SUP10A vs 60Si2Mn – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Insinyur dan profesional pengadaan sering kali dihadapkan pada pilihan antara SUP10A dan 60Si2Mn saat menentukan komponen yang memerlukan keseimbangan antara kekuatan, ketahanan aus, dan kemampuan manufaktur yang ekonomis. Konteks keputusan yang umum termasuk bagian pegas dan kelelahan siklus tinggi (di mana kekuatan dan kemampuan pengerasan adalah yang utama) versus poros, pin, dan komponen umum yang dikuatkan & dipanaskan (di mana ketangguhan dan kemampuan pengelasan penting). Pertimbangan sering kali berpusat pada kemampuan pengerasan dan kekuatan versus duktilitas, kebutuhan perlakuan permukaan, dan biaya material.

Perbedaan praktis utama antara SUP10A dan 60Si2Mn adalah strategi paduan mereka: satu grade ditentukan dan digunakan sebagai baja karbon medium umum dengan paduan sedang untuk ketangguhan dan kemampuan pembentukan, sementara yang lainnya adalah baja pegas yang diperkaya silikon yang dirancang untuk kekuatan tinggi dan kinerja elastis setelah perlakuan panas. Perbedaan ini menjelaskan mengapa mereka kadang-kadang dibandingkan sebagai pengganti kandidat tetapi tidak merupakan ekuivalen yang ketat.

1. Standar dan Penunjukan

• SUP10A
• Ditemukan dalam spesifikasi regional dan katalog pemasok (sering digunakan dalam nomenklatur industri Asia Timur). Ini dikategorikan sebagai baja karbon medium hingga tinggi yang dimaksudkan untuk pemrosesan quench-and-temper dan komponen rekayasa umum.
• 60Si2Mn
• Penunjukan baja pegas umum dalam beberapa standar nasional (setara GB, JIS). Ini secara eksplisit adalah baja pegas karbon tinggi-silikon, karbon medium-tinggi yang diformulasikan untuk quenching dan tempering untuk menghasilkan batas elastis tinggi dan umur kelelahan.

Ikhtisar klasifikasi: - SUP10A: baja karbon/baja paduan medium (digunakan untuk komponen struktural/poros, quench & temper) - 60Si2Mn: baja paduan karbon baja pegas (baja kekuatan tinggi grade pegas)

(Catatan: nomor standar yang tepat dan referensi silang bervariasi menurut wilayah dan pemasok; selalu konfirmasi lembar standar/spesifikasi yang tepat untuk pengadaan.)

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Tabel: perbandingan kualitatif tingkat elemen paduan | Elemen | SUP10A (tipikal) | 60Si2Mn (tipikal) | |---|---:|---:| | C (karbon) | Medium–Tinggi (memberikan kekuatan inti setelah perlakuan panas) | Medium–Tinggi (dirancang untuk kekuatan lebih tinggi dan tempering pegas) | | Mn (mangan) | Medium (bantuan deoksidasi dan kekuatan/kekuatan pengerasan) | Medium (berkontribusi pada kemampuan pengerasan) | | Si (silikon) | Rendah–Sedang (deoksidasi, beberapa kekuatan) | Tinggi (paduan utama untuk kekuatan pegas dan batas elastis) | | P (fosfor) | Rendah (terkendali) | Rendah (terkendali) | | S (sulfur) | Rendah (terkendali) | Rendah (terkendali) | | Cr (krom) | Biasanya jejak hingga rendah (jika ada untuk kemampuan pengerasan) | Jejak–Rendah (kadang-kadang ditambahkan dalam beberapa varian) | | Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N | Biasanya rendah atau jejak; mikro-paduan mungkin ada dalam beberapa varian yang disuplai | Biasanya rendah atau jejak; beberapa baja pegas mikro-paduan ada |

Penjelasan - Karbon adalah elemen pengerasan utama untuk kedua grade; karbon yang lebih tinggi meningkatkan kekerasan yang dapat dicapai setelah quenching tetapi mengurangi kemampuan pengelasan dan duktilitas. - Silikon dalam 60Si2Mn sengaja tinggi untuk meningkatkan modulus elastis, kekuatan dalam kondisi tempering, dan untuk meningkatkan sifat pegas; SUP10A mengandung jauh lebih sedikit silikon berdasarkan desain. - Mangan memberikan deoksidasi, kekuatan, dan beberapa kemampuan pengerasan pada kedua grade. - Kedua grade bukan stainless; ketahanan korosi bergantung pada pelapisan atau perlakuan permukaan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur - SUP10A: Mikrostruktur yang diperlakukan panas yang khas termasuk martensit yang dipanaskan atau struktur bainit yang disorbit tergantung pada jadwal quench-and-temper. Ketika dinormalisasi, menghasilkan pearlit halus dan ferit dengan duktilitas dan ketangguhan yang lebih baik dibandingkan dengan baja pegas yang sangat paduan. - 60Si2Mn: Setelah quenching dan tempering yang tepat, mikrostruktur yang diinginkan adalah martensit yang dipanaskan dengan dispersi karbida halus dan fitur matriks yang distabilkan silikon yang mendukung kinerja elastis tinggi dan ketahanan kelelahan.

