4116 Stainless Steel: Sifat dan Aplikasi Utama
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
4116 Baja Tahan Karat adalah paduan berkinerja tinggi yang dikenal karena kombinasi uniknya antara kekuatan, ketahanan korosi, dan ketahanan aus. Diklasifikasikan sebagai baja tahan karat martensitik, paduan ini terutama terdiri dari besi, kromium, dan karbon, dengan elemen paduan tambahan yang meningkatkan sifatnya. Elemen paduan utama dalam 4116 meliputi:
- Kromium (Cr): Biasanya sekitar 12-14%, kromium memberikan ketahanan korosi yang sangat baik dan berkontribusi pada kekerasan baja.
- Karbon (C): Dengan kandungan karbon sekitar 0,4-0,5%, karbon meningkatkan kekerasan dan kekuatan melalui perlakuan panas.
- Molybdenum (Mo): Biasanya hadir dalam jumlah kecil (sekitar 0,5-1%), molybdenum meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan ketahanan secara keseluruhan.
Karakteristik Utama
Baja tahan karat 4116 ditandai dengan tinggi kekuatan tarik, ductility yang baik, dan ketahanan aus yang sangat baik. Paduan ini sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan kekuatan tinggi dan ketahanan korosi sedang.
Kelebihan (Pro):
- Tinggi kekuatan dan kekerasan, menjadikannya cocok untuk aplikasi yang menuntut.
- Ketahanan aus yang baik, ideal untuk alat pemotong dan aplikasi industri.
- Ketahanan korosi sedang, cocok untuk berbagai lingkungan.
Keterbatasan (Kon):
- Kurang tahan korosi dibandingkan dengan baja tahan karat austenitik, yang membatasi penggunaannya di lingkungan yang sangat korosif.
- Memerlukan perlakuan panas yang hati-hati untuk mencapai sifat optimal, yang dapat menyulitkan fabrikasi.
Secara historis, 4116 telah digunakan dalam berbagai aplikasi, khususnya dalam pembuatan pisau, instrumen bedah, dan alat lainnya di mana kombinasi kekerasan dan ketahanan korosi sangat penting.
Nama Alternatif, Standar, dan Kesesuaian
| Organisasi Standar | Penunjukan/Gradasi | Negara/Region Asal | Catatan/Keterangan |
|---|---|---|---|
| UNS | S41160 | AS | Setara terdekat dengan AISI 440C |
| AISI/SAE | 4116 | AS | Mirip dengan AISI 420 dengan kandungan karbon yang lebih tinggi |
| ASTM | A276 | AS | Spesifikasi standar untuk batang baja tahan karat |
| EN | 1.4116 | Eropa | Setara dengan X105CrMo17 |
| JIS | SUS 440C | Jepang | Perbedaan komposisi kecil yang perlu diperhatikan |
Perbedaan antara gradasi ini sering terletak pada kandungan karbon dan proses perlakuan panasnya, yang dapat mempengaruhi sifat mekanik dan ketahanan korosinya secara signifikan.
Sifat Utama
Komposisi Kimia
| Elemen (Simbol dan Nama) | Rentang Persentase (%) |
|---|---|
| C (Karbon) | 0.4 - 0.5 |
| Cr (Kromium) | 12.0 - 14.0 |
| Mo (Molybdenum) | 0.5 - 1.0 |
| Mn (Mangan) | 0.5 - 1.0 |
| Si (Silikon) | 0.5 maks |
| P (Fosfor) | 0.04 maks |
| S (Belerang) | 0.03 maks |
Peran utama kromium adalah meningkatkan ketahanan korosi, sementara karbon meningkatkan kekerasan dan kekuatan. Molybdenum meningkatkan ketahanan terhadap pitting dan meningkatkan ketahanan, menjadikan 4116 cocok untuk berbagai aplikasi.
