SKH9 vs M2 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pendahuluan
SKH9 dan M2 adalah dua baja alat kecepatan tinggi yang banyak digunakan untuk alat pemotong, bor, ulir, alat bentuk, dan komponen tahan aus. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering menghadapi dilema pemilihan: memilih berdasarkan standardisasi regional, perbedaan komposisi yang halus, atau pertimbangan rantai pasokan versus target kinerja spesifik seperti ketahanan aus, ketangguhan, atau ketahanan panas.
Perbedaan penting untuk pemilihan adalah bahwa SKH9 adalah penunjukan standar Jepang dan M2 adalah penunjukan Amerika/Internasional untuk keluarga baja kecepatan tinggi tungsten-molibdenum yang sangat mirip. Mereka sering dibandingkan karena mereka menempati ceruk kinerja yang sama (baja alat kecepatan tinggi serbaguna) dan sering dapat dipertukarkan dalam desain—namun asal standar, toleransi spesifikasi, dan pemrosesan vendor dapat mempengaruhi pilihan akhir.
1. Standar dan Penunjukan
- M2: Umumnya dirujuk di bawah spesifikasi berbasis AISI/ASM dan ASTM/ASME (AISI M2; ASTM: sering tercantum dalam daftar baja kecepatan tinggi), banyak digunakan dalam rantai pasokan Amerika Utara dan internasional.
- SKH9: Penunjukan Standar Industri Jepang (JIS SKH9), digunakan di seluruh Jepang dan banyak rantai pasokan Asia; juga diterima di banyak pasar ekspor.
- EN/ISO: Keluarga setara dalam norma Eropa sering ditunjuk sebagai HS6-5-2-5 atau kelas HSS tungsten-molibdenum serupa—kesetaraan bersifat perkiraan dan tergantung pada rentang elemen spesifik.
- GB (Cina): Standar Cina memiliki penunjukan sendiri tetapi umumnya memberikan ekuivalen kimia langsung atau tabel referensi silang untuk baja SKH dan M-series.
Klasifikasi: Baik SKH9 maupun M2 adalah baja alat dari keluarga baja kecepatan tinggi (HSS)—baja paduan yang diformulasikan khusus untuk kekerasan tinggi dan kekerasan merah (retensi kekerasan pada suhu pemotongan yang tinggi). Mereka bukan baja tahan karat maupun baja HSLA.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Tabel: rentang komposisi tipikal (massa %) untuk SKH9 dan M2. Catatan: tabel mencantumkan elemen yang diminta; tungsten (W) adalah elemen paduan penting untuk kelas ini tetapi bukan salah satu kolom tabel—kandungan tipikalnya dinyatakan di bawah tabel.
| Elemen | SKH9 (JIS) rentang tipikal | M2 (AISI) rentang tipikal |
|---|---|---|
| C | 0.85–1.05 | 0.85–1.05 |
| Mn | 0.20–0.50 | 0.20–0.40 |
| Si | 0.15–0.40 | 0.20–0.45 |
| P | ≤0.03 | ≤0.03 |
| S | ≤0.03 | ≤0.03 |
| Cr | 3.75–4.50 | 3.75–4.50 |
| Ni | — (jejak) | — (jejak) |
| Mo | 4.50–5.50 | 4.50–5.50 |
| V | 1.70–2.20 | 1.70–2.20 |
| Nb | — | — |
| Ti | — | — |
| B | — | — |
| N | jejak | jejak |
Catatan penting: Baik SKH9 maupun M2 juga mengandung proporsi tungsten (W) yang substansial, biasanya dalam rentang sekitar 5.5–6.75% (bervariasi menurut produsen). Tungsten ditambah molibdenum adalah elemen paduan utama yang memberikan kekerasan panas tinggi dan ketahanan aus dalam keluarga kelas ini. Penambahan paduan minor di luar tabel (jejak Ti, Nb, B) mungkin ada dalam peleburan tertentu untuk mengontrol morfologi karbida dan ukuran butir; mikro-paduan semacam itu tergantung pada vendor.
