ZF100 vs ZF140 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Pengenalan
ZF100 dan ZF140 adalah kelas baja komersial yang ditemui dalam rantai pasokan untuk komponen rekayasa, fabrikasi berat, dan bagian yang menahan beban atau aus. Insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur sering menghadapi dilema pemilihan antara baja paduan rendah yang lebih mudah untuk difabrikasi dan alternatif yang lebih tinggi paduan dan lebih kuat di mana permintaan dalam layanan membenarkan biaya tambahan. Konteks keputusan yang umum termasuk menyeimbangkan kemampuan las vs. kekuatan, biaya produksi vs. umur layanan, dan kemudahan perlakuan panas vs. kemampuan pengerasan yang dapat dicapai.
Perbedaan teknis utama antara kedua kelas terletak pada strategi paduan mereka: ZF140 diformulasikan dengan derajat tambahan paduan yang lebih tinggi untuk meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan yang lebih tinggi, sementara ZF100 ditentukan lebih dekat ke komposisi paduan rendah yang lebih mudah dilas. Karena itu, desainer sering membandingkan keduanya ketika kompromi antara kekuatan, ketangguhan, kemampuan las, dan biaya sangat penting.
1. Standar dan Penunjukan
- Spesifikasi baja internasional utama yang digunakan untuk mengklasifikasikan atau membandingkan baja serupa:
- ASTM / ASME (Amerika Serikat)
- EN / EN ISO (Eropa)
- JIS (Jepang)
- GB (Cina)
- ISO (Internasional)
- Catatan tentang ekuivalen langsung: ZF100 dan ZF140 adalah penunjukan produk vendor atau regional daripada nama yang distandarisasi secara universal. Pembeli harus meminta sertifikat uji pabrik dan lembar data kimia/mekanik untuk referensi silang yang tepat ke kelas ASTM, EN, JIS, atau GB.
- Klasifikasi (umum):
- ZF100: biasanya dipasarkan sebagai baja struktural/rekayasa paduan atau paduan menengah (dapat diperlakukan panas, bukan stainless).
- ZF140: biasanya dipasarkan sebagai baja struktural/rekayasa paduan tinggi dengan kemampuan pengerasan dan kekuatan yang ditingkatkan (baja paduan yang dapat diperlakukan panas).
- Keduanya tidak umum diklasifikasikan sebagai baja tahan karat; mereka bukan baja alat per se, tetapi dapat digunakan dalam aplikasi yang dikuenching dan diperlakukan temper seperti baja HSLA/paduan tergantung pada formulasi.
2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan
Di bawah ini adalah perbandingan komposisi kualitatif. Karena penunjukan ZF bersifat spesifik vendor dan rentang komposisi bervariasi menurut sumber, tabel menggunakan deskriptor tingkat relatif (Jejak / Rendah / Sedang / Tinggi / Menonjol) daripada persentase absolut.
