15N20 Baja: Properti dan Aplikasi Utama

15N20 baja adalah baja karbon tinggi, baja paduan rendah yang dikenal karena ketahanan dan ketangguhan yang luar biasa, terutama digunakan dalam pembuatan alat dan komponen berkinerja tinggi. Klasifikasikan sebagai baja paduan karbon menengah, baja ini mengandung sejumlah besar nikel dan kromium, yang meningkatkan sifat mekaniknya dan ketahanan terhadap korosi. Unsur paduan utama dalam baja 15N20 adalah:

• Nikel (Ni): Meningkatkan ketangguhan dan duktilitas.
• Kromium (Cr): Meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus.
• Karbon (C): Meningkatkan kekuatan dan kekerasan.

Karakteristik dan Sifat

Baja 15N20 ditandai dengan kekuatannya yang baik, kekuatan tarik tinggi, dan ketahanan kelelahan yang baik. Ini sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan ketahanan aus dan ketangguhan tinggi, seperti dalam produksi bilah, pegas, dan komponen lain yang terkena stres tinggi.

Keuntungan:
- Ketahanan aus tinggi karena kandungan karbonnya.
- Ketangguhan yang luar biasa, membuatnya cocok untuk aplikasi yang dibebani dampak.
- Dapat diproses dan dilas dengan baik jika diproses dengan benar.

Limitasi:
- Ketahanan korosi terbatas dibandingkan dengan baja tahan karat.
- Memerlukan perlakuan panas yang hati-hati untuk mencapai sifat mekanik yang diinginkan.

Secara historis, baja 15N20 telah signifikan dalam produksi pisau dan alat berkualitas tinggi, terutama di industri alat makan, di mana sifatnya sangat dihargai.

Nama Alternatif, Standar, dan Ekuivalen

Organisasi Standar	Penunjukan/Kelas	Negara/Daerah Asal	Catatan/Keterangan
UNS	G15N20	USA	Ekuivalen terdekat dengan AISI 5160 dengan perbedaan kecil.
AISI/SAE	15N20	USA	Sering digunakan dalam pembuatan alat.
ASTM	A681	USA	Spesifikasi untuk baja alat.
EN	1.6510	Eropa	Ekuivalen AISI 15N20 dengan variasi komposisi kecil.
JIS	S15C	Jepang	Sifat serupa tetapi dengan unsur paduan yang berbeda.

Perbedaan antara kelas-kelas ini sering kali terletak pada persentase spesifik unsur paduan, yang dapat memengaruhi kinerja baja dalam berbagai aplikasi. Misalnya, meskipun baik 15N20 dan AISI 5160 adalah baja karbon tinggi, keberadaan nikel dalam 15N20 meningkatkan ketangguhannya dibandingkan 5160.

Sifat Utama

Komposisi Kimia

Unsur (Simbol dan Nama)	Rentang Persentase (%)
C (Karbon)	0.75 - 0.85
Ni (Nikel)	1.50 - 2.00
Cr (Kromium)	0.50 - 1.00
Mn (Mangan)	0.40 - 0.60
Si (Silikon)	0.15 - 0.30
P (Fosfor)	≤ 0.030
S (Belerang)	≤ 0.030

Peran utama unsur paduan kunci dalam baja 15N20 mencakup:

• Karbon: Meningkatkan kekerasan dan kekuatan, penting untuk ketahanan aus.
• Nikel: Meningkatkan ketangguhan dan duktilitas, memungkinkan baja untuk menahan benturan tanpa retak.
• Kromium: Berkontribusi pada kekerasan dan ketahanan aus, meningkatkan kinerja baja dalam lingkungan abrasif.

Sifat Mekanik

Sifat	Kondisi/Suhu	Suhu Uji	Nilai/Rentang Tipikal (Metrik - SI)	Nilai/Rentang Tipikal (Imperial)	Standar Referensi untuk Metode Uji
Kekuatan Tarik	Dianil	Suhu Ruangan	800 - 900 MPa	116,000 - 130,000 psi	ASTM E8
Kekuatan Luluh (0,2% offset)	Dianil	Suhu Ruangan	600 - 700 MPa	87,000 - 101,500 psi	ASTM E8
Pemanjangan	Dianil	Suhu Ruangan	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
Kekuatan (Rockwell C)	Dianil	Suhu Ruangan	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
Kekuatan Impak	Dipadatkan & Ditemper	-20 °C	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Kombinasi sifat mekanik ini menjadikan baja 15N20 sangat cocok untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan tinggi dan ketangguhan, seperti dalam pembuatan pisau dan alat pemotong. Kemampuannya untuk mempertahankan kekerasan sambil tetap menjaga duktilitas memungkinkan baja ini bekerja dengan baik di bawah beban mekanik.

