S7 vs A2 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

S7 dan A2 adalah dua baja alat yang umum digunakan dalam peralatan, cetakan, dan komponen berdampak tinggi. Insinyur dan spesialis pengadaan secara rutin mempertimbangkan trade-off antara ketangguhan, kekerasan, kemampuan mesin, dan biaya siklus hidup saat memilih di antara keduanya. Konteks keputusan yang umum termasuk memilih material untuk peralatan yang rentan terhadap dampak (misalnya, paku, pahat) dibandingkan dengan cetakan dan alat pemotong yang tahan aus dan stabil secara dimensi.

Perbedaan utama dalam praktik adalah bahwa S7 dirancang untuk ketahanan yang lebih baik terhadap guncangan dan dampak, sedangkan A2 dirancang untuk mencapai ketahanan aus yang lebih tinggi dan stabilitas dimensi melalui pengerasan udara dan kekerasan yang lebih tinggi yang dapat dicapai. Karena keduanya adalah baja alat yang serbaguna, mereka sering dibandingkan ketika suatu desain membutuhkan ketangguhan dan kekerasan atau ketahanan aus yang signifikan.

1. Standar dan Penunjukan

• Standar dan penunjukan umum:
• AISI/SAE: S7, A2 (penunjukan keluarga baja alat yang banyak digunakan di Amerika Utara)
• EN: S7 kira-kira sesuai dengan EN X210CrW12? (catatan: pemetaan langsung satu-ke-satu bervariasi berdasarkan perlakuan panas dan pemasok); A2 sesuai dengan EN 1.2363 (sering dirujuk sebagai AISI A2).
• JIS/KS/GB: ada ekuivalen regional; konsultasikan tabel standar lokal untuk referensi silang yang tepat.
• Klasifikasi:
• S7: baja alat tahan guncangan (baja alat paduan)
• A2: baja alat kerja dingin yang mengeras di udara (baja alat paduan)
• Baik S7 maupun A2 bukanlah baja tahan karat; keduanya adalah baja alat paduan karbon tinggi daripada baja HSLA atau struktural.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel: rentang komposisi nominal yang khas (perkiraan; konsultasikan lembar data vendor atau standar untuk batas yang tepat)

Elemen	S7 (tipikal, wt%)	A2 (tipikal, wt%)
C	0.45–0.60	0.95–1.05
Mn	0.20–0.60	0.25–0.60
Si	0.20–1.00	0.20–1.00
P	≤0.03 (maks jejak)	≤0.03 (maks jejak)
S	≤0.03 (maks jejak)	≤0.03 (maks jejak)
Cr	1.00–1.60	0.90–1.40
Ni	≤0.30	≤0.30
Mo	0.10–0.40	0.80–1.30
V	0.05–0.20	0.10–0.30
Nb, Ti, B, N	jejak / tidak signifikan	jejak / tidak signifikan

Catatan: - Nilai adalah rentang nominal tipikal yang dilaporkan dalam lembar data produsen umum; selalu verifikasi dengan sertifikat pabrik. - S7 mengandung karbon sedang dan kromium yang moderat dengan keseimbangan paduan yang dirancang untuk memberikan ketangguhan patah yang tinggi dan pengerasan yang baik pada laju pendinginan konvensional. - A2 memiliki karbon yang jauh lebih tinggi dan tambahan molibdenum serta vanadium untuk mendorong pengerasan udara, kemampuan pengerasan sekunder, dan ketahanan aus yang lebih baik saat dikeraskan dan ditempa.

Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon meningkatkan potensi kekerasan dan kekuatan tetapi meningkatkan kemampuan pengerasan dan kerentanan terhadap retak. - Kromium berkontribusi pada kemampuan pengerasan dan ketahanan temper; Cr yang lebih tinggi juga meningkatkan ketahanan oksidasi pada suhu tempering yang tinggi (tidak berperilaku tahan karat). - Molybdenum meningkatkan kemampuan pengerasan, kekuatan pada suhu tinggi, dan pengerasan sekunder. - Vanadium memperhalus butir dan membentuk karbida keras, meningkatkan ketahanan aus dan stabilitas dimensi. - Keseimbangan dalam S7 memprioritaskan penyerapan energi dan ketahanan retak; keseimbangan A2 menargetkan kekerasan yang lebih tinggi, kontrol dimensi, dan ketahanan aus.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur tipikal: - Dalam kondisi yang dikeraskan, kedua grade terdiri terutama dari ferit dengan karbida yang terdispersi; A2 memiliki kepadatan karbida yang lebih tinggi karena karbon yang lebih tinggi dan elemen pembentuk karbida yang lebih kuat. - Setelah pendinginan dan tempering: - S7: martensit yang ditempa dengan austenit yang tersisa jika didinginkan dari suhu tinggi; karbida yang relatif lebih kasar dan matriks paduan yang dioptimalkan untuk ketangguhan. S7 biasanya didinginkan dengan minyak (atau minyak hangat) dan ditempa ke kekerasan yang diperlukan untuk mempertahankan ketangguhan dampak yang tinggi. - A2: pengerasan udara menghasilkan martensit yang lebih seragam dan karbida yang lebih halus; tempering menginduksi pengerasan sekunder karena karbida Mo dan V. Mikrostruktur A2 setelah perlakuan panas yang tepat dioptimalkan untuk stabilitas dimensi dan ketahanan aus.

Pengaruh rute pemrosesan: - Normalisasi/memperhalus butir: keduanya mendapat manfaat dari siklus normalisasi sebelum pengerasan akhir untuk memperhalus butir dan melarutkan karbida kasar. - Pendinginan & tempering: - S7: biasanya dikeraskan dalam minyak untuk menghindari retak dan untuk menghasilkan keseimbangan ketangguhan/kekerasan. Beberapa temper pada suhu sedang menghasilkan ketangguhan yang stabil. - A2: pengerasan udara membuat pendinginan kurang parah, mengurangi distorsi dan risiko retak; pendinginan udara atau udara diam dari suhu austenitisasi mengembangkan martensit keras dan karbida halus. Jadwal tempering sangat penting untuk mencapai kekerasan dan stabilitas dimensi yang diinginkan, sering kali termasuk perlakuan sub-zero untuk meminimalkan austenit yang tersisa jika perlu. - Pemrosesan termo-mekanis mempengaruhi ketangguhan akhir dan kemampuan pengerasan; produksi S7 sering menekankan ketangguhan dampak melalui penggulungan yang terkontrol dan jadwal perlakuan panas.

4. Sifat Mekanik

Sifat mekanik sangat bergantung pada perlakuan panas. Tabel di bawah ini memberikan rentang representatif untuk kondisi yang umum digunakan; interpretasikan sebagai rentang yang bergantung pada proses daripada nilai tetap.

Sifat	S7 (rentang tipikal)	A2 (rentang tipikal)
Kekuatan tarik (MPa)	~800–1700 (dikeraskan → dikeraskan)	~900–2300 (dikeraskan → dikeraskan)
Kekuatan luluh (MPa)	~600–1400	~700–2000
Peregangan (%)	8–18% (tergantung pada kekerasan)	6–15%
Ketangguhan dampak (Charpy J)	Tinggi: sering kali jauh lebih besar daripada grade yang sebanding pada kekerasan yang sama; misalnya, unggul di bawah beban mendadak	Sedang: lebih rendah daripada S7 pada kekerasan yang serupa karena kandungan karbida yang lebih tinggi
Kekerasan (HRC)	Rentang dikeraskan tipikal: ~40–58 HRC (tempering selektif untuk ketangguhan)	Rentang dikeraskan tipikal: ~50–62 HRC (A2 mencapai kekerasan yang lebih tinggi dengan kontrol dimensi yang baik)

Interpretasi: - A2 dapat mencapai kekerasan dan ketahanan aus yang lebih tinggi daripada S7 untuk perlakuan panas yang sebanding, berkat karbon yang lebih tinggi dan pembentuk karbida paduan (Mo, V). - S7 memberikan ketangguhan dampak dan ketahanan patah yang lebih tinggi pada kekerasan tertentu, menjadikannya lebih disukai untuk alat yang terkena guncangan berulang atau potensi kelebihan beban. - Duktilitas dan peregangan lebih tinggi pada S7 ketika keduanya berada dalam kondisi yang fokus pada ketangguhan; A2 mengorbankan beberapa ketangguhan dan duktilitas untuk kekerasan dan umur pakai aus.