Respons perlakuan panas - Normalisasi: SUP10A merespons dengan baik terhadap normalisasi untuk memperhalus butir dan meningkatkan ketangguhan; 60Si2Mn dapat dinormalisasi tetapi terutama dimaksudkan untuk pemrosesan quench-and-temper untuk mengembangkan sifat pegas. - Quenching & tempering: Kedua grade umumnya dikuatkan dan dipanaskan. 60Si2Mn biasanya memerlukan kontrol yang hati-hati terhadap tingkat keparahan quench dan suhu tempering untuk menghindari embrittlement temper sementara menargetkan kekuatan hasil tinggi dan batas elastis. Strategi tempering SUP10A menekankan keseimbangan antara kekuatan tarik dan ketangguhan impak. - Pemrosesan termo-mekanis: Varian SUP10A yang diproses termo-mekanis dapat mencapai struktur butir yang halus dan ketangguhan yang lebih baik pada kekuatan yang sebanding. Baja pegas seperti 60Si2Mn kurang umum disuplai dalam bentuk TMCP karena kinerjanya lebih bergantung pada perlakuan panas yang terkontrol untuk mengembangkan temper pegas.

4. Sifat Mekanis

Tabel: perbandingan sifat mekanis relatif (setelah perlakuan panas yang tepat) | Sifat | SUP10A (tipikal) | 60Si2Mn (tipikal) | |---|---:|---:| | Kekuatan tarik | Tinggi (keseimbangan yang baik dengan ketangguhan) | Sangat tinggi (dioptimalkan untuk kekuatan dan batas elastis) | | Kekuatan hasil | Tinggi (baik untuk bagian yang menahan beban) | Sangat tinggi (batas hasil/elastic grade pegas) | | Perpanjangan (duktilitas) | Lebih baik (lebih duktil dibandingkan baja pegas) | Lebih rendah (duktilitas berkurang pada kekuatan yang sebanding) | | Ketangguhan impak | Lebih tinggi (ketangguhan notch yang lebih baik, terutama saat dinormalisasi) | Lebih rendah (harus dipanaskan dengan hati-hati untuk menjaga ketangguhan) | | Kekerasan (HRC/HV setelah temper) | Sedang–Tinggi tergantung pada tempering | Tinggi (dirancang untuk mencapai kekerasan temper yang lebih tinggi untuk pegas) |

Penjelasan - 60Si2Mn biasanya mencapai kekuatan tarik dan kekuatan hasil yang lebih tinggi setelah quench & temper dibandingkan dengan SUP10A karena kimia yang kaya silikon dan profil kemampuan pengerasan. Namun, ketangguhan dan duktilitas cenderung lebih rendah untuk 60Si2Mn pada tingkat kekuatan yang setara. - SUP10A sering dipilih di mana campuran ketangguhan dan kekuatan yang lebih baik diperlukan dan di mana operasi sekunder (pengelasan, pembentukan) diperlukan.

5. Kemampuan Pengelasan

Pertimbangan kemampuan pengelasan tergantung terutama pada ekuivalen karbon, tambahan paduan, dan ketebalan komponen. Dua indeks yang umum digunakan adalah:

• Institut Internasional Pengelasan ekuivalen karbon: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Rumus Pcm (memprediksi sensitivitas retak pra-panas/pengelasan): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif - SUP10A biasanya memiliki ekuivalen karbon yang sedang, memberikan kemampuan pengelasan yang dapat diterima dengan pra-panas yang sesuai dan suhu antar-passing yang terkontrol; perlakuan panas pasca pengelasan (PWHT) sering direkomendasikan untuk bagian kritis. - 60Si2Mn, karena karbon yang lebih tinggi dan silikon yang meningkat, cenderung memiliki nilai $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih tinggi dalam kondisi yang sebanding, yang meningkatkan risiko martensit keras dan rapuh di zona yang terpengaruh panas (HAZ) dan mengurangi kemampuan pengelasan. Pemanasan awal, pendinginan terkontrol, dan PWHT lebih kritis untuk 60Si2Mn. Untuk komponen pegas yang dilas, pengelasan sering dihindari atau dilakukan hanya pada area yang tidak terlalu tertekan dengan prosedur yang ketat.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Kedua SUP10A dan 60Si2Mn adalah baja non-stainless dan akan berkarat di lingkungan yang tidak terlindungi.
• Strategi perlindungan umum: galvanisasi (celup panas atau elektro), pelapisan seng atau organik, cat, dan pelapisan lokal untuk permukaan yang saling bersentuhan. Untuk komponen yang mengalami keausan tinggi atau siklik, lindungi permukaan dengan cara yang tidak mengorbankan penampang kritis kelelahan.
• PREN (angka ekuivalen ketahanan pitting) tidak berlaku untuk grade non-stainless ini. Sebagai referensi, PREN adalah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Karena tidak ada grade yang mengandung kromium, molibdenum, atau nitrogen yang signifikan untuk ketahanan korosi, penilaian berbasis PREN tidak relevan.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Pembentukan

