SKH9 vs M2 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur umumnya menghadapi pilihan antara dua baja alat kecepatan tinggi yang sangat mirip untuk pemotongan, pembentukan, dan alat tahan aus: satu kelas kecepatan tinggi yang ditunjuk JIS dan kelas AISI/SAE yang banyak dirujuk. Dilema pemilihan biasanya berpusat pada spesifikasi pasokan dan kepatuhan standar, serta persyaratan pemrosesan dan pasca-las—kompromi antara ketersediaan, praktik perlakuan panas, dan biaya pemrosesan sekunder sering kali mendorong keputusan daripada perbedaan besar dalam kinerja dasar.

Kedua kelas adalah baja kecepatan tinggi yang dirancang untuk alat pemotongan yang dikerjakan panas dan aplikasi pemesinan dingin/panas. Mereka sering dibandingkan karena komposisi nominal dan sifat yang dihasilkan sangat tumpang tindih: satu disediakan di bawah spesifikasi nasional Jepang dan yang lainnya di bawah konvensi baja alat internasional/ Amerika Utara. Dalam praktiknya, faktor penentu adalah kesesuaian standar, instruksi perlakuan panas, dan ketersediaan bentuk daripada perbedaan metalurgi yang substansial.

1. Standar dan Penunjukan

• AISI/SAE/ASTM: AISI/SAE M2 (referensi internasional umum untuk jenis baja kecepatan tinggi ini; sering dicakup dalam lembar data baja alat ASTM).
• JIS: SKH9 (Standar Industri Jepang untuk baja kecepatan tinggi yang setara).
• EN/DIN: Penunjukan EN/DIN yang sebanding ada (umumnya disajikan sebagai HS6-5-2 atau kelas baja alat EN serupa; label EN yang tepat bervariasi menurut negara dan keluarga paduan tertentu).
• GB (Cina): Standar Cina mencantumkan baja alat dengan komposisi serupa (nomor/label yang berbeda).
• Klasifikasi: Baik SKH9 maupun M2 adalah baja alat kecepatan tinggi (HSS), yaitu, baja alat/paduan yang diformulasikan untuk kekerasan merah, ketahanan aus, dan ketangguhan pada suhu tinggi. Mereka bukan baja tahan karat.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel berikut mencantumkan rentang komposisi tipikal untuk setiap kelas. Nilai disajikan sebagai rentang tipikal; analisis bersertifikat yang sebenarnya harus diperoleh dari pabrik atau pemasok untuk pengadaan dan pengujian penerimaan.

Catatan: - Kedua kelas dipadu dengan W dan Mo yang relatif tinggi untuk kekerasan panas dan pembentukan karbida kompleks; V mempromosikan karbida MC tipe keras dan stabil yang meningkatkan ketahanan aus. - Unsur minor (Nb, Ti, B, N) biasanya berada pada tingkat jejak atau tidak ditambahkan secara sengaja kecuali dalam varian khusus (misalnya, metalurgi serbuk atau HSS yang dimodifikasi). - Strategi paduan menekankan pada kemampuan pengerasan tinggi dan karbida stabil daripada ketahanan korosi: W/Mo + Cr + V tinggi menghasilkan karbida kompleks M6C/M2C dan MC untuk ketahanan aus dan kekerasan merah.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur tipikal: - Baik SKH9 maupun M2 mengembangkan matriks martensit yang ditempa yang mengandung distribusi karbida keras: karbida kompleks kaya tungsten dan molibdenum (sering digambarkan sebagai tipe M6C/M2C) dan karbida MC kaya vanadium. Ukuran dan distribusi karbida sangat bergantung pada praktik peleburan, pembekuan, dan penempaan/pemrosesan.

