Ringkasan Properti dan Aplikasi Utama Baja 52100
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
52100 Steel, juga dikenal sebagai Bearing Steel, 100Cr6, atau EN31, adalah baja paduan krom karbon tinggi yang terutama digunakan dalam pembuatan elemen penggelinding pada bantalan. Diklasifikasikan sebagai baja paduan karbon sedang, biasanya mengandung sekitar 1,0% karbon dan 1,5% kromium, yang secara signifikan meningkatkan kekerasan dan ketahanan ausnya. Unsur paduan dalam baja 52100 memainkan peran penting dalam menentukan sifat mekanis, mikrostruktur, dan kinerja keseluruhan dalam aplikasi yang menuntut.
Ikhtisar Komprehensif
Baja 52100 terkenal karena kekerasannya yang luar biasa, ketahanan aus, dan kekuatan kelelahan, menjadikannya pilihan ideal untuk aplikasi yang memerlukan kinerja tinggi di bawah beban. Unsur paduan utama, karbon dan kromium, berkontribusi pada kemampuannya untuk mencapai tingkat kekerasan tinggi melalui proses perlakuan panas. Kehadiran kromium tidak hanya meningkatkan kemampuan pengerasan tetapi juga meningkatkan ketahanan terhadap korosi hingga tingkat tertentu.
Kelebihan Baja 52100:
- Kekerasan dan Ketahanan Aus Tinggi: Tingkat kekerasan yang dapat dicapai dapat melebihi 60 HRC setelah perlakuan panas yang tepat, menjadikannya cocok untuk aplikasi beban tinggi.
- Kekuatan Kelelahan yang Baik: Kemampuannya untuk menahan beban siklik membuatnya menjadi pilihan yang disukai untuk aplikasi bantalan.
- Aplikasi Serbaguna: Di luar bantalan, digunakan dalam berbagai alat dan komponen yang memerlukan ketahanan aus tinggi.
Limitasi Baja 52100:
- Kerentanan terhadap Korosi: Meskipun memiliki beberapa ketahanan korosi, baja ini tidak tahan karat dan dapat berkarat jika tidak dirawat dengan benar.
- Sulit untuk Dilas: Kandungan karbon yang tinggi dapat menyebabkan retak selama proses pengelasan, memerlukan perlakuan panas sebelum dan sesudah pengelasan yang hati-hati.
Secara historis, baja 52100 memiliki peran penting dalam pengembangan bantalan berkinerja tinggi, berkontribusi pada kemajuan dalam industri otomotif, dirgantara, dan mesin. Posisi pasarnya tetap kuat karena kinerjanya yang terbukti dan keandalan.
Nama Alternatif, Standar, dan Ekuivalen
| Organisasi Standar | Penunjukan/Kelas | Negara/Wilayah Asal | Catatan/Komentar |
|---|---|---|---|
| UNS | G52100 | USA | Ekuivalen terdekat dengan AISI 52100 |
| AISI/SAE | 52100 | USA | Umumnya digunakan dalam aplikasi bantalan |
| ASTM | A295 | USA | Spesifikasi untuk baja bantalan krom karbon tinggi |
| EN | 100Cr6 | Europa | Ekuivalen dengan AISI 52100 dengan perbedaan komposisi kecil |
| DIN | 1.3505 | Jerman | Sifat serupa, tetapi dengan variasi kecil dalam unsur paduan |
| JIS | SUJ2 | Jepang | Kelas sebanding dengan aplikasi serupa |
| GB | GCr15 | China | Ekuivalen dengan perbedaan kecil dalam kandungan karbon |
| ISO | 100Cr6 | Internasional | Penunjukan standar untuk baja bantalan |
Perbedaan antara kelas ekuivalen ini sering terletak pada kandungan karbon dan kromium spesifik, yang dapat mempengaruhi kemampuan pengerasan dan ketahanan aus. Misalnya, sementara GCr15 dan 100Cr6 sangat mirip, proses perlakuan panas yang spesifik dapat menghasilkan karakteristik kinerja yang berbeda.
