Baja Tahan Karat 420: Properti dan Aplikasi Utama
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
420 stainless steel adalah stainless steel martensitik yang dikenal karena kekuatannya yang tinggi, ketahanan korosi yang moderat, dan kemampuannya untuk dikeraskan melalui perlakuan panas. Ini diklasifikasikan di bawah kategori stainless steel martensitik, yang ditandai dengan kandungan karbon yang tinggi dan adanya krom sebagai elemen paduan utama. Komposisi umum dari 420 stainless steel mencakup sekitar 12-14% krom dan 0.15-0.4% karbon, yang secara signifikan mempengaruhi propertinya.
Tinjauan Komprehensif
420 stainless steel digunakan terutama dalam aplikasi yang memerlukan kekerasan tinggi dan ketahanan korosi yang moderat. Unsur paduan dalam 420, terutama krom dan karbon, memainkan peran penting dalam mendefinisikan karakternya. Krom meningkatkan ketahanan korosi dan berkontribusi pada kekerasan baja, sementara karbon meningkatkan kekuatan dan ketahanan aus.
Keuntungan dari 420 Stainless Steel:
- Kekerasan Tinggi: Setelah perlakuan panas, 420 dapat mencapai tingkat kekerasan hingga 50 HRC, menjadikannya cocok untuk alat pemotong dan bilah.
- Ketahanan Aus yang Baik: Kandungan karbon yang tinggi memberikan ketahanan aus yang sangat baik, ideal untuk aplikasi yang melibatkan gesekan.
- Ketahanan Korosi Moderat: Meskipun tidak sekuat kelas austenitik, ia berkinerja baik di lingkungan yang sedikit korosif.
Keterbatasan dari 420 Stainless Steel:
- Toughness Lebih Rendah: Dibandingkan dengan stainless steel austenitik, 420 memiliki toughness yang lebih rendah, menjadikannya kurang cocok untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan benturan yang tinggi.
- Ketahanan Korosi Terbatas: Di lingkungan yang sangat korosif, seperti aplikasi kelautan, mungkin tidak berkinerja memadai tanpa pelapisan pelindung.
Secara historis, 420 stainless steel telah signifikan dalam pembuatan peralatan makan, instrumen bedah, dan berbagai aplikasi industri karena keseimbangan antara kekerasan dan ketahanan korosi. Posisi pasarnya sudah mapan, terutama di sektor pembuatan peralatan makan dan alat.
Nama Alternatif, Standar, dan Ekivalen
| Organisasi Standar | Penunjukan/Kelas | Negara/Wilayah Asal | Catatan/Keterangan |
|---|---|---|---|
| UNS | S42000 | AS | Ekivalen terdekat dengan AISI 420 |
| AISI/SAE | 420 | AS | Penunjukan yang umum digunakan |
| ASTM | A276 | AS | Spesifikasi standar untuk batang stainless steel |
| EN | 1.4021 | Eropa | Penunjukan ekivalen di Eropa |
| JIS | SUS420J2 | Jepang | Properti serupa dengan perbedaan komposisi kecil |
Tabel ekivalensi menyoroti bahwa meskipun grade ini sering dianggap saling bisa dipertukarkan, perbedaan halus dalam komposisi dapat mempengaruhi kinerja dalam aplikasi tertentu. Misalnya, SUS420J2 memiliki kandungan karbon yang sedikit lebih tinggi, yang mungkin meningkatkan kekerasan tetapi juga dapat mengurangi ketahanan korosi.
Properti Utama
Komposisi Kimia
| Elemen (Simbol dan Nama) | Rentang Persentase (%) |
|---|---|
| C (Karbon) | 0.15 - 0.40 |
| Cr (Krom) | 12.0 - 14.0 |
| Mn (Mangan) | 1.0 maks |
| Si (Silikon) | 1.0 maks |
| P (Fosfor) | 0.04 maks |
| S (Belerang) | 0.03 maks |
Elemen paduan utama dalam 420 stainless steel termasuk krom, yang memberikan ketahanan korosi dan kekerasan, dan karbon, yang meningkatkan kekuatan dan ketahanan aus. Mangan dan silikon hadir dalam jumlah kecil untuk meningkatkan toughness dan deoksidasi selama pembuatan baja.