Perilaku perlakuan panas: - Austenitisasi: Baja kecepatan tinggi memerlukan suhu austenitisasi tinggi untuk melarutkan fraksi karbida yang diperlukan dan memperoleh karbon matriks yang diinginkan dalam larutan. Rentang austenitisasi tipikal untuk keluarga ini tinggi (umumnya di sekitar $1180^\circ\text{C}$ hingga $1250^\circ\text{C}$), tetapi suhu yang tepat diambil dari grafik perlakuan panas pemasok. - Pendinginan: Pendinginan minyak atau gas digunakan untuk membentuk martensit; karena kandungan paduan yang tinggi, austenit yang tertahan bisa signifikan dan sering dikendalikan dengan perlakuan kriogenik jika austenit yang tertahan yang lebih rendah diperlukan. - Tempering: Beberapa siklus temper (dua atau tiga) pada suhu menengah (sering dalam rentang $520^\circ\text{C}$–$600^\circ\text{C}$, tergantung pada kekerasan target) menstabilkan matriks dan mengendapkan karbida sekunder. Jadwal temper menentukan kompromi akhir antara kekerasan dan ketangguhan. - Normalisasi/annealing: Untuk pemesinan atau pembentukan, anneal lembut (menahan pada suhu untuk spheroidisasi karbida, pendinginan lambat) digunakan untuk mengurangi kekerasan dan meningkatkan kemampuan pemesinan.

Perbedaan: - Secara metalurgi, kedua kelas merespons dengan sangat mirip. Perbedaan yang diamati dalam praktik biasanya berasal dari pemrosesan spesifik (jalur peleburan, penempaan/pemrosesan, jadwal anneal/normalisasi) dan dari rekomendasi perlakuan panas vendor daripada kontras komposisi intrinsik.

4. Sifat Mekanis

Sifat mekanis untuk baja kecepatan tinggi sangat bergantung pada perlakuan panas sehingga angka terbaik dikutip sebagai rentang tipikal untuk kondisi umum. Tabel di bawah ini menunjukkan rentang representatif untuk kondisi annealed dan untuk kondisi yang dikeraskan & ditempa.

Interpretasi: - Baik SKH9 maupun M2 dapat dikeraskan hingga nilai HRC tinggi yang khas dari HSS (60–67 HRC), dengan kekuatan tarik yang sangat tinggi dan ductility yang rendah. - Material yang di-anneal dapat diproses dan jauh lebih tangguh/lebih ductile dibandingkan dengan kondisi yang dikeraskan. - Perbedaan dalam kekuatan dan ketangguhan antara SKH9 dan M2 dalam kondisi perlakuan panas yang setara umumnya kecil; kinerja praktis akan mencerminkan distribusi karbida dan pelaksanaan perlakuan panas.

5. Kelayakan Las

Baja kecepatan tinggi dengan kandungan karbon dan paduan yang relatif tinggi secara intrinsik sulit untuk dilas. Dua prediktor kelayakan las komposisi yang umum digunakan adalah:

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

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

Interpretasi kualitatif: - Baik SKH9 maupun M2 menghasilkan nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang relatif tinggi karena kandungan karbon, kromium, molibdenum, tungsten, dan vanadium mereka. Ini menunjukkan kemampuan pengerasan yang tinggi dan kerentanan terhadap retak dingin serta pembentukan martensit rapuh di HAZ. - Konsekuensi praktis: pengelasan baja alat HS memerlukan pemanasan awal yang ketat, kontrol suhu antar-lapisan, penggunaan bahan pengisi yang cocok/kompatibel, dan tempering pasca-las. Untuk alat yang kritis, pengelasan sering dihindari demi penyolderan, penyambungan mekanis, atau pemesinan ulang penuh dari blank pengganti. - Jika pengelasan diperlukan, konsultasikan spesifikasi prosedur pengelasan pemasok dan lakukan pengelasan kualifikasi dengan perlakuan panas pasca-las yang lengkap.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik SKH9 maupun M2 bukanlah paduan tahan karat. Ketahanan korosi terbatas pada yang disediakan oleh kandungan Cr tetapi tidak cukup untuk paparan lingkungan yang agresif.
• Strategi perlindungan umum: pengecatan, pelapisan, pelapisan deposisi uap (TiN, TiAlN), nitriding, shot peening, atau galvanisasi untuk aplikasi non-alat. Untuk alat pemotongan dan pembentukan, rekayasa permukaan (pelapisan, pengerasan permukaan) adalah metode perlindungan dan perpanjangan aus utama.
• PREN tidak berlaku untuk baja alat non-tahan karat ini, tetapi untuk kejelasan indeks korosi tahan karat adalah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Gunakan kelas yang tahan korosi (baja alat tahan karat atau paduan lainnya) ketika ketahanan korosi adalah persyaratan utama; jika tidak, lindungi HSS dengan pelapisan dan penyimpanan yang terkontrol.