Sifat Fisik

Sifat	Kondisi/Suhu	Nilai (Metrik - SI)	Nilai (Imperial)
Kepadatan	Suhu Ruangan	7.85 g/cm³	0.284 lb/in³
Titik Leleh/Rentang	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Kondutivitas Termal	Suhu Ruangan	50 W/(m·K)	34.5 BTU/(jam·ft·°F)
Kapasitas Panas Spesifik	Suhu Ruangan	0.46 J/(g·K)	0.11 BTU/(lb·°F)
Resistivitas Listrik	Suhu Ruangan	0.00065 Ω·m	0.000038 Ω·in
Koefisien Ekspansi Termal	Suhu Ruangan	11.5 x 10⁻⁶ /K	6.4 x 10⁻⁶ /°F

Signifikansi praktis dari sifat fisik baja 15N20 mencakup:

• Kepadatan: Kepadatannya yang relatif tinggi berkontribusi pada berat dan keseimbangan keseluruhan alat yang terbuat dari baja ini, yang penting dalam aplikasi seperti pembuatan pisau.
• Kondutivitas Termal: Kondutivitas termal memungkinkan distribusi panas yang efektif selama operasi pemotongan, mengurangi risiko kerusakan termal pada alat dan benda kerja.
• Koefisien Ekspansi Termal: Sifat ini penting dalam aplikasi di mana stabilitas dimensi sangat penting, karena mempengaruhi bagaimana material akan berperilaku di bawah fluktuasi suhu.

Ketahanan Korosi

Agen Korosif	Konsentrasi (%)	Suhu (°C/°F)	Peringkat Ketahanan	Catatan
Air Garam	3.5%	25 °C / 77 °F	Cukup Baik	Risiko korosi pitting.
Asam Asetat	5%	20 °C / 68 °F	Buruk	Rentan terhadap retak korosi stres.
Asam Sulfat	10%	25 °C / 77 °F	Buruk	Tidak direkomendasikan untuk digunakan.
Klorida	1%	30 °C / 86 °F	Cukup Baik	Risiko korosi lokal.

Baja 15N20 menunjukkan ketahanan korosi sedang, membuatnya cocok untuk lingkungan tertentu tetapi tidak ideal untuk aplikasi yang terpapar agen korosif yang keras. Itu sangat rentan terhadap pitting dan retak korosi stres dalam lingkungan klorida, yang dapat membatasi penggunaannya dalam aplikasi maritim.

Jika dibandingkan dengan grade baja lainnya, seperti baja tahan karat 440C dan AISI 5160, 15N20 menunjukkan ketahanan korosi yang lebih rendah tetapi ketangguhan dan ketahanan aus yang lebih baik. Ini menjadikannya pilihan yang lebih disukai untuk aplikasi di mana kinerja mekanik diutamakan daripada ketahanan korosi.

Ketahanan Panas

Sifat/Batas	Suhu (°C)	Suhu (°F)	Catatan
Temperatur Layanan Maks. Kontinyu	300 °C	572 °F	Cocok untuk paparan jangka panjang.
Temperatur Layanan Maks. Intermittent	400 °C	752 °F	Paparan jangka pendek saja.
Temperatur Skala	600 °C	1112 °F	Risiko oksidasi di atas ini.

Pada suhu tinggi, baja 15N20 mempertahankan sifat mekaniknya tetapi dapat mulai teroksidasi jika tidak dilindungi dengan baik. Kinerjanya pada suhu tinggi membuatnya cocok untuk aplikasi seperti alat kerja panas, tetapi perhatian harus diberikan untuk menghindari paparan yang berkepanjangan pada suhu di atas batas skala.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Las

Proses Pengelasan	Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS)	Gas/Pelindung yang Umum Digunakan	Catatan
MIG	ER70S-6	Campuran Argon + CO2	Hasil yang baik dengan teknik yang benar.
TIG	ER80S-Ni	Argon	Memerlukan pemanasan awal untuk hasil terbaik.
Stick	E7018	-	Cocok untuk bagian yang lebih tebal.

Baja 15N20 umumnya dianggap dapat dilas, tetapi pemanasan awal disarankan untuk meminimalkan risiko retak. Perlakuan panas setelah pengelasan juga dapat meningkatkan sifat mekanik lasan tersebut.

Mesinability

Parameter Pemesinan	Baja 15N20	Baja AISI 1212	Catatan/Tip
Indeks Mesin Relatif	60	100	15N20 lebih sulit untuk diproses.
Kecepatan Pemotongan Tipikal	30 m/menit	50 m/menit	Sesuaikan kecepatan berdasarkan alat.

