Baja Mangan Lustenit (Hadfield): Sifat & Aplikasi Utama
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Stainless Mangan mangan, yang dikenal sebagai baja Hadfield, adalah paduan baja karbon tinggi yang dicirikan oleh kombinasi unik dari mikostruktur austenitik dan kandungan mangan yang tinggi. Kelas baja ini diklasifikasikan sebagai baja mangan austenitik, yang terutama terdiri dari 12-14% mangan dan sekitar 1% karbon. Kandungan mangan yang tinggi secara signifikan meningkatkan ketangguhan dan ketahanan ausnya, menjadikannya sangat cocok untuk aplikasi yang melibatkan dampak tinggi dan abrasi.
Ikhtisar Komprehensif
Baja Hadfield terkenal karena kemampuan pengerasan kerjanya yang luar biasa, yang memungkinkannya menjadi lebih keras dan lebih tahan pakai di bawah tekanan mekanis. Sifat ini merupakan hasil dari strukturnya yang austenitik, yang berubah menjadi fase martensitik yang keras ketika mengalami deformasi. Elemen paduan utama, mangan dan karbon, memainkan peran penting dalam mendefinisikan karakteristik baja:
- Mangan (Mn): Meningkatkan ketangguhan, ketahanan aus, dan kemampuan pengerasan.
- Karbon (C): Meningkatkan kekuatan dan kekerasan, berkontribusi pada kinerja keseluruhan baja.
Kelebihan:
- Ketahanan Aus Tinggi: Ideal untuk aplikasi di pertambangan, penggalian, dan mesin berat.
- Ketangguhan yang Sangat Baik: Mempertahankan integritas di bawah kondisi dampak tinggi.
- Pengerasan Kerja: Meningkatkan kekerasan dan kekuatan selama layanan.
Batasan:
- Sulit Dikerjakan: Karena kekerasannya, pemesinan bisa menjadi tantangan.
- Masalah Keterlasan: Memerlukan perhatian ekstra saat pengelasan untuk menghindari retak.
- Biaya: Umumnya lebih mahal dibandingkan dengan baja karbon standar.
Secara historis, baja Hadfield telah memainkan peran penting dalam pengembangan bahan tahan aus, khususnya dalam industri pertambangan dan agregat. Sifat uniknya telah menjadikannya sebagai dasar dalam aplikasi di mana daya tahan dan ketangguhan sangat penting.
Nama Alternatif, Standar, dan Ekivalen
| Organisasi Standar | Penunjukan/Kelas | Negara/Region Asal | Catatan/Keterangan |
|---|---|---|---|
| UNS | A128 | USA | Setara terdekat dengan baja Hadfield AISI |
| AISI/SAE | Hadfield | USA | Penunjukan historis, diakui secara luas |
| ASTM | A128 | USA | Spesifikasi standar untuk baja mangan tinggi |
| EN | 1.3401 | Eropa | Perbedaan komposisi minor yang perlu diperhatikan |
| JIS | G 4404 | Jepang | Sifat mirip, tetapi dapat bervariasi dalam komposisi |
| GB | ZGMn13 | China | Kelas setara dengan aplikasi serupa |
| ISO | 1.3401 | Internasional | Penunjukan standar untuk baja Hadfield |
Perbedaan halus antara kelas-kelas ini dapat mempengaruhi kinerja dalam aplikasi tertentu. Misalnya, meskipun kelas AISI dan EN mungkin menunjukkan sifat mekanis yang mirip, variasi dalam kandungan karbon dapat mempengaruhi kemampuan pengerasan dan ketahanan aus.
Properti Utama
Komposisi Kimia
| Elemen (Simbol dan Nama) | Rentang Persentase (%) |
|---|---|
| C (Karbon) | 1.00 - 1.40 |
| Mn (Mangan) | 12.00 - 14.00 |
| Si (Silikon) | 0.30 - 0.60 |
| P (Fosfor) | ≤ 0.05 |
| S (Belerang) | ≤ 0.05 |
Peran utama mangan dalam baja Hadfield adalah untuk meningkatkan ketangguhan dan ketahanan ausnya, sementara karbon berkontribusi pada kekuatan dan kekerasan secara keseluruhan. Silikon ditambahkan untuk meningkatkan deoksidasi selama pembuatan baja, dan kadar fosfor dan sulfur yang rendah dijaga untuk mencegah kerapuhan.