Bagaimana paduan mempengaruhi sifat: - Karbon + pembentuk karbida kuat (W, Mo, V, Cr) menghasilkan karbida intermetallic keras yang tahan terhadap aus abrasif dan memungkinkan tempering untuk kekerasan tinggi. - Kromium dan vanadium berkontribusi pada populasi karbida keras yang meningkatkan ketahanan aus dan kekerasan merah. - Molybdenum dan tungsten meningkatkan perilaku pengerasan sekunder dan mempertahankan kekerasan pada suhu tinggi (kekerasan merah alat pemotong). - Silikon dan mangan hadir dalam jumlah kecil untuk deoksidasi dan kontrol kekuatan; tingkat mereka juga mempengaruhi ketangguhan dan kemampuan mesin.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal: - Dalam kondisi yang dinormalisasi, kedua baja menunjukkan matriks feritik dengan jaringan karbida primer dan sekunder (karbida kompleks termasuk M6C, tipe MC di mana M = W, Mo, V, Cr). - Setelah austenitisasi dan pendinginan, mikrostruktur menjadi martensitik dengan karbida yang tertahan; tempering selanjutnya menghasilkan pengerasan sekunder akibat presipitasi karbida paduan halus, yang sangat penting untuk kekerasan suhu tinggi HSS.
Respons perlakuan panas: - Austenitisasi: Rentang austenitisasi yang sebanding digunakan untuk SKH9 dan M2; suhu dan waktu mengontrol pelarutan karbida dan distribusi paduan. - Pendinginan: Pendinginan dengan minyak atau udara paksa adalah hal yang umum; kedua baja memerlukan pendinginan yang terkontrol untuk menghindari retak. - Tempering: Beberapa siklus tempering pada suhu tinggi menghasilkan pengerasan sekunder. Jadwal tempering menentukan kekerasan akhir (HRC tipikal di angka 60-an untuk alat pemotong) dan keseimbangan ketangguhan. - Normalisasi: Digunakan untuk memperhalus ukuran butir dan menghomogenkan mikrostruktur sebelum pengerasan akhir; lebih umum dalam praktik bengkel daripada dalam produksi akhir untuk HSS. - Pemrosesan termo-mekanis: Praktik vendor seperti peleburan vakum, peleburan ulang electroslag (ESR), atau peleburan induksi vakum (VIM) meningkatkan kebersihan dan ketangguhan; produsen dapat menentukan rute peleburan ini.
Secara keseluruhan, SKH9 dan M2 merespons sangat mirip terhadap siklus perlakuan panas HSS standar; perbedaan muncul dari toleransi komposisi minor dan rute pembuatan baja yang mempengaruhi distribusi karbida dan kebersihan.
4. Sifat Mekanis
Tabel: sifat mekanis kualitatif komparatif (tipikal, tergantung perlakuan panas)
| Sifat | SKH9 (tipikal setelah perlakuan panas HSS yang tepat) | M2 (tipikal setelah perlakuan panas HSS yang tepat) |
|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Tinggi (tingkat kelas HSS; tergantung perlakuan panas) | Tinggi (sebanding dengan SKH9) |
| Kekuatan Luluh | Tinggi (sebanding dengan perilaku tarik) | Tinggi (sebanding dengan SKH9) |
| Peregangan | Rendah hingga sedang (kekakuan meningkat seiring dengan kekerasan) | Rendah hingga sedang (serupa) |
| Ketangguhan Impak | Sedang hingga rendah (tergantung pada distribusi karbida dan perlakuan panas) | Sedang hingga rendah (serupa) |
| Kekerasan (temper layanan) | Biasanya dalam rentang HRC tinggi (domain baja alat HSS) | Biasanya dalam rentang HRC tinggi (domain baja alat HSS) |
Catatan: - Nilai numerik untuk tarik, luluh, dan impak sangat sensitif terhadap jadwal perlakuan panas yang tepat, kondisi spesimen, dan morfologi karbida; kedua kelas dirancang untuk kekerasan dan kekerasan merah daripada duktilitas. - Dalam praktiknya, kekerasan (HRC) setelah austenitisasi yang tepat dan beberapa temper adalah sifat yang paling umum ditentukan untuk alat pemotong; baik SKH9 maupun M2 dapat mencapai HRC di angka 60-an rendah hingga menengah tergantung pada tempering.