| Elemen | Peran tipikal | ZF100 (relatif) | ZF140 (relatif) |
|---|---|---|---|
| C (karbon) | Kekuatan, kemampuan pengerasan, kompromi kemampuan las | Sedang | Sedang–Tinggi |
| Mn (mangan) | Kekuatan, deoksidasi, kemampuan pengerasan | Sedang | Sedang–Tinggi |
| Si (silikon) | Deoksidasi, kekuatan | Rendah–Sedang | Rendah–Sedang |
| P (fosfor) | Kotoran; risiko embrittlement | Jejak–Rendah | Jejak–Rendah |
| S (sulfur) | Kemampuan mesin (jika ditambahkan) tetapi risiko embrittlement | Jejak | Jejak |
| Cr (krom) | Kemampuan pengerasan, aus, ketahanan korosi | Rendah | Sedang |
| Ni (nikel) | Ketangguhan pada suhu rendah | Jejak–Rendah | Jejak–Rendah |
| Mo (molybdenum) | Kemampuan pengerasan, ketahanan creep | Jejak–Rendah | Rendah–Sedang |
| V (vanadium) | Penyempurnaan butir, ketahanan temper | Jejak | Jejak–Rendah |
| Nb/Ti/B (mikropaduan) | Kontrol butir, penguatan presipitasi | Jejak (mungkin) | Jejak–Rendah (mungkin) |
| N (nitrogen) | Kekuatan melalui nitrida jika dipaduan | Jejak | Jejak |
Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja - Meningkatkan karbon dan mangan meningkatkan kekuatan dan kemampuan pengerasan tetapi mengurangi kemampuan las dan keuletan jika tidak dikendalikan. - Kromium, molybdenum, dan vanadium meningkatkan kemampuan pengerasan dan kekuatan suhu tinggi serta meningkatkan ketahanan temper—berguna untuk bagian yang lebih tebal yang membutuhkan pengerasan yang merata. - Elemen mikropaduan (Nb, Ti, V) memperhalus ukuran butir dan meningkatkan ketangguhan tanpa penalti karbon yang besar. - Konten paduan agregat yang lebih tinggi di ZF140 menghasilkan kemampuan pengerasan yang lebih baik dan kekuatan yang lebih tinggi setelah dikuenching; ZF100 menekankan sifat yang seimbang dengan karakteristik fabrikasi yang lebih baik.
3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas
Mikrostruktur tipikal - ZF100: Ketika dinormalisasi, menghasilkan campuran ferrit dan perlit atau struktur bainit yang diperhalus tergantung pada pendinginan. Ketika dikuenching dan diperlakukan temper, membentuk martensit temper atau bainit temper dengan keuletan dan ketangguhan yang menguntungkan jika kandungan karbon sedang. - ZF140: Dengan paduan yang lebih tinggi dan kemampuan pengerasan, proses quenching lebih dapat diandalkan menghasilkan struktur martensitik atau martensitik-bainitik bahkan pada bagian yang lebih tebal. Setelah tempering, martensit temper dengan kekuatan yang lebih tinggi dan ketahanan temper diharapkan.
Rute perlakuan panas dan efek - Normalisasi: Kedua kelas merespons normalisasi dengan penyempurnaan butir; konten paduan ZF140 memperlambat kinetika transformasi, menghasilkan bainit/martensit yang lebih halus pada laju pendinginan yang sama dibandingkan dengan ZF100. - Quenching & tempering: ZF140 mencapai kemampuan pengerasan yang lebih tinggi; untuk kondisi quench yang setara, ZF140 biasanya akan mencapai kekerasan setelah dikuenching yang lebih tinggi dan oleh karena itu kekuatan temper yang lebih tinggi. ZF100 memerlukan quench yang kurang parah atau suhu temper yang lebih rendah untuk mencapai kekuatan sedang dengan ketangguhan yang lebih baik. - Pemrosesan termo-mekanis: Penggilingan panas dengan pendinginan terkontrol (TMCP) dapat menghasilkan mikrostruktur bainit berbutir halus pada kedua kelas; efeknya lebih terlihat pada ZF140 karena kontrol transformasi yang dibantu paduan.
4. Sifat Mekanik
Karena spesifikasi bervariasi di antara pemasok, tabel di bawah ini memberikan deskriptor komparatif daripada nilai absolut.
| Sifat | ZF100 (tipikal) | ZF140 (tipikal) |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | Sedang | Lebih tinggi |
| Kekuatan luluh | Sedang | Lebih tinggi |
| Peregangan (keuletan) | Lebih baik (lebih tinggi) | Rendah-sedang |
| Ketangguhan impak | Baik (terutama saat diperlakukan temper) | Baik tetapi mungkin memerlukan perlakuan temper yang terkontrol untuk menghindari kerapuhan |
| Kekerasan (HRC/HB relatif) | Sedang | Lebih tinggi |
Interpretasi - ZF140 dirancang untuk kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi karena konten paduan yang lebih besar dan kemampuan pengerasan. Itu membuatnya lebih disukai di mana kapasitas beban, ketahanan aus, atau bagian berkekuatan tinggi yang lebih tipis yang diperlakukan panas diperlukan. - ZF100 umumnya menawarkan keuletan yang lebih baik dan pencapaian ketangguhan yang lebih mudah di seluruh rentang perlakuan panas, menjadikannya lebih toleran dalam fabrikasi dan untuk rakitan yang dilas.