Properti Mekanik
| Properti | Kondisi/Temper | Suhu Uji | Nilai/Range Tipikal (Metrik) | Nilai/Range Tipikal (Imperial) | Standar Referensi untuk Metode Uji |
|---|---|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Dianil | Suhu Ruang | 520 - 700 MPa | 75 - 102 ksi | ASTM E8 |
| Kekuatan Diminta (offset 0.2%) | Dianil | Suhu Ruang | 350 - 500 MPa | 51 - 73 ksi | ASTM E8 |
| Elongasi | Dianil | Suhu Ruang | 12 - 20% | 12 - 20% | ASTM E8 |
| Kekerasan (Rockwell C) | Quenched & Tempered | Suhu Ruang | 40 - 50 HRC | 40 - 50 HRC | ASTM E18 |
| Kekuatan Benturan | Quenched & Tempered | -20°C (-4°F) | 30 J | 22 ft-lbf | ASTM E23 |
Properti mekanik dari 420 stainless steel menjadikannya cocok untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan dan kekerasan tinggi. Kekuatan tarik dan kekuatan diminta menunjukkan kemampuannya untuk menahan beban yang signifikan, sementara persentase elongasi mencerminkan daktilitasnya, yang cukup untuk banyak aplikasi. Nilai kekerasan yang dicapai melalui perlakuan panas menjadikannya ideal untuk alat pemotong dan aplikasi tahan aus.
Properti Fisik
| Properti | Kondisi/Suhu | Nilai (Metrik) | Nilai (Imperial) |
|---|---|---|---|
| Kepadatan | - | 7.75 g/cm³ | 0.28 lb/in³ |
| Titik Leleh | - | 1450 - 1510 °C | 2642 - 2750 °F |
| Kondusivitas Termal | 20 °C | 25.4 W/m·K | 17.5 BTU·in/h·ft²·°F |
| Kapasitas Panas Spesifik | 20 °C | 500 J/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
| Resistivitas Listrik | 20 °C | 0.73 µΩ·m | 0.00000073 Ω·m |
| Koeffisien Ekspansi Termal | 20 - 100 °C | 15.5 µm/m·K | 8.6 µin/in·°F |
Kepadatan 420 stainless steel menunjukkan bahwa material ini relatif berat, yang berkontribusi pada kekuatannya. Titik leleh signifikan untuk aplikasi yang melibatkan suhu tinggi, sementara kondusivitas termal dan kapasitas panas spesifik penting untuk manajemen termal dalam aplikasi teknik. Koeffisien ekspansi termal sangat penting untuk aplikasi di mana fluktuasi suhu diharapkan.
Ketahanan Korosi
| Agen Korosif | Konsentrasi (%) | Suhu (°C/°F) | Peringkat Ketahanan | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Chlorida | 3-10 | 20-60 °C (68-140 °F) | Baik | Risiko pitting |
| Asam Sulfat | 10-30 | 20-50 °C (68-122 °F) | Buruk | Tidak dianjurkan |
| Asam Asetat | 5-20 | 20-40 °C (68-104 °F) | Baik | Ketahanan moderat |
| Atmosfer | - | - | Baik | Cocok untuk paparan ringan |
420 stainless steel menunjukkan ketahanan korosi moderat, terutama dalam kondisi atmosfer dan di hadapan asam asetat. Namun, ia rentan terhadap korosi pitting di lingkungan klorida dan harus dihindari dalam aplikasi yang melibatkan asam kuat seperti asam sulfat. Dibandingkan dengan grade austenitik seperti 304 atau 316, ketahanan korosi 420 lebih rendah, menjadikannya kurang cocok untuk lingkungan kelautan atau sangat korosif.
Ketahanan Panas
| Properti/Batas | Suhu (°C) | Suhu (°F) | Keterangan |
|---|---|---|---|
| Suhu Layanan Maksimum Berkelanjutan | 400 °C | 752 °F | Cocok untuk layanan tidak teratur |
| Suhu Layanan Maksimum Tidak Teratur | 500 °C | 932 °F | Ketahanan oksidasi terbatas |
| Suhu Scaling | 600 °C | 1112 °F | Risiko scaling pada suhu tinggi |
Pada suhu yang tinggi, 420 stainless steel mempertahankan kekuatannya tetapi mungkin mengalami oksidasi. Suhu maksimum untuk layanan berkelanjutan menunjukkan kemampuannya dalam aplikasi suhu tinggi, sementara suhu scaling menyoroti risiko kerusakan permukaan. Harus diambil perhatian untuk menghindari paparan berkepanjangan pada suhu di atas batas ini.
Propertis Fabrikasi
Keberterimaan Las
| Proses Las | Logam Filler yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS) | Gas/Fluks Pelindung Tipikal | Catatan |
|---|---|---|---|
| TIG | ER420 | Argon | Pemanasan awal direkomendasikan |
| MIG | ER420 | Argon + CO2 | Perlakuan panas pasca-las mungkin diperlukan |
420 stainless steel dapat dilas menggunakan proses TIG dan MIG, tetapi pemanasan awal sering kali direkomendasikan untuk mencegah retak. Perlakuan panas pasca-las dapat meningkatkan sifat dari pengelasan, memastikan kinerja yang lebih baik dalam layanan.
