CPM M4 Baja: Properti dan Aplikasi Utama
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
CPM M4 Steel (M4 HSS) adalah baja kecepatan tinggi (HSS) yang dikenal karena ketahanan aus yang sangat baik, ketangguhan, dan kemampuannya untuk mempertahankan kekerasan pada suhu tinggi. Dikelompokkan sebagai baja alat, CPM M4 adalah kelas metalurgi bubuk yang menggabungkan campuran unik elemen paduan, termasuk molibdenum, vanadium, dan kobalt, yang berkontribusi pada karakteristik kinerjanya yang unggul.
Tinjauan Komprehensif
CPM M4 terutama diklasifikasikan sebagai baja kecepatan tinggi, yang dirancang untuk alat pemotong dan aplikasi yang memerlukan kekerasan tinggi dan ketahanan aus. Elemen paduan kunci dalam CPM M4 termasuk:
- Molybdenum (Mo): Meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketahanan aus.
- Vanadium (V): Meningkatkan ketangguhan dan memperhalus mikrostruktur, yang mengarah pada ketahanan aus yang lebih baik.
- Kobalt (Co): Meningkatkan kekerasan panas dan meningkatkan kemampuan baja untuk bertahan pada suhu tinggi tanpa kehilangan kekerasannya.
Kombinasi elemen ini menghasilkan baja yang menunjukkan kekerasan luar biasa, biasanya mencapai nilai 62-66 HRC setelah perlakuan panas, bersama dengan ketangguhan yang baik dan ketahanan terhadap keretakan.
Kelebihan (Pro):
- Ketahanan aus yang luar biasa, menjadikannya ideal untuk alat pemotong.
- Retensi kekerasan tinggi pada suhu tinggi.
- Ketangguhan yang baik, yang mengurangi risiko kegagalan alat.
Keterbatasan (Cons):
- Lebih mahal dibandingkan dengan baja alat konvensional.
- Memerlukan perlakuan panas yang hati-hati untuk mencapai sifat optimal.
- Dapat menjadi tantangan untuk diproses karena kekerasannya.
Secara historis, CPM M4 telah signifikan dalam pembuatan alat pemotong berkinerja tinggi, seperti mata bor, end mills, dan gergaji, di mana propertinya dapat dimanfaatkan sepenuhnya.
Nama Alternatif, Standard, dan Ekivalen
| Organisasi Standard | Penunjukan/Kelas | Negara/Daerah Asal | Catatan/Keterangan |
|---|---|---|---|
| UNS | T11302 | USA | Ekivalen terdekat dengan AISI M4 |
| AISI/SAE | M4 | USA | Penunjukan yang umum digunakan |
| ASTM | A681 | USA | Spesifikasi untuk baja kecepatan tinggi |
| JIS | SKH51 | Jepang | Properti serupa tetapi dengan perbedaan komposisi kecil |
| DIN | 1.3343 | Jerman | Kelas ekivalen dengan variasi kecil dalam komposisi |
Perbedaan antara kelas-kelas ini dapat mempengaruhi kinerja, terutama dalam hal ketahanan aus dan ketangguhan. Misalnya, meskipun JIS SKH51 serupa, mungkin tidak berfungsi sebaik CPM M4 dalam aplikasi suhu tinggi.
Properti Kunci
Komposisi Kimia
| Unsur (Simbol dan Nama) | Rentang Persentase (%) |
|---|---|
| C (Karbon) | 1.30 - 1.50 |
| Cr (Krom) | 3.75 - 4.50 |
| Mo (Molybdenum) | 4.00 - 5.00 |
| V (Vanadium) | 1.75 - 2.20 |
| Co (Kobalt) | 8.00 - 9.50 |
| W (Tungsten) | 5.00 - 6.50 |
Peran utama karbon adalah untuk meningkatkan kekerasan dan kekuatan, sedangkan molibdenum meningkatkan ketahanan aus dan kemampuan pengerasan. Vanadium berkontribusi terhadap ketangguhan dan memperhalus struktur butir, serta kobalt meningkatkan kekerasan panas, menjadikan CPM M4 cocok untuk aplikasi kecepatan tinggi.