5. Kemampuan Las
Kemampuan las tergantung pada ekuivalen karbon, paduan, ketebalan bagian, dan kontrol termal pra/pasca las. Indeks representatif yang digunakan oleh insinyur:
-
Ekuivalen karbon (bentuk IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Parameter pengelasan $P_{cm}$: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretasi kualitatif - ZF100: Konten paduan keseluruhan yang lebih rendah biasanya menghasilkan $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang lebih rendah, yang berarti kemampuan las yang lebih baik dan persyaratan perlakuan panas pra-las/pasca-las (PWHT) yang lebih rendah untuk ketebalan bagian tipis hingga sedang. - ZF140: Paduan yang lebih tinggi meningkatkan baik $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$; ini meningkatkan risiko retak dingin yang disebabkan hidrogen dan kekerasan logam las martensitik. Pemanasan awal, suhu antar-passing yang terkontrol, bahan habis pakai rendah-hidrogen, dan PWHT lebih mungkin diperlukan—terutama untuk bagian yang lebih tebal.
Panduan praktis - Selalu hitung ekuivalen karbon yang relevan dari kimia pabrik dan evaluasi untuk ketebalan bagian. - Spesifikasikan kualifikasi prosedur pengelasan (WPS/PQR) dan batas pengukuran hidrogen untuk ZF140 dalam kondisi yang menuntut.
6. Korosi dan Perlindungan Permukaan
- Baik ZF100 maupun ZF140 tidak tahan karat menurut formulasi standar; ketahanan korosi berasal dari perlakuan permukaan.
- Strategi perlindungan umum:
- Galvanisasi celup panas untuk perlindungan atmosfer.
- Pelapis organik (cat, lapisan bubuk) untuk perlindungan dekoratif dan korosi.
- Metalisasi atau pelapisan untuk ketahanan aus dan korosi yang terlokalisasi.
- Ketika paduan tahan karat atau tahan korosi diperlukan, ini bukan pengganti. Jangan gunakan indeks tahan karat seperti PREN kecuali baja mengandung paduan tahan karat yang disengaja: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Catatan: PREN biasanya tidak berlaku untuk ZF100/ZF140 kecuali pemasok secara eksplisit menyediakan kimia kelas tahan karat.
7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Formabilitas
- Kemampuan mesin: ZF100 umumnya lebih mudah dikerjakan karena kekerasan dan konten paduan yang lebih rendah. ZF140, dengan kekerasan dan paduan yang lebih tinggi, mungkin memerlukan alat yang lebih kuat, kecepatan pemotongan yang lebih rendah, dan penggantian alat yang lebih sering.
- Formabilitas: ZF100 menawarkan kemampuan pembentukan dingin yang lebih baik berkat keuletan yang lebih tinggi. ZF140 mungkin memerlukan pembentukan panas atau prosedur pembengkokan yang terkontrol, dan perilaku pemulihan harus diperhitungkan.
- Penyelesaian: Penggilingan, peledakan, dan penyelesaian permukaan menghabiskan lebih banyak sumber daya pada ZF140 karena kekerasan yang lebih besar; kontrol stres permukaan selama pemrosesan juga lebih kritis.