5. Kemampuan Las

Pertimbangan kemampuan las: - Baik S7 maupun A2 adalah baja paduan karbon tinggi; risiko pengelasan termasuk retak dingin, retak yang disebabkan hidrogen, dan kehilangan ketangguhan di zona yang terpengaruh panas (HAZ). - Faktor kritis: ekuivalen karbon (CE) dan Pcm. Dua rumus empiris yang umum digunakan:

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

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

• Interpretasi kualitatif:
• CE atau $P_{cm}$ yang lebih tinggi meningkatkan kemampuan pengerasan dan kecenderungan untuk membentuk martensit di HAZ, meningkatkan risiko retak dingin dan mengurangi kemampuan las.
• Kandungan karbon, Mo, dan V yang lebih tinggi pada A2 umumnya menghasilkan CE/Pcm yang lebih tinggi daripada S7, sehingga A2 biasanya lebih sulit untuk dilas tanpa pemanasan awal, suhu antar yang terkontrol, dan perlakuan panas pasca las.
• S7, meskipun masih memerlukan perhatian, relatif lebih mudah untuk dilas daripada A2 karena karbonnya yang lebih rendah dan keseimbangan paduan yang berbeda; namun, pemanasan awal dan prosedur yang terkontrol sering kali diperlukan untuk keduanya.
• Rekomendasi praktis: gunakan pemanasan awal, bahan habis pakai rendah hidrogen, suhu antar yang terkontrol, dan jika memungkinkan terapkan tempering pasca las atau penghilang stres. Ketika pengelasan tidak dapat dihindari, pertimbangkan untuk menggunakan pengisi yang cocok yang dirancang untuk baja alat atau metode penyambungan alternatif (pengelasan, pengencangan mekanis).

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik S7 maupun A2 bukanlah tahan karat—keduanya memiliki ketahanan korosi yang terbatas dan harus dilindungi di lingkungan yang korosif.
• Strategi perlindungan yang umum:
• Pelapisan (nitriding, pelapisan PVD/CVD untuk ketahanan aus, atau DLC jika berlaku)
• Perlakuan permukaan: pelapisan krom keras, karburisasi (dalam kasus tertentu), atau nitriding tergantung pada batasan aplikasi
• Pelapisan penghalang: pengecatan, pelapisan bubuk, atau galvanisasi untuk paparan struktural (catatan: galvanisasi mungkin tidak sesuai untuk permukaan peralatan).
• PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) tidak berlaku untuk baja alat non-tahan karat ini; untuk grade tahan karat, indeks seperti $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ digunakan, tetapi tidak berlaku untuk S7 atau A2.
• Rekomendasi: untuk alat yang terpapar kelembapan atau media korosif, gabungkan penyelesaian metalurgi yang sesuai (misalnya, nitriding) dengan kontrol lingkungan dan pemeliharaan.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas

• Kemampuan mesin:
• Dalam kondisi yang dikeraskan, kedua grade cukup dapat diproses; A2 dalam bentuk dikeraskan lebih lembut tetapi memiliki kandungan karbida yang lebih tinggi yang dapat mempengaruhi keausan alat.
• S7 sering kali lebih mudah untuk diproses dalam kondisi dikeraskan karena kemampuan pengerasan yang lebih rendah dan volume karbida yang lebih rendah.
• Penggilingan dan penyelesaian:
• Kekerasan dan kandungan karbida A2 yang lebih tinggi memerlukan penggilingan yang lebih agresif dan dapat meningkatkan keausan roda; penyelesaian akhir sering kali memerlukan roda halus dan pendingin.
• S7 biasanya lebih mudah digiling tetapi tetap mendapat manfaat dari pemakaian yang tepat dan pendingin.
• Formabilitas dan pembengkokan:
• Keduanya memiliki formabilitas yang terbatas dalam keadaan dikeraskan. Pembentukan dingin harus dilakukan dalam kondisi lembut/dikeraskan; karbon dan populasi karbida A2 yang lebih tinggi mengurangi duktilitas relatif terhadap S7.
• Nasihat fabrikasi kunci: lakukan pemrosesan dan pembentukan massal dalam kondisi dikeraskan, lakukan perlakuan panas akhir, lalu giling hingga dimensi akhir; kontrol distorsi untuk A2 karena perilaku pengerasan udara.