• Kemudahan pemesinan: SUP10A biasanya lebih mudah diproses dalam kondisi dinormalisasi atau dikeraskan dibandingkan 60Si2Mn karena kandungan silikon yang lebih rendah dan umumnya kondisi yang lebih rendah. 60Si2Mn dalam keadaan dikeraskan/dipanasikan lebih menantang untuk diproses; sering kali komponen diproses akhir dalam kondisi lunak kemudian diperlakukan panas, atau digiling setelah perlakuan panas.
• Kemampuan pembentukan dan pembengkokan: SUP10A menunjukkan kemampuan pembentukan dingin yang lebih baik dalam keadaan dikeraskan atau dinormalisasi. 60Si2Mn memiliki kemampuan pembentukan dingin yang terbatas dalam kondisi temper pegasnya; bagian pegas biasanya diproduksi mendekati bentuk akhir sebelum perlakuan panas akhir.
• Penyelesaian permukaan: Keduanya merespons dengan baik terhadap proses penyelesaian konvensional (penggilingan, pemolesan) setelah perlakuan panas; keausan abrasif alat lebih tinggi dengan 60Si2Mn yang dikeraskan.

8. Aplikasi Tipikal

Tabel: penggunaan tipikal berdasarkan grade | SUP10A | 60Si2Mn | |---|---| | Poros, pin, bushing, bagian struktural yang memerlukan keseimbangan ketangguhan dan kekuatan | Pegas daun, pegas koil, batang torsi, klip pegas, komponen batas elastis tinggi | | Komponen mesin di mana kemampuan pengelasan dan ketangguhan diperlukan | Pegas kelelahan siklus tinggi dan pengikat di mana pemulihan pegas dan rentang elastis sangat penting | | Komponen yang memerlukan pemesinan lanjutan dan perlakuan panas lokal | Elemen pegas presisi dalam sistem suspensi otomotif dan industri |

Rasional pemilihan - Pilih SUP10A ketika sebuah komponen memerlukan keseimbangan antara kekuatan tarik dan ketangguhan, kemampuan pengelasan, atau ketika ketangguhan pasca pengelasan penting. - Pilih 60Si2Mn ketika batas elastis, pemulihan pegas, dan ketahanan kelelahan tinggi adalah persyaratan dominan dan ketika jalur manufaktur mencakup kontrol quench-and-temper yang ketat.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: 60Si2Mn dapat sedikit lebih mahal dalam biaya material per kg karena kandungan silikon yang lebih tinggi dan kualitas terkontrol yang diperlukan untuk baja pegas; namun, biaya sangat bergantung pada bentuk (kawat, strip, batang), layanan perlakuan panas, dan volume pemasok. SUP10A biasanya ekonomis sebagai baja yang dikuatkan & dipanaskan untuk tujuan umum.
• Ketersediaan: Kedua grade tersedia secara luas di wilayah dengan industri otomotif dan pembuatan pegas yang aktif. 60Si2Mn biasanya tersedia dalam produk kawat pegas, strip, dan batang. Varian SUP10A umumnya tersedia sebagai batang dan forging dari pemasok baja umum. Waktu pengiriman dan bentuk (misalnya, kawat yang ditarik dingin vs. batang yang diputar) harus diverifikasi dengan pemasok.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Tabel: perbandingan cepat | Karakteristik | SUP10A | 60Si2Mn | |---|---:|---:| | Kemampuan pengelasan | Lebih baik (CE sedang) | Lebih buruk (CE lebih tinggi, memerlukan pra-panas/PWHT yang ketat) | | Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Baik (seimbang) | Terfokus pada kekuatan (kekuatan lebih tinggi, ketangguhan lebih rendah) | | Biaya (tipikal) | Lebih rendah–sedang | Sedang–lebih tinggi (tergantung pada bentuk) |

Rekomendasi - Pilih SUP10A jika: - Anda memerlukan kombinasi yang seimbang antara kekuatan dan ketangguhan. - Kemampuan pengelasan dan integritas mekanis pasca pengelasan penting. - Bagian akan mengalami pemesinan yang signifikan atau pembentukan sedang sebelum perlakuan panas akhir. - Pilih 60Si2Mn jika: - Persyaratan utama adalah kinerja pegas, batas elastis tinggi, atau ketahanan kelelahan siklus tinggi. - Proses produksi mencakup langkah-langkah quench-and-temper yang terkontrol dan pengelasan harus diminimalkan atau dikontrol secara ketat. - Anda memerlukan bentuk kawat atau strip grade pegas dan siap untuk kontrol perlakuan panas yang lebih ketat.

Catatan akhir: SUP10A dan 60Si2Mn dirancang untuk fungsi utama yang berbeda: satu untuk bagian rekayasa yang seimbang, yang lainnya untuk kinerja pegas. Mereka kadang-kadang dianggap sebagai pengganti dalam konteks non-kritis, tetapi ekuivalensi langsung tidak dijamin. Untuk komponen kritis, periksa kembali komposisi kimia spesifik, persyaratan sifat mekanis, dan lembar standar/spesifikasi dan lakukan pengujian kualifikasi (kelelahan, ketangguhan, kualifikasi prosedur pengelasan) sebelum menyetujui penggantian.