8. Aplikasi Tipikal
| ZF100 – Penggunaan tipikal | ZF140 – Penggunaan tipikal |
|---|---|
| Bagian struktural umum, poros tugas menengah, rangka, rakitan las di mana biaya fabrikasi dan kemampuan las penting | Poros berkekuatan tinggi, roda gigi, komponen aus berat, bagian yang dikuenching dan diperlakukan temper di mana kemampuan pengerasan dan kekuatan yang lebih tinggi diperlukan |
| Komponen yang memerlukan keuletan dan ketangguhan impak yang baik setelah perlakuan panas standar | Komponen pada bagian yang lebih tebal di mana pengerasan merata diperlukan tanpa keparahan quench yang berlebihan |
| Bagian mesin tugas menengah dan braket yang akan dilindungi dengan pelapis | Bagian yang terpapar stres mekanis yang tinggi, aus sedang, atau beban kelelahan yang menuntut |
Rasional pemilihan - Pilih kelas yang sesuai dengan kebutuhan fungsional daripada kekuatan nominal saja. ZF100 cocok ketika kecepatan fabrikasi, kemampuan las, dan efisiensi biaya mendominasi. ZF140 dipilih di mana kekuatan layanan yang lebih tinggi, ketahanan aus, atau kemampuan untuk mencapai kekerasan yang merata pada bagian yang lebih tebal adalah wajib.
9. Biaya dan Ketersediaan
- Biaya relatif: ZF140 biasanya lebih mahal per ton karena konten paduan yang lebih tinggi dan kontrol pemrosesan/perlakuan panas yang lebih ketat. ZF100 cenderung menjadi opsi dengan biaya lebih rendah.
- Ketersediaan: Kedua kelas mungkin tersedia dalam bentuk pelat, batang, dan forging dari pabrik khusus; namun, analog ZF100 lebih banyak tersedia. ZF140 mungkin diproduksi berdasarkan pesanan atau memiliki waktu tunggu yang lebih lama tergantung pada produsen dan perlakuan panas yang diperlukan.
- Nasihat pengadaan: Minta kondisi perlakuan panas, sertifikat uji pabrik (kimia dan mekanik), kondisi pengiriman, dan bentuk pasokan (pelat, batang, forging). Negosiasikan waktu tunggu dan jumlah pesanan minimum untuk kelas non-standar.
10. Ringkasan dan Rekomendasi
Tabel ringkasan (kualitatif)
| Kriteria | ZF100 | ZF140 |
|---|---|---|
| Kemampuan las | Lebih baik (CE lebih rendah) | Sedang–Menantang (CE lebih tinggi) |
| Keseimbangan Kekuatan–Ketangguhan | Ketangguhan dan keuletan yang baik pada kekuatan sedang | Kekuatan lebih tinggi dengan ketangguhan yang baik jika diperlakukan temper dengan benar |
| Biaya | Lebih rendah | Lebih tinggi |
Kesimpulan - Pilih ZF100 jika: - Kecepatan fabrikasi, kemampuan las, dan biaya material yang lebih rendah adalah pendorong utama. - Bagian memiliki ketebalan tipis hingga sedang di mana kemampuan pengerasan tinggi tidak diperlukan. - Keuletan dan ketangguhan yang menyerap energi penting.
- Pilih ZF140 jika:
- Kekuatan melalui ketebalan dan ketahanan aus yang lebih tinggi sangat penting.
- Komponen harus mencapai kekuatan yang lebih tinggi setelah dikuenching dan diperlakukan temper pada bagian yang lebih tebal.
- Proyek dapat mengakomodasi prosedur pengelasan yang lebih menuntut, pemanasan awal/PWHT, dan biaya material yang lebih tinggi untuk umur layanan yang lebih lama.
Catatan pengadaan akhir: Selalu dapatkan data kimia dan mekanik yang tepat dari pabrik untuk batch ZF100 atau ZF140 yang sedang dipertimbangkan. Gunakan perhitungan ekuivalen karbon dan validasi WPS/PQR untuk memenuhi syarat prosedur pengelasan, dan spesifikasikan perlakuan panas pasca-las di mana diperlukan oleh kondisi layanan.