8. Aplikasi Tipikal

Tabel: penggunaan umum

A2	S7
Cetakan untuk pemotongan, pemotongan, dan aplikasi pemotongan di mana ketahanan aus dan stabilitas dimensi sangat penting	Drift, pahat, paku, mata bor jackhammer, dan alat dampak di mana ketahanan guncangan tinggi diperlukan
Peralatan kerja dingin, jig, dan cetakan yang memerlukan pengerasan udara untuk mengurangi distorsi	Alat kerja panas/dingin yang terkena beban dampak tinggi dan guncangan berulang
Cetakan pembentuk yang mendapat manfaat dari pengerasan sekunder dan kontrol dimensi yang halus	Alat dan komponen yang terkena kelebihan beban yang tidak disengaja atau siklus dampak
Aplikasi di mana penyelesaian permukaan yang halus dan ketahanan aus diperlukan (dengan perlakuan panas yang sesuai)	Situasi di mana ketangguhan patah dan penyerapan energi tinggi sangat penting

Rasional pemilihan: - Pilih A2 ketika ketahanan aus, stabilitas dimensi setelah perlakuan panas, dan kemampuan untuk ditempa ke kekerasan tinggi adalah persyaratan dominan. - Pilih S7 ketika dampak berulang, beban jatuh, atau kebutuhan untuk menahan inisiasi dan propagasi retak di bawah beban guncangan adalah dominan.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya:
• A2 biasanya memiliki harga sedang di antara baja alat; biaya dapat lebih tinggi daripada baja karbon dasar karena elemen paduan (Mo, V).
• S7 sebanding dalam biaya dengan banyak baja alat paduan; harga tergantung pada pabrik, ukuran, bentuk (batang, pelat), dan kondisi pasar.
• Ketersediaan:
• Kedua grade tersedia secara luas dari pabrik baja besar dan distributor baja khusus dalam bentuk batang, batang, pelat, dan blok alat yang telah dipanaskan sebelumnya.
• A2 cenderung lebih umum tersedia dalam blok alat yang telah dipanaskan sebelumnya yang distandarisasi dan blok alat yang digiling presisi; S7 biasanya tersedia di mana alat tahan guncangan disuplai.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel ringkasan (kualitatif)

Kriteria	S7	A2
Kemampuan las	Lebih baik (relatif) tetapi memerlukan pemanasan awal/kontrol	Lebih menantang; CE/Pcm lebih tinggi, memerlukan prosedur yang hati-hati
Seimbang Kekuatan–Ketangguhan	Penekanan kuat pada ketangguhan dan ketahanan dampak	Penekanan kuat pada kekerasan dan ketahanan aus; stabilitas dimensi yang baik
Biaya	Sebanding	Sebanding

Kesimpulan: - Pilih S7 jika: - Aplikasi melibatkan dampak berulang, beban guncangan, atau risiko tinggi patah rapuh. - Anda memerlukan ketangguhan patah yang tinggi dan penyerapan energi pada kekerasan sedang. - Pengelasan atau kemampuan perbaikan lapangan dengan pemanasan awal yang kurang ketat adalah pertimbangan (masih memerlukan prosedur yang tepat).

• Pilih A2 jika:
• Ketahanan aus, umur pakai aus, dan stabilitas dimensi setelah perlakuan panas adalah persyaratan utama.
• Kekerasan yang lebih tinggi (untuk mempertahankan tepi atau keausan pemotongan) diperlukan sambil mengontrol distorsi dengan pengerasan udara.
• Aplikasi membutuhkan penyelesaian permukaan yang halus dan respons temper yang dapat diprediksi.

Catatan akhir: pilihan terbaik tergantung pada spektrum beban spesifik, geometri bagian, kemampuan perlakuan panas, dan model biaya siklus hidup. Selalu konsultasikan sertifikat pabrik dan lakukan pengujian spesifik aplikasi (fatigue, dampak, uji keausan) dan validasi jadwal perlakuan panas sebelum pengadaan produksi penuh.