Properti Mekanik
| Properti | Kondisi/Suhu | Suhu Uji | Nilai/Rentang Tipikal (Metri) | Nilai/Rentang Tipikal (Imperial) | Standar Referensi untuk Metode Uji |
|---|---|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Diannealing | Suhu Ruangan | 800 - 1100 MPa | 116 - 160 ksi | ASTM E8 |
| Kekuatan Luluh (offset 0.2%) | Diannealing | Suhu Ruangan | 600 - 900 MPa | 87 - 130 ksi | ASTM E8 |
| Panjang | Diannealing | Suhu Ruangan | 20 - 30% | 20 - 30% | ASTM E8 |
| Kekerasan (Brinell) | Diannealing | Suhu Ruangan | 200 - 250 HB | 200 - 250 HB | ASTM E10 |
| Kekuatan Impak (Charpy) | Diannealing | -20°C (-4°F) | 40 - 60 J | 30 - 45 ft-lbf | ASTM E23 |
Kombinasi dari kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang tinggi, ditambah dengan perpanjangan yang signifikan, membuat baja Hadfield sangat cocok untuk aplikasi yang mengalami kondisi beban dinamis. Kemampuan pengerasan kerjanya memungkinkannya untuk menahan aus dan dampak yang signifikan, menjadikannya ideal untuk aplikasi berat.
Properti Fisik
| Properti | Kondisi/Suhu | Nilai (Metri) | Nilai (Imperial) |
|---|---|---|---|
| Kepadatan | Suhu Ruangan | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
| Titik Leleh/Rentang | - | 1200 - 1300 °C | 2192 - 2372 °F |
| Konduktivitas Termal | Suhu Ruangan | 50 W/m·K | 34.5 BTU·in/h·ft²·°F |
| Kapasitas Kalor Spesifik | Suhu Ruangan | 500 J/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
| Resistivitas Listrik | Suhu Ruangan | 0.5 μΩ·m | 0.5 μΩ·in |
Kepadatan dan titik leleh baja Hadfield menunjukkan ketangguhannya, sementara konduktivitas termalnya dan kapasitas kalor spesifik penting untuk aplikasi yang melibatkan siklus termal. Resistivitas listriknya relatif rendah, yang dapat menguntungkan dalam aplikasi tertentu yang memerlukan sifat konduktif.
Ketahanan Korosi
| Agen Korosif | Konsentrasi (%) | Suhu (°C/°F) | Peringkat Ketahanan | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Kloroid | 3-10 | 20-60 °C (68-140 °F) | Cukup | Risiko korosi pitting |
| Asam Sulfat | 10-20 | 20-40 °C (68-104 °F) | Buruk | Tidak direkomendasikan |
| Air Laut | - | Ambient | Baik | Ketahanan sedang |
| Larutan Alkaline | - | Ambient | Cukup | Rentan terhadap SCC |
Baja Hadfield menunjukkan ketahanan sedang terhadap korosi di berbagai lingkungan. Ia berfungsi dengan baik di air laut, tetapi rentan terhadap pitting di lingkungan kaya kloroid dan harus dihindari dalam kondisi asam. Jika dibandingkan dengan kelas baja lain, seperti baja tahan karat 304, ketahanan korosi baja Hadfield lebih buruk, terutama di lingkungan asam, tetapi unggul dalam ketahanan aus.
Ketahanan Panas
| Properti/Batas | Suhu (°C) | Suhu (°F) | Keterangan |
|---|---|---|---|
| Suhu Layanan Kontinu Maks | 300 °C | 572 °F | Melampaui ini, sifat mungkin menurun |
| Suhu Layanan Intermiten Maks | 400 °C | 752 °F | Paparan jangka pendek mungkin dapat ditoleransi |
| Suhu Pembakaran | 600 °C | 1112 °F | Risiko oksidasi pada suhu tinggi |
| Pertimbangan Kekuatan Creep dimulai sekitar | 500 °C | 932 °F | Creep dapat menjadi signifikan pada suhu ini |
Pada suhu tinggi, baja Hadfield mempertahankan integritas strukturnya hingga sekitar 300 °C (572 °F). Namun, di luar titik ini, risiko oksidasi dan penurunan sifat mekanis meningkat. Kinerja baja di bawah stres termal kritis dalam aplikasi yang melibatkan lingkungan suhu tinggi.
Properti Pembuatan
Keterlasan
| Proses Pengelasan | Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS) | Gas/Fluks Perlindungan Tipikal | Catatan |
|---|---|---|---|
| Pengelasan MIG | ER70S-6 | Argon + CO2 | Pra-panas dianjurkan |
| Pengelasan TIG | ER308L | Argon | Membutuhkan perlakuan panas setelah pengelasan |
| Pengelasan Stik | E7018 | - | Pengendalian pemanasan yang hati-hati |
Baja Hadfield menghadirkan tantangan dalam pengelasan karena kandungan karbon yang tinggi dan kecenderungan untuk mengeras. Pemanasan awal sering kali dianjurkan untuk meminimalkan risiko retak, dan perlakuan panas setelah pengelasan dapat membantu meredakan ketegangan. Pemilihan logam pengisi sangat penting untuk memastikan kesesuaian dan kinerja.