Sifat Mekanik
| Sifat | Kondisi/Temper | Suhu Uji | Nilai/Rentang Tipikal (Metrik) | Nilai/Rentang Tipikal (Imperial) | Standar Referensi untuk Metode Uji |
|---|---|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Annealed | Suhu Ruangan | 700 - 900 MPa | 101.5 - 130 ksi | ASTM E8 |
| Kekuatan Lepas (0,2% offset) | Annealed | Suhu Ruangan | 450 - 600 MPa | 65.5 - 87.0 ksi | ASTM E8 |
| Elongasi | Annealed | Suhu Ruangan | 10 - 15% | 10 - 15% | ASTM E8 |
| Kekerasan (HRC) | Annealed | Suhu Ruangan | 30 - 40 | 30 - 40 | ASTM E18 |
| Kekuatan Impak | Annealed | -20°C | 30 - 50 J | 22 - 37 ft-lbf | ASTM E23 |
Komposisi tinggi dari kekuatan tarik dan kekuatan lepas membuat baja tahan karat 4116 cocok untuk aplikasi yang memerlukan beban mekanik tinggi dan integritas struktural.
Sifat Fisik
| Sifat | Kondisi/Suhu | Nilai (Metrik) | Nilai (Imperial) |
|---|---|---|---|
| Kerapatan | Suhu Ruangan | 7.75 g/cm³ | 0.28 lb/in³ |
| Titik Leleh | - | 1450 - 1500 °C | 2642 - 2732 °F |
| Konduktivitas Termal | Suhu Ruangan | 25 W/m·K | 14.5 BTU·in/h·ft²·°F |
| Kapasitas Kalor Spesifik | Suhu Ruangan | 500 J/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
| Resistivitas Listrik | Suhu Ruangan | 0.72 µΩ·m | 0.0000013 Ω·in |
Kepadatan dan titik leleh 4116 menunjukkan kesesuaiannya untuk aplikasi suhu tinggi, sedangkan konduktivitas termal dan kapasitas kalor spesifiknya penting untuk manajemen thermal dalam berbagai aplikasi teknik.
Ketahanan Korosi
| Agens Korosif | Konsentrasi (%) | Suhu (°C/°F) | Peringkat Ketahanan | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Kloro | 3-10 | 20-60 / 68-140 | Adil | Risiko korosi pitting |
| Asam Sulfat | 10-30 | 20-40 / 68-104 | Buruk | Tidak direkomendasikan |
| Asam Asetat | 5-20 | 20-60 / 68-140 | Baik | Ketahanan sedang |
Baja tahan karat 4116 menunjukkan ketahanan korosi sedang, terutama di lingkungan dengan kloro. Ia rentan terhadap pitting dan retak korosi stres (SCC) di lingkungan kaya kloro. Dibandingkan dengan gradasi austenitik seperti 304 atau 316, 4116 memiliki ketahanan korosi yang lebih rendah tetapi menawarkan kekerasan dan ketahanan aus yang lebih baik.
Ketahanan Panas
| Sifat/Batas | Suhu (°C) | Suhu (°F) | Keterangan |
|---|---|---|---|
| Suhu Layanan Kontinu Maks | 400 | 752 | Cocok untuk suhu tinggi |
| Suhu Layanan Seling Maks | 600 | 1112 | Dapat menahan paparan jangka pendek |
| Suhu Pengoksidan | 800 | 1472 | Risiko oksidasi melewati batas ini |
Pada suhu tinggi, baja tahan karat 4116 mempertahankan kekuatannya tetapi bisa rentan terhadap oksidasi. Perlakuan panas yang tepat bisa meningkatkan kinerjanya dalam aplikasi suhu tinggi.
Sifat Fabrikasi
Keterlasian
| Proses Pengelasan | Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS) | Gas/Flux Perlindungan Tipikal | Catatan |
|---|---|---|---|
| TIG | ER410 | Argon | Disarankan pemanasan awal |
| MIG | ER410 | Argon + CO2 | Perlakuan panas pasca pengelasan mungkin diperlukan |
Baja tahan karat 4116 dapat dilas menggunakan metode konvensional, tetapi biasanya disarankan untuk memanaskan awal untuk menghindari retakan. Perlakuan panas pasca pengelasan dapat meningkatkan sifat mekanik dari las.
Machinability
| Parameter Pemesinan | 4116 | AISI 1212 | Catatan/Tips |
|---|---|---|---|
| Indeks Kemampuan Pemesinan Relatif | 60 | 100 | Kemampuan pemesinan sedang |
| Kecepatan Pemotongan Tipikal | 30-50 m/menit | 80-120 m/menit | Gunakan alat karbida untuk hasil terbaik |
Pemesinan 4116 memerlukan pertimbangan hati-hati terhadap kecepatan pemotongan dan alat. Umumnya lebih sulit untuk diproses dibandingkan dengan baja karbon rendah.