Kemampuan mesin baja 15N20 sedang; memerlukan alat tajam dan kecepatan pemotongan yang sesuai untuk mencapai hasil permukaan yang baik. Kerusakan alat bisa signifikan karena kekerasannya.

Formabilitas

Baja 15N20 menunjukkan formabilitas terbatas, terutama dalam aplikasi pengerjaan dingin. Pembentukan panas lebih disukai untuk menghindari retak, dan perhatian yang cermat harus diberikan pada jari-jari bend untuk mencegah kegagalan.

Perlakuan Panas

Proses Perlakuan	Rentang Suhu (°C/°F)	Waktu Perendaman Tipikal	Metode Pendinginan	Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan
Dianil	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1 - 2 jam	Udara	Mengurangi kekerasan, meningkatkan duktilitas.
Pendinginan	800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F	30 menit	Minyak	Meningkatkan kekerasan dan kekuatan.
Pengerasan	200 - 300 °C / 392 - 572 °F	1 jam	Udara	Mengurangi kerapuhan, meningkatkan ketangguhan.

Selama perlakuan panas, baja 15N20 mengalami transformasi metalurgi yang signifikan. Pendinginan meningkatkan kekerasan melalui pembentukan martensit, sementara pengerasan memungkinkan penyesuaian kekerasan dan ketangguhan, menciptakan keseimbangan yang cocok untuk berbagai aplikasi.

Aplikasi dan Penggunaan Akhir yang Tipikal

Industri/Sektor	Contoh Aplikasi Spesifik	Sifat Baja Kunci yang Digunakan dalam Aplikasi Ini	Alasan Pemilihan (Singkat)
Alat Makan	Pisau berkinerja tinggi	Kekerasan tinggi, ketangguhan	Menjaga ketajaman di bawah stres.
Otomotif	Pegas	Ketahanan kelelahan tinggi	Menahan siklus beban berulang.
Pembuatan Alat	Alat pemotong	Ketahanan aus, ketangguhan	Cocok untuk aplikasi dengan stres tinggi.
Aerospace	Komponen pesawat	Rasio kekuatan terhadap berat	Penting untuk aplikasi yang sensitif terhadap berat.

Aplikasi lain mencakup:

• • Pegas berkinerja tinggi di industri otomotif dan aerospace.
• • Alat khusus untuk aplikasi pemesinan dan pemotongan.
• • Komponen di lingkungan dengan stres tinggi, seperti cetakan dan die.

Baja 15N20 dipilih untuk aplikasi ini karena kombinasi unik kekerasannya, ketangguhan, dan ketahanan ausnya, menjadikannya ideal untuk komponen yang harus menahan stres mekanik yang signifikan.

Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lebih Lanjut

Fitur/Sifat	Baja 15N20	Baja AISI 5160	Baja Tahan Karat 440C	Catatan Singkat Pro/Kon atau Trade-off
Sifat Mekanik Utama	Ketangguhan tinggi	Ketangguhan baik	Kekerasan tinggi	15N20 unggul dalam ketahanan terhadap dampak.
Aspek Korosi Utama	Ketahanan cukup baik	Ketahanan cukup baik	Ketahanan luar biasa	15N20 kurang cocok untuk lingkungan korosif.
Kemampuan Las	Baik	Sedang	Baik	Pemanasan awal disarankan untuk 15N20.
Mesinability	Sedang	Baik	Sedang	15N20 memerlukan pemrosesan yang hati-hati.
Formabilitas	Terbatas	Baik	Terbatas	Pembentukan panas lebih disukai untuk 15N20.
Perkiraan Biaya Relatif	Sedang	Sedang	Lebih tinggi	Efektif biaya untuk aplikasi berkinerja tinggi.
Ketersediaan Tipikal	Umum	Umum	Tersedia luas	15N20 mudah didapat untuk aplikasi khusus.

Dalam memilih baja 15N20, pertimbangan mencakup sifat mekaniknya, efektivitas biaya, dan ketersediaan. Sementara ia menawarkan kinerja luar biasa dalam aplikasi tertentu, keterbatasannya dalam ketahanan terhadap korosi dan formabilitas harus ditimbang terhadap kebutuhan penggunaan yang dimaksud.

Secara keseluruhan, baja 15N20 adalah material serbaguna yang unggul dalam aplikasi yang memerlukan ketangguhan tinggi dan ketahanan aus, menjadikannya pilihan yang lebih disukai di industri alat makan dan pembuatan alat. Sifat uniknya, dikombinasikan dengan pengolahan dan perlakuan yang hati-hati, memungkinkan pembuatan komponen berkinerja tinggi yang memenuhi standar rekayasa yang menuntut.