Properti Mekanis
| Properti | Kondisi/Temper | Suhu Uji | Nilai/Rentang Tipikal (Metrik) | Nilai/Rentang Tipikal (Imperial) | Standard Referensi untuk Metode Uji |
|---|---|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Dikuatkan & Ditemper | Suhu Ruangan | 2000 - 2200 MPa | 290 - 320 ksi | ASTM E8 |
| Kekuatan Lenting (0.2% offset) | Dikuatkan & Ditemper | Suhu Ruangan | 1800 - 2000 MPa | 261 - 290 ksi | ASTM E8 |
| Peregangan | Dikuatkan & Ditemper | Suhu Ruangan | 2 - 5% | 2 - 5% | ASTM E8 |
| Kekerasan (HRC) | Dikuatkan & Ditemper | Suhu Ruangan | 62 - 66 HRC | 62 - 66 HRC | ASTM E18 |
| Kekuatan Impak (Charpy) | Dikuatkan & Ditemper | -20°C (-4°F) | 20 - 30 J | 15 - 22 ft-lbf | ASTM E23 |
Kombinasi kekuatan tarik dan kekuatan lenting yang tinggi, bersama dengan kekerasan yang sangat baik, membuat CPM M4 sangat cocok untuk aplikasi yang melibatkan beban mekanis tinggi dan aus, seperti alat pemotong dan cetakan.
Properti Fisik
| Properti | Kondisi/Suhu | Nilai (Metrik) | Nilai (Imperial) |
|---|---|---|---|
| Kerapatan | Suhu Ruangan | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
| Titik Leleh/Rentang | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
| Kepadatan Termal | Suhu Ruangan | 25 W/m·K | 14.5 BTU·in/h·ft²·°F |
| Kapasitas Kalor Spesifik | Suhu Ruangan | 460 J/kg·K | 0.11 BTU/lb·°F |
| Resistivitas Listrik | Suhu Ruangan | 0.0001 Ω·m | 0.0001 Ω·ft |
Kerapatan tinggi dan titik leleh CPM M4 berkontribusi pada daya tahan dan kinerjanya dalam aplikasi suhu tinggi. Konduktivitas termalnya sedang, yang bermanfaat untuk penghilangan panas selama proses pemesinan.
Ketahanan Korosi
| Agens Korosif | Konsentrasi (%) | Suhu (°C/°F) | Peringkat Ketahanan | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Klorida | 5-10 | 25°C (77°F) | Baik | Risiko korosi pitting |
| Asetat Sulfur | 10-20 | 25°C (77°F) | Buruk | Tidak disarankan |
| Asetat Asetat | 5-10 | 25°C (77°F) | Baik | Rentan terhadap retak korosi tegangan |
CPM M4 menunjukkan ketahanan korosi sedang, terutama di lingkungan klorida di mana pitting dapat terjadi. Dibandingkan dengan baja kecepatan tinggi lainnya seperti M2, yang memiliki ketahanan korosi lebih baik karena kandungan krom yang lebih tinggi, CPM M4 mungkin memerlukan pelapisan pelindung atau perlakuan permukaan di lingkungan korosif.
Ketahanan Suhu
| Properti/Batas | Suhu (°C) | Suhu (°F) | Keterangan |
|---|---|---|---|
| Suhu Layanan Kontinu Maks | 500°C | 932°F | Mempertahankan kekerasan dan kekuatan |
| Suhu Layanan Intermiten Maks | 600°C | 1112°F | Cocok untuk paparan jangka pendek |
| Suhu Skala | 700°C | 1292°F | Risiko oksidasi pada suhu ini |
Pada suhu tinggi, CPM M4 mempertahankan kekerasan dan kekuatannya, menjadikannya cocok untuk aplikasi pemesinan cepat. Namun, paparan yang berkepanjangan pada suhu di atas 600°C dapat menyebabkan oksidasi dan pembekuan, yang memerlukan langkah-langkah perlindungan.
Properti Fabrikasi
Keberlangsungan Pengelasan
| Proses Pengelasan | Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS) | Gas/Fluks Pelindung Tipikal | Catatan |
|---|---|---|---|
| TIG | ER80S-D2 | Argon | Prabakar disarankan |
| MIG | ER80S-D2 | Argon/CO2 | Memerlukan perlakuan panas pascapengelasan |
Mengelas CPM M4 dapat menjadi tantangan karena kekerasan tingginya dan potensi retak. Prabakar dan perlakuan panas pascapengelasan sangat penting untuk meredakan stres dan mencegah cacat.