Sifat Utama
Komposisi Kimia
| Unsur (Simbol dan Nama) | Rentang Persentase (%) |
|---|---|
| C (Karbon) | 0,98 - 1,10 |
| Cr (Kromium) | 1,30 - 1,60 |
| Mn (Mangan) | 0,25 - 0,45 |
| Si (Silikon) | 0,15 - 0,40 |
| P (Fosfor) | ≤ 0,025 |
| S (Belerang) | ≤ 0,025 |
Peran utama karbon dalam baja 52100 adalah untuk meningkatkan kekerasan dan kekuatan melalui pembentukan karbida selama perlakuan panas. Kromium meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan aus, sementara mangan berkontribusi pada ketangguhan dan kekuatan. Silikon bertindak sebagai agen penghilang oksigen dan dapat meningkatkan kekuatan pada suhu tinggi.
Sifat Mekanis
| Sifat | Kondisi/Suhu | Suhu Uji | Nilai/Range Tipikal (Metrik) | Nilai/Range Tipikal (Imperial) | Standar Referensi untuk Metode Uji |
|---|---|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Dinginkan & Temper | Suhu Ruang | 850 - 1000 MPa | 123 - 145 ksi | ASTM E8 |
| Kekuatan Luluh (offset 0,2%) | Dinginkan & Temper | Suhu Ruang | 600 - 800 MPa | 87 - 116 ksi | ASTM E8 |
| Peregangan | Dinginkan & Temper | Suhu Ruang | 10 - 15% | 10 - 15% | ASTM E8 |
| Kekerasan (HRC) | Dinginkan & Temper | Suhu Ruang | 58 - 65 HRC | 58 - 65 HRC | ASTM E18 |
| Kekuatan Impak (Charpy) | Dinginkan & Temper | -20 °C | 20 - 30 J | 15 - 22 ft-lbf | ASTM E23 |
Kombinasi kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang tinggi, bersama dengan kekerasan yang sangat baik, membuat baja 52100 cocok untuk aplikasi yang mengalami beban mekanis yang signifikan. Kekuatan impaknya, meskipun lebih rendah dibandingkan beberapa baja lainnya, cukup memadai untuk banyak aplikasi bantalan di mana beban kejut tidak ekstrem.
Sifat Fisik
| Sifat | Kondisi/Suhu | Nilai (Metrik) | Nilai (Imperial) |
|---|---|---|---|
| Kepadatan | Suhu Ruang | 7,85 g/cm³ | 0,284 lb/in³ |
| Titik Lebur | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| Konduktivitas Termal | Suhu Ruang | 45 W/m·K | 31 BTU·in/h·ft²·°F |
| Kapasitas Panas Spesifik | Suhu Ruang | 460 J/kg·K | 0,11 BTU/lb·°F |
| Resistivitas Listrik | Suhu Ruang | 0,0006 Ω·m | 0,0004 Ω·in |
| Koeffisien Ekspansi Termal | Suhu Ruang | 11,5 x 10⁻⁶/K | 6,4 x 10⁻⁶/°F |
Kepadatan baja 52100 berkontribusi pada kekuatan dan daya tahannya secara keseluruhan. Titik leburnya menunjukkan stabilitas termal yang baik, sementara konduktivitas termal dan kapasitas panas spesifik penting untuk aplikasi yang melibatkan penghilangan panas. Resistivitas listriknya relatif rendah, yang menguntungkan dalam aplikasi listrik tertentu.