Kelaziman Pemesinan
| Parameter Pemesinan | Baja Hadfield | AISI 1212 | Catatan/Tips |
|---|---|---|---|
| Indeks Pemesinan Relatif | 20% | 100% | Signifikan lebih sulit untuk diproses |
| Kecepatan Pemotongan Tipikal (Putaran) | 20 m/menit | 60 m/menit | Gunakan alat karbida untuk efisiensi |
Pemesinan baja Hadfield bisa menjadi tantangan karena kekerasannya. Disarankan untuk menggunakan baja cepat atau alat karbida dan mempertahankan kecepatan pemotongan yang optimal untuk menghindari keausan alat yang berlebihan.
Keterbentukan
Baja Hadfield tidak mudah dibentuk karena kekuatan tinggi dan karakteristik pengerasan kerjanya. Pembentukan dingin dapat menyebabkan pengerasan yang signifikan, sedangkan pembentukan panas lebih memungkinkan tetapi memerlukan pengendalian suhu yang hati-hati untuk menghindari kerapuhan.
Perlakuan Panas
| Proses Perlakuan | Rentang Suhu (°C/°F) | Waktu Perendaman Tipikal | Metode Pendinginan | Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan |
|---|---|---|---|---|
| Penerapan Larutan | 1050 - 1100 °C (1922 - 2012 °F) | 1 - 2 jam | Udara atau Air | Menghomogenisasi mikostruktur |
| Pencelupan | 800 - 900 °C (1472 - 1652 °F) | Cepat | Air | Meningkatkan kekerasan |
| Pemanasan Kembali | 300 - 500 °C (572 - 932 °F) | 1 jam | Udara | Mengurangi kerapuhan |
Proses perlakuan panas untuk baja Hadfield melibatkan penerapan larutan untuk mencapai mikostruktur yang seragam, diikuti dengan pencelupan untuk meningkatkan kekerasan. Pemanasan kembali sering kali diterapkan untuk meredakan ketegangan dan meningkatkan ketangguhan.
Aplikasi Tipikal dan Penggunaan Akhir
| Industri/Sektor | Contoh Aplikasi Spesifik | Properti Baja Utama yang Digunakan dalam Aplikasi Ini | Alasan Pemilihan (Singkat) |
|---|---|---|---|
| Pertambangan | Suku Cadang Penggiling | Ketahanan aus tinggi, ketangguhan | Daya tahan di bawah dampak |
| Penggalian | Penghancur Rahang | Kemampuan pengerasan kerja, ketahanan impak | Umur layanan panjang |
| Konstruksi | Rel Kereta Api | Kekuatan tinggi, ketangguhan | Kapasitas menahan beban |
| Mesin Berat | Ember Ekskavator | Ketahanan abrasi, ketangguhan | Kinerja dalam kondisi keras |
Aplikasi lainnya termasuk:
- Komponen kereta api: Karena ketahanan ausnya yang tinggi.
- Bagian mesin berat: Di mana dampak dan abrasi umum terjadi.
Baja Hadfield dipilih untuk aplikasi ini terutama karena ketahanan ausnya yang luar biasa dan kemampuannya untuk menahan kondisi dampak tinggi, menjadikannya ideal untuk lingkungan di mana baja tradisional akan gagal.
Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lanjutan
| Fitur/Properti | Baja Hadfield | AISI 4140 | Baja Tahan Karat 304 | Catatan Pro/Kon atau Pertukaran Singkat |
|---|---|---|---|---|
| Properti Mekanik Utama | Ketahanan aus tinggi | Moderat | Moderat | Unggul di lingkungan abrasif |
| Aspek Korosi Utama | Cukup | Baik | Sangat Baik | Tidak cocok untuk lingkungan korosif |
| Keterlasan | Sulit | Baik | Sangat Baik | Membutuhkan teknik khusus |
| Kelaziman Pemesinan | Rendah | Moderat | Tinggi | Lebih sulit diproses |
| Keterbentukan | Rendah | Moderat | Tinggi | Kemampuan membentuk terbatas |
| Biaya Relatif Kasar | Tinggi | Moderat | Moderat | Biaya efektif untuk penggunaan tertentu |
| Ketersediaan Tipikal | Moderat | Tinggi | Tinggi | Ketersediaan dapat bervariasi berdasarkan daerah |
Ketika memilih baja Hadfield, pertimbangan termasuk biaya efektivitasnya dalam aplikasi beban tinggi, ketersediaan, dan sifat mekanis spesifik yang dibutuhkan untuk penggunaan yang dimaksudkan. Meskipun mungkin lebih mahal dibandingkan baja karbon standar, ketahanan dan kinerjanya dapat membenarkan investasi di lingkungan yang menuntut.
Sebagai kesimpulan, Baja Mangan Austenitik (Hadfield) adalah bahan yang luar biasa yang unggul dalam aplikasi yang membutuhkan ketangguhan tinggi dan ketahanan aus. Sifat uniknya, meskipun menghadirkan tantangan tertentu dalam pembuatan dan pengelasan, menjadikannya pilihan yang sangat berharga di industri di mana daya tahan sangat penting.