Interpretasi: Tidak ada kelas yang secara kategoris "lebih kuat" dalam istilah tarik ketika disiapkan dengan perlakuan panas yang setara; pembeda kunci adalah distribusi karbida dan kebersihan pembuatan baja, yang dapat sedikit menguntungkan rute pemrosesan salah satu produsen. Ketangguhan biasanya merupakan kompromi dengan kekerasan; tempering yang hati-hati digunakan untuk mencapai keseimbangan yang dibutuhkan.
5. Kemampuan Las
Kemampuan las untuk baja kecepatan tinggi umumnya buruk dibandingkan dengan baja paduan rendah karena kandungan karbon yang tinggi dan elemen pembentuk karbida yang kuat yang meningkatkan kemampuan pengerasan dan kerentanan terhadap retak.
Rumus prediktif yang berguna (hanya interpretasi kualitatif): - Ekuivalen karbon (IIW) sering digunakan untuk memperkirakan kerentanan terhadap retak dingin: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Rumus Pcm adalah indeks kemampuan las lainnya: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi: - Baik SKH9 maupun M2 memiliki nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang relatif tinggi karena C, Cr, Mo, V, dan W (W juga meningkatkan kemampuan pengerasan tetapi tidak ada dalam rumus spesifik ini). Oleh karena itu, harapkan kebutuhan pemanasan awal yang tinggi, suhu antar-passing yang rendah untuk menghindari kejutan termal, dan kebutuhan untuk perlakuan panas pasca-las (PWHT) untuk mengurangi stres dan temper martensit. - Praktik tipikal: hindari pengelasan baja kecepatan tinggi jika memungkinkan. Jika pengelasan diperlukan, gunakan pemanasan awal yang terkontrol, proses input panas rendah, logam pengisi yang cocok atau khusus, dan tempering pasca-las untuk mengembalikan ketangguhan. Sebagai alternatif, brazing atau menggabungkan komponen secara mekanis jika memungkinkan.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Kedua SKH9 dan M2 bukanlah baja tahan karat. Ketahanan korosi di lingkungan atmosfer atau air terbatas dibandingkan dengan kelas tahan karat.
- Strategi perlindungan tipikal: pelumasan, pengecatan, fosfatasi, atau galvanisasi jika sesuai; untuk alat pemotong, korosi biasanya dikendalikan oleh pelumasan dan penyimpanan daripada pelapisan.
- PREN (Angka Ekuivalen Ketahanan Pitting) tidak berlaku karena ini bukan kelas tahan karat: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Penggunaan pelapis keras (TiN, TiAlN, CrN, DLC) umum untuk meningkatkan ketahanan aus permukaan dan mengurangi paparan korosi dalam operasi pemotongan; pelapis juga meningkatkan kinerja pada suhu tinggi.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas
- Kemampuan mesin: Dalam kondisi yang dinormalisasi, kedua bahan dapat diproses relatif mudah; dalam kondisi yang dikeraskan, mereka bersifat abrasif karena karbida. M2 umumnya digunakan sebagai baja alat dan memiliki praktik penggilingan dan penyelesaian yang terdokumentasi dengan baik; SKH9 berperilaku sangat mirip.
- Penggilingan dan penyelesaian: Roda penggiling berlian atau CBN sering diperlukan untuk HSS yang dikeraskan, dan kontrol pendingin sangat penting untuk menghindari retak termal.
- Formabilitas/penekukan: Seperti kebanyakan baja alat, pembentukan dingin terbatas; pembentukan panas dimungkinkan tetapi memerlukan siklus termal yang terkontrol untuk menghindari masalah presipitasi karbida.
- Penyelesaian permukaan: Polishing dan adhesi pelapis berperilaku serupa untuk kedua kelas; proses pelapisan mendapatkan manfaat dari substrat yang bersih dan persiapan permukaan yang terkontrol.