Ketahanan Korosi
| Agen Korosif | Konsentrasi (%) | Suhu (°C/°F) | Peringkat Ketahanan | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Air | - | Ambient | Baik | Risiko karat |
| Asam (HCl) | 10-20 | Ambient | Buruk | Rentan terhadap pitting |
| Larutan Alkalin | - | Ambient | Baik | Ketahanan terbatas |
| Klorida | - | Ambient | Buruk | Risiko retak korosi stres |
Baja 52100 menunjukkan ketahanan korosi yang moderat, terutama karena kandungan kromiumnya. Namun, tidak cocok untuk lingkungan dengan kelembapan tinggi atau paparan agen korosif seperti klorida dan asam kuat. Dibandingkan dengan baja tahan karat seperti AISI 304 atau AISI 316, 52100 jauh lebih sedikit tahan terhadap korosi, menjadikannya kurang ideal untuk aplikasi di lingkungan yang keras.
Ketahanan Panas
| Sifat/Batas | Suhu (°C) | Suhu (°F) | Catatan |
|---|---|---|---|
| Suhu Layanan Berkelanjutan Maks | 150 °C | 302 °F | Di luar ini, sifat menurun |
| Suhu Layanan Intermiten Maks | 200 °C | 392 °F | Paparan jangka pendek saja |
| Suhu Pengupasan | 300 °C | 572 °F | Risiko oksidasi pada suhu tinggi |
| Pertimbangan Kekuatan Mengalir | 400 °C | 752 °F | Mulai kehilangan kekuatan |
Pada suhu tinggi, baja 52100 dapat mengalami penurunan sifat mekanis, terutama kekerasan dan kekuatan. Tidak disarankan untuk layanan berkelanjutan di atas 150 °C, karena ini dapat menyebabkan penurunan signifikan dalam kinerjanya. Ketahanan oksidasinya terbatas, memerlukan pelapisan atau perlakuan pelindung dalam aplikasi suhu tinggi.
Sifat Fabrikasi
Kemampuan Dilas
| Proses Pengelasan | Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS) | Gas/Fluks Pelindung yang Umum | Catatan |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | Campuran Argon + CO2 | Preheat dianjurkan |
| TIG | ER80S-Ni | Argon | Memerlukan perlakuan panas setelah pengelasan |
| Stick | E7018 | - | Tidak disarankan untuk bagian tebal |
Baja 52100 sulit untuk dilas karena kandungan karbon yang tinggi, yang dapat menyebabkan retak. Pemanasan awal sebelum pengelasan dan perlakuan panas setelah pengelasan sangat penting untuk mengurangi risiko ini. Penggunaan logam pengisi yang sesuai sangat penting untuk memastikan kompatibilitas dan mempertahankan sifat mekanis.
Kemampuan Mesin
| Parameter Penggilingan | Baja 52100 | AISI 1212 | Catatan/Tips |
|---|---|---|---|
| Indeks Kemampuan Mesin Relatif | 60 | 100 | Indeks yang lebih tinggi menunjukkan kemudahan pemesinan |
| Kecepatan Potong Tipikal | 30-50 m/menit | 60-80 m/menit | Sesuaikan berdasarkan peralatan |
Memproduksi baja 52100 memerlukan pemilihan alat potong dan parameter yang hati-hati karena kekerasannya. Baja cepat (HSS) atau alat karbida disarankan, dan pendingin harus digunakan untuk mengelola panas selama operasi pemesinan.
Formabilitas
Baja 52100 tidak terlalu cocok untuk proses pembentukan yang luas karena kandungan karbonnya yang tinggi dan kekerasannya yang dihasilkan. Pembentukan dingin terbatas, sementara pembentukan panas mungkin dapat dilakukan pada suhu tinggi. Material menunjukkan pengerasan kerja, yang dapat menyulitkan operasi pembentukan.