Formabilitas
Baja tahan karat 4116 memiliki formabilitas terbatas karena kekuatan dan kekerasannya yang tinggi. Pembentukan dingin mungkin dilakukan, tetapi pembentukan panas disarankan untuk mengurangi risiko retakan. Jari-jari bend minimum harus dihitung dengan hati-hati untuk menghindari kegagalan material.
Perlakuan Panas
| Proses Perawatan | Rentang Suhu (°C/°F) | Waktu Perendaman Tipikal | Metode Pendinginan | Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan |
|---|---|---|---|---|
| Annealing | 800 - 900 / 1472 - 1652 | 1-2 jam | Udara | Melunakkan, meningkatkan ductility |
| Pengerasan | 1000 - 1100 / 1832 - 2012 | 30 menit | Minyak atau Udara | Meningkatkan kekerasan dan kekuatan |
| Pembalasan | 400 - 600 / 752 - 1112 | 1 jam | Udara | Mengurangi kerapuhan, meningkatkan ketahanan |
Proses perlakuan panas sangat mempengaruhi struktur mikro baja tahan karat 4116, mengubahnya dari kondisi yang lebih lunak ke kondisi yang dipadatkan yang cocok untuk berbagai aplikasi.
Aplikasi Tipikal dan Penggunaan Akhir
| Industri/Sektor | Contoh Aplikasi Spesifik | Sifat Baja Utama yang Digunakan dalam Aplikasi Ini | Alasan Pemilihan (Singkat) |
|---|---|---|---|
| Kesehatan | Instrumen bedah | Kekerasan tinggi, ketahanan korosi | Daya tahan dan sterilisasi |
| Otomotif | Alat pemotong | Ketahanan aus, kekuatan | Kinerja di bawah tekanan |
| Penerbangan | Komponen mesin | Kekuatan tinggi, ketahanan panas | Keamanan dan keandalan |
Aplikasi lainnya meliputi:
- Pisau dan bilah
- Komponen mesin industri
- Pengikat dan fitting
Pemilihan baja tahan karat 4116 dalam aplikasi ini terutama disebabkan oleh keseimbangan yang sangat baik antara kekerasan dan ketahanan korosi, menjadikannya ideal untuk lingkungan di mana kedua sifat tersebut sangat kritis.
Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lanjutan
| Fitur/Sifat | 4116 | AISI 440C | AISI 420 | Catatan Singkat Pro/Kon atau Trade-off |
|---|---|---|---|---|
| Sifat Mekanik Utama | Kekuatan tinggi | Ketahanan korosi lebih tinggi | Kekuatan sedang | 4116 menawarkan ketahanan aus yang lebih baik |
| Aspek Ketahanan Korosi Utama | Ketahanan sedang | Ketahanan sangat baik | Ketahanan adil | 440C lebih baik untuk lingkungan korosif |
| Keterlasian | Sedang | Buruk | Sedang | 4116 lebih mudah dilas dibandingkan 440C |
| Machinability | Sedang | Rendah | Sedang | 4116 lebih mudah diproses dibandingkan 440C |
| Formabilitas | Terbatas | Terbatas | Sedang | 420 memiliki formabilitas yang lebih baik |
| Estimasi Biaya Relatif | Sedang | Lebih tinggi | Lebih rendah | Biaya bervariasi dengan permintaan pasar |
| Ketersediaan Tipikal | Umum | Kurang umum | Umum | 4116 tersedia secara luas |
Ketika memilih baja tahan karat 4116, pertimbangan meliputi sifat mekaniknya, ketahanan korosi, dan karakteristik fabrikasi. Biaya dan ketersediaan yang moderat menjadikannya pilihan praktis untuk banyak aplikasi, meskipun kinerjanya di lingkungan yang sangat korosif mungkin memerlukan pertimbangan terhadap gradasi alternatif.
Secara ringkas, baja tahan karat 4116 adalah material serbaguna yang seimbang antara kekuatan, ketahanan aus, dan ketahanan korosi sedang, menjadikannya cocok untuk berbagai aplikasi industri.