons dengan baik terhadap penggilingan untuk menghasilkan tepi tajam karena ketahanan ausnya; S7 dapat digiling hingga toleransi yang ketat tetapi perlu hati-hati untuk menghindari pengurangan ketangguhan akibat overheating.
8. Aplikasi Tipikal
| A2 (baja alat pengerasan udara) | S7 (baja alat tahan guncangan) |
|---|---|
| Cetakan untuk pemotongan, pembentukan, dan pemisahan di mana ketahanan aus dan penahanan tepi sangat penting | Alat dampak seperti pahat, cetakan kepala dingin, dan paku yang terkena guncangan |
| Alat kerja dingin yang memerlukan stabilitas dimensi (misalnya, beberapa cetakan, broach) | Komponen palu dan penggerak, paku berat, slug |
| Pisau dan alat pemotong di mana ketahanan aus dan penahanan tepi diprioritaskan | Alat dan komponen dalam penempaan, pencetakan, dan lingkungan dampak tinggi |
| Alat presisi di mana pengerasan udara mengurangi distorsi | Alat dengan penampang besar di mana beban guncangan mendominasi dan patah katastrofik harus dihindari |
Alasan pemilihan: - Pilih A2 untuk aplikasi yang memerlukan penahanan tepi yang tinggi, ketahanan aus, dan stabilitas dimensi setelah pendinginan karena kemampuannya untuk pengerasan udara. - Pilih S7 ketika guncangan atau dampak berulang adalah mode kegagalan yang dominan dan ketangguhan/duktilitas sangat penting.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya:
- A2 biasanya lebih mahal secara moderat dibandingkan baja paduan rendah dasar karena kandungan karbon dan kromium yang lebih tinggi serta keseimbangan paduannya; dibandingkan dengan S7, A2 mungkin serupa atau sedikit lebih mahal karena kandungan paduan yang lebih tinggi dan permintaan umum untuk baja alat pengerasan udara.
- S7 mungkin memiliki harga yang serupa atau sedikit lebih rendah tergantung pada pemasok dan pasar; batang khusus atau bagian besar dapat mempengaruhi harga.
- Ketersediaan:
- Baik A2 maupun S7 tersedia secara luas dalam bentuk produk baja alat komersial (batang bulat, batang datar, pelat, blok). A2 biasanya tersedia karena penggunaannya yang luas; S7 juga umum tetapi verifikasi ketersediaan untuk penampang besar atau kondisi khusus.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
| Atribut | S7 | A2 |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Lebih baik (CE lebih rendah, tetapi tetap memerlukan perhatian) | Lebih rendah (CE lebih tinggi, memerlukan pemanasan pra/PWHT yang ketat) |
| Seimbang Kekuatan–Ketangguhan | Ketangguhan tinggi, kekuatan moderat | Kekerasan dan kekuatan lebih tinggi, ketangguhan moderat |
| Biaya | Moderat (umumnya tersedia) | Moderat–lebih tinggi (tersedia luas) |
Rekomendasi: - Pilih S7 jika Anda memerlukan baja alat yang tahan terhadap dampak, menyerap guncangan tanpa patah rapuh yang katastrofik, dan memberikan ketangguhan yang baik untuk aplikasi seperti paku dampak, pahat, palu, dan cetakan penampang besar di mana ketahanan terhadap guncangan diprioritaskan. - Pilih A2 jika Anda memerlukan penahanan tepi yang superior, ketahanan aus, dan stabilitas dimensi setelah pendinginan (pengerasan udara), seperti cetakan pemotongan halus, alat pemotong, dan alat di mana kekerasan dan ketahanan aus menentukan umur layanan.
Catatan akhir: Kedua kelas memerlukan pemilihan siklus perlakuan panas yang hati-hati untuk mencapai kompromi yang diinginkan antara kekerasan dan ketangguhan. Untuk komponen kritis, validasi sertifikat material pemasok, minta catatan perlakuan panas yang dapat dilacak, dan lakukan uji coba spesifik aplikasi (pemeriksaan kekerasan, dampak, dan mikrostruktur) sebelum pengadaan skala penuh.