8. Aplikasi Tipikal
| SKH9 (penggunaan tipikal) | M2 (penggunaan tipikal) |
|---|---|
| Alat pemotong serbaguna dalam alat yang ditentukan Jepang/Asia (bor, ulir, pemotong frais, reamer) | Alat pemotong serbaguna dalam alat yang ditentukan Amerika Utara/Internasional (bor, ulir, pemotong frais, reamer) |
| Alat pembentuk dan alat kerja dingin di mana sifat HSS diperlukan dan spesifikasi JIS diwajibkan | Alat pemotong berkinerja tinggi dan alat mesin di mana referensi ASTM/AISI/ISO untuk M2 ditentukan |
| Komponen tahan aus di mana kekerasan merah kelas HSS diperlukan | Aplikasi HSS yang luas di berbagai industri (dirgantara, alat otomotif, cetakan) |
Rasional pemilihan: - Pilih berdasarkan prioritas spesifikasi (pelanggan atau kontrak memerlukan JIS atau AISI/ASTM), pengadaan rantai pasokan, atau klaim proses pemasok tertentu (misalnya, ESR, VIM untuk kebersihan). - Kedua kelas dipilih untuk envelope operasi yang sama: pemotongan kecepatan tinggi, kekuatan suhu tinggi, dan ketahanan aus.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: Kedua kelas diposisikan serupa dalam harga sebagai baja kecepatan tinggi arus utama. Perbedaan kecil dalam biaya berasal dari ketersediaan regional, harga pasar tungsten dan molibdenum, dan rute pembuatan baja (premium produk ESR/VIM).
- Ketersediaan berdasarkan bentuk produk: Batang, blanko, dan stok alat yang telah dipanaskan sebelumnya dalam SKH9 dan M2 tersedia luas dari pemasok baja khusus. Preferensi regional mempengaruhi stok: M2 lebih umum di Amerika Utara dan Eropa, SKH9 lebih umum disimpan di Jepang dan beberapa bagian Asia.
- Waktu tunggu dan premium: Proses spesifik vendor (baja bersih, varian yang dilebur ulang) seringkali lebih mahal tetapi memberikan ketangguhan dan kinerja yang lebih baik.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel: perbandingan ringkas
| Atribut | SKH9 | M2 |
|---|---|---|
| Kemampuan Las | Buruk (kemampuan pengerasan tinggi; memerlukan prosedur yang hati-hati) | Buruk (serupa) |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Kekerasan tinggi dan ketahanan aus; ketangguhan tergantung pada pemrosesan | Kekerasan tinggi dan ketahanan aus; ketangguhan tergantung pada pemrosesan |
| Biaya | Sebanding; variasi regional mungkin berlaku | Sebanding; variasi regional mungkin berlaku |
Kesimpulan dan panduan praktis: - Pilih SKH9 jika rantai pengadaan atau produksi Anda mengikuti standar JIS/Jepang, jika alat atau suku cadang pengganti ditentukan oleh penunjukan JIS, atau jika pemasok lokal menyediakan SKH9 dengan jejak dan pemrosesan spesifik vendor (ESR/VIM) yang memenuhi kebutuhan ketangguhan Anda. - Pilih M2 jika gambar, spesifikasi, atau standar industri Anda memerlukan AISI/ASTM/ISO M2, jika Anda memerlukan pemasok yang selaras dengan pengadaan Amerika Utara atau internasional, atau jika Anda membutuhkan ketersediaan vendor yang luas dan pertukaran dengan referensi M2.
Catatan akhir: Secara metalurgi SKH9 dan M2 menempati keluarga HSS yang sama dan secara fungsional setara untuk sebagian besar aplikasi ketika diproduksi dan diperlakukan panas sesuai dengan standar yang sebanding. Faktor penentu adalah kesesuaian spesifikasi, pemrosesan vendor (kebersihan dan metode peleburan ulang), dan kontrol perlakuan panas yang menentukan distribusi karbida, ketangguhan, dan kinerja alat akhir.