7. Fabrikasi, Kemampuan Pemesinan, dan Kemampuan Pembentukan

• Kemampuan pemesinan: Dalam kondisi annealed (lunak), kedua kelas cukup dapat diproses untuk operasi penggergajian dan penyelesaian. Dalam kondisi yang dikeraskan, penggilingan dan EDM adalah metode tipikal untuk membentuk.
• Pemotongan dan penggilingan: Kandungan paduan tinggi dan karbida keras meningkatkan aus abrasif pada alat pemotongan/penggilingan; gunakan diamond atau CBN jika sesuai untuk produktivitas tinggi.
• Kemampuan pembentukan: Pembentukan dingin terbatas; pembentukan panas atau pemesinan blank adalah praktik standar. Pembengkokan/pembentukan stok yang di-anneal dapat dilakukan tetapi risiko pemulihan dan retak meningkat dengan kandungan karbon/paduan.
• Penyelesaian permukaan: Polishing dan adhesi pelapisan mendapatkan manfaat dari distribusi karbida yang terkontrol dan praktik perlakuan panas yang baik.

8. Aplikasi Tipikal

Rasional pemilihan: - Kedua kelas dipilih karena ketahanan aus dan kekerasan panas. Pilih berdasarkan ketersediaan lokal, sertifikasi yang diperlukan (JIS vs AISI/ASTM), dan apakah vendor hilir mengharapkan material dalam satu spesifikasi dibandingkan yang lain. - Untuk aus ekstrem atau sifat khusus, pertimbangkan HSS metalurgi serbuk atau pengganti karbida.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Pendorong biaya: harga pasar tungsten dan molibdenum, metode produksi (cor konvensional vs metalurgi serbuk), dan persyaratan sertifikasi/jejak.
• Ketersediaan: M2 telah mapan secara global dan banyak disimpan oleh distributor internasional; SKH9 umum di daerah di mana JIS adalah norma pengadaan dan mungkin lebih disukai oleh pabrik domestik.
• Bentuk produk: keduanya tersedia sebagai batang, blank, dan pelat baja alat; varian PM-M2 (metalurgi serbuk) memerintahkan harga premium tetapi menawarkan ketangguhan yang lebih baik dan distribusi karbida yang seragam.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel ringkasan (kualitatif):

Rekomendasi: - Pilih SKH9 jika Anda memerlukan kepatuhan terhadap standar nasional Jepang, sedang melakukan pengadaan dalam rantai pasokan yang menentukan penunjukan JIS, atau jika pemasok memberikan instruksi perlakuan panas dan sertifikasi yang disesuaikan yang sesuai dengan proses Anda. - Pilih M2 jika Anda memerlukan kelas internasional yang diakui secara luas dengan ketersediaan hilir yang luas, dokumentasi AISI/ASTM standar, dan lebih mudah diperoleh dari distributor global. M2 sering menjadi pilihan yang lebih disukai ketika pengadaan lintas batas atau pasokan multi-sumber penting.

Catatan penutup: Secara metalurgi, SKH9 dan M2 pada dasarnya setara dengan baja kecepatan tinggi; perbedaan kinerja dalam layanan biasanya dipengaruhi oleh perlakuan panas, kontrol karbida, jalur manufaktur, dan perlakuan permukaan daripada oleh kimia yang secara fundamental berbeda. Untuk aplikasi alat yang kritis, dapatkan sertifikat pabrik, minta instruksi perlakuan panas dari pemasok, dan kualifikasi kinerja batch aktual dengan pengujian kekerasan, mikrostruktur, dan, jika perlu, pengujian ketangguhan.