Perlakuan Panas
| Proses Perlakuan | Rentang Suhu (°C/°F) | Waktu Perendaman Tipikal | Metode Pendinginan | Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan |
|---|---|---|---|---|
| Penyepuhan | 800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F | 1 - 2 jam | Udara | Mengurangi kekerasan, meningkatkan kemampuan mesin |
| Pendinginan | 800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F | 30 menit | Minyak | Mencapai kekerasan tinggi |
| Temper | 150 - 200 °C / 302 - 392 °F | 1 jam | Udara | Mengurangi kerapuhan, meningkatkan ketangguhan |
Proses perlakuan panas untuk baja 52100 secara signifikan mengubah mikrostrukturnya, mengubah austenit menjadi martensit selama pendinginan, yang bertanggung jawab atas kekerasannya yang tinggi. Tempering sangat penting untuk meredakan tegangan dan meningkatkan ketangguhan, menjadikan baja ini cocok untuk aplikasi dinamis.
Aplikasi dan Penggunaan Akhir yang Tipikal
| Industri/Sektor | Contoh Aplikasi Spesifik | Sifat Baja Utama yang Dimanfaatkan dalam Aplikasi Ini | Alasan Pemilihan |
|---|---|---|---|
| Otomotif | Bantalan roda | Kekerasan tinggi, kekuatan kelelahan | Penting untuk daya tahan di bawah beban |
| Dirgantara | Komponen mesin | Ketahanan aus, kekuatan tinggi | Kritis untuk kinerja dan keselamatan |
| Mesin Industri | Shaft gear | Ketangguhan, ketahanan aus | Diperlukan untuk aplikasi beban tinggi |
| Manufaktur Alat | Alat pemotong | Kekerasan, ketahanan aus | Perlu untuk umur panjang dan kinerja |
Aplikasi lain termasuk:
- Bantalan rol pada berbagai mesin
- Shaft kecepatan tinggi pada motor
- Alat presisi untuk operasi pemesinan
Pemilihan baja 52100 untuk aplikasi ini terutama disebabkan oleh kekerasan dan ketahanan ausnya yang sangat baik, yang penting untuk komponen yang dikenakan stres dan gesekan tinggi.
Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lanjutan
| Fitur/Sifat | Baja 52100 | AISI 440C | AISI 4140 | Catatan Pro/Kon atau Trade-off Singkat |
|---|---|---|---|---|
| Sifat Mekanis Utama | Kekerasan tinggi | Ketahanan korosi lebih tinggi | Ketangguhan yang baik | 52100 unggul dalam ketahanan aus, sementara 440C lebih baik untuk korosi |
| Aspek Korosi Utama | Baik | Hebat | Baik | 52100 tidak cocok untuk lingkungan korosif |
| Kemampuan Dilas | Buruk | Baik | Bagus | 52100 memerlukan perhatian khusus saat dilas |
| Kemampuan Mesin | Sedang | Bagus | Bagus | 52100 lebih sulit untuk diproses dibandingkan 4140 |
| Formabilitas | Buruk | Baik | Bagus | 52100 kurang dapat dibentuk karena kandungan karbon yang tinggi |
| Perkiraan Biaya Relatif | Sedang | Lebih tinggi | Lebih rendah | Biaya bervariasi berdasarkan kondisi pasar |
| Ketersediaan Tipikal | Umum | Kurang umum | Umum | 52100 tersedia luas dalam berbagai bentuk |
Saat memilih baja 52100, pertimbangan termasuk sifat mekaniknya, ketahanan korosi, dan tantangan fabrikasi. Efektivitas biayanya dan ketersediaannya menjadikannya pilihan populer untuk aplikasi berkinerja tinggi, meskipun ada keterbatasan dalam lingkungan korosif dan kemampuan dilas. Pilihan antara 52100 dan kelas alternatif sering tergantung pada persyaratan spesifik dari aplikasi, termasuk kondisi beban, paparan lingkungan, dan proses manufaktur.
Singkatnya, baja 52100 adalah material serbaguna dan berkinerja tinggi yang unggul dalam aplikasi yang memerlukan kekerasan dan ketahanan aus yang luar biasa. Signifikansi historisnya dan relevansinya yang berlanjut dalam rekayasa modern menegaskan nilainya di berbagai industri.