Mesin
| Parameter Pengilangan | [420 Stainless Steel] | [AISI 1212] | Catatan/Tips |
|---|---|---|---|
| Indeks Kerja Relatif | 50% | 100% | Gunakan alat karbida untuk hasil terbaik |
| Kecepatan Pemotongan Tipikal | 30-50 m/menit | 60-80 m/menit | Sesuaikan untuk keausan alat |
420 stainless steel memiliki kemampuan mesin yang moderat, yang dapat diperbaiki dengan peralatan dan kondisi pemotongan yang tepat. Alat karbida disarankan untuk pemesinan untuk mencapai hasil akhir yang lebih baik dan masa pakai alat yang lebih lama.
Formabilitas
420 stainless steel tidak terlalu dapat dibentuk karena struktur martensitiknya, yang membuatnya lebih cocok untuk aplikasi yang memerlukan pemotongan dan pembentukan daripada pembentukan yang luas. Pembentukan dingin adalah mungkin tetapi dapat menyebabkan pengerasan kerja, memerlukan kontrol proses yang hati-hati.
Perlakuan Panas
| Proses Perlakuan | Rentang Suhu (°C/°F) | Waktu Perendaman Tipikal | Metode Pendinginan | Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan |
|---|---|---|---|---|
| Dianil | 800 - 900 °C (1472 - 1652 °F) | 1-2 jam | Udara | Kurangi kekerasan, tingkatkan daktilitas |
| Quenching | 1000 - 1100 °C (1832 - 2012 °F) | 30 menit | Minyak atau Air | Tingkatkan kekerasan |
| Tempering | 150 - 300 °C (302 - 572 °F) | 1 jam | Udara | Kurangi kerapuhan, tingkatkan toughness |
Proses perlakuan panas secara signifikan mempengaruhi mikrostruktur dan sifat dari 420 stainless steel. Quenching meningkatkan kekerasan, sementara tempering mengurangi kerapuhan, membuatnya cocok untuk berbagai aplikasi.
Aplikasi Tipikal dan Penggunaan Akhir
| Industri/Sektor | Contoh Aplikasi Spesifik | Properti Baja Kunci yang Digunakan dalam Aplikasi Ini | Alasan Pemilihan |
|---|---|---|---|
| Peralatan Makan | Pisau dapur | Kekerasan tinggi, ketahanan aus | Pertahankan tepi |
| Kedokteran | Instrumen bedah | Ketahanan korosi, kekerasan | Sterilisasi dan ketahanan |
| Otomoitif | Komponen katup | Kekuatan, ketahanan korosi moderat | Kinerja dalam stres |
| Dirgantara | Komponen gear pendaratan | Kekuatan tinggi, ketahanan kelelahan | Keamanan dan keandalan |
420 stainless steel umum digunakan di industri peralatan makan dan medis karena kekerasan dan kemampuannya untuk mempertahankan tepi yang tajam. Dalam aplikasi otomotif dan dirgantara, kekuatan dan ketahanan kelelahan menjadikannya pilihan yang cocok untuk komponen penting.
Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lebih Lanjut
| Fitur/Properti | 420 Stainless Steel | AISI 304 Stainless Steel | AISI 316 Stainless Steel | Catatan Pro/Kon atau Trade-off Singkat |
|---|---|---|---|---|
| Properti Mekanik Utama | Kekerasan tinggi | Good ductility | Ketahanan korosi yang sangat baik | 420 lebih keras tetapi kurang daktil |
| Aspek Korosi Utama | Ketahanan moderat | Ketahanan yang baik | Ketahanan yang sangat baik | 420 kurang cocok untuk lingkungan yang keras |
| Keberterimaan Las | Moderat | Baik | Baik | 420 memerlukan pemanasan awal |
| Mesin | Moderat | Baik | Baik | 420 lebih sulit diproses |
| Formabilitas | Berkualitas rendah | Baik | Baik | 420 tidak cocok untuk pembentukan yang luas |
| Kira-kira Biaya Relatif | Moderat | Lebih tinggi | Lebih tinggi | 420 sering kali lebih hemat biaya |
| Ketersediaan Tipikal | Umum | Sangat umum | Umum | 420 tersedia luas |
Ketika memilih 420 stainless steel, pertimbangan meliputi sifat mekaniknya, ketahanan korosi, dan kesesuaian untuk pengelasan dan pemesinan. Meskipun menawarkan keuntungan dalam kekerasan dan ketahanan aus, keterbatasannya dalam toughness dan ketahanan korosi harus dievaluasi secara hati-hati terhadap kebutuhan spesifik dari aplikasi.
Secara singkat, 420 stainless steel adalah material yang serbaguna yang menemukan tempatnya dalam aplikasi yang memerlukan keseimbangan antara kekerasan dan ketahanan korosi yang moderat. Signifikansi historisnya dan posisi pasar yang mapan menjadikannya pilihan yang dapat diandalkan untuk berbagai industri.