Keberhasilan Pemesinan
| Parameter Pemesinan | CPM M4 | AISI 1212 | Catatan/Saran |
|---|---|---|---|
| Indeks Pemesinan Relatif | 50% | 100% | CPM M4 lebih sulit diproses |
| Kecepatan Pemotongan Tipikal | 20 m/menit | 40 m/menit | Gunakan alat carbide untuk hasil terbaik |
Pemesinan CPM M4 memerlukan peralatan khusus dan kecepatan pemotongan yang lebih lambat karena kekerasannya. Alat carbide disarankan untuk pemesinan yang efektif.
Formabilitas
CPM M4 tidak biasanya digunakan untuk aplikasi pembentukan karena kekerasannya yang tinggi dan ductility rendah. Proses pembentukan dingin dan panas umumnya tidak layak, dan material ini terutama digunakan dalam aplikasi di mana pemotongan dan pembentukan diperlukan daripada pembentukan.
Perlakuan Panas
| Proses Perlakuan | Rentang Suhu (°C/°F) | Waktu Rendam Tipikal | Metode Pendinginan | Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan |
|---|---|---|---|---|
| Pengerasan | 1200 - 1250 °C (2192 - 2282 °F) | 30 - 60 menit | Minyak/Air | Mencapai kekerasan tinggi |
| Tempering | 500 - 600 °C (932 - 1112 °F) | 1 - 2 jam | Udara | Meningkatkan ketangguhan dan mengurangi kerapuhan |
Proses perlakuan panas sangat penting untuk mencapai kekerasan dan ketangguhan yang diinginkan dalam CPM M4. Waktu rendam dan metode pendinginan yang tepat sangat penting untuk menghindari retakan dan memastikan kinerja optimal.
Aplikasi Tipikal dan Penggunaan Akhir
| Industri/Sektor | Contoh Aplikasi Spesifik | Properti Baja Kunci yang Digunakan dalam Aplikasi Ini | Alasan Pemilihan (Singkat) |
|---|---|---|---|
| Aerospace | Alat pemotong untuk bilah turbin | Kekerasan tinggi, ketahanan aus | Diperlukan untuk aplikasi berkinerja tinggi |
| Otomotif | Alat pemesinan kecepatan tinggi | Ketangguhan, ketahanan panas | Penting untuk presisi dan daya tahan |
| Manufaktur | Gergaji | Ketahanan aus, kekerasan | Diperlukan untuk memotong material keras |
Aplikasi lainnya termasuk:
- Mata bor untuk pekerjaan logam.
- End mills untuk memproses bentuk kompleks.
- Matriks pembentukan untuk material berkekuatan tinggi.
CPM M4 dipilih untuk aplikasi ini karena kemampuannya untuk mempertahankan kekerasan dan menahan aus dalam kondisi kecepatan tinggi, menjadikannya ideal untuk tugas pemesinan yang menuntut.
Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lanjutan
| Fitur/Properti | CPM M4 | M2 | D2 | Catatan Pro/Con atau Trade-off Singkat |
|---|---|---|---|---|
| Properti Mekanik Kunci | Kekerasan tinggi | Kekerasan sedang | Ketangguhan tinggi | CPM M4 unggul dalam ketahanan aus |
| Aspek Korosi Kunci | Sedang | Baik | Buruk | CPM M4 memerlukan pelapisan pelindung |
| Keberlangsungan Pengelasan | Sulit | Sedang | Baik | Memerlukan perlakuan panas prapengelas/pascapengelas |
| Keberhasilan Pemesinan | Rendah | Sedang | Tinggi | Lebih sulit diproses dibandingkan M2 |
| Biaya Relatif Approx. | Tinggi | Sedang | Rendah | Biaya yang lebih tinggi mencerminkan manfaat kinerja |
| Ketersediaan Tipikal | Sedang | Tinggi | Tinggi | M2 dan D2 lebih umum tersedia |
Ketika memilih CPM M4, pertimbangan termasuk efisiensi biayanya relatif terhadap kinerja, ketersediaan, dan persyaratan aplikasi tertentu. Kekerasan tinggi dan ketahanan ausnya menjadikannya cocok untuk aplikasi berkinerja tinggi, sementara tantangannya dalam pemesinan dan pengelasan memerlukan perencanaan dan pelaksanaan yang hati-hati.
Secara ringkas, CPM M4 adalah pilihan utama untuk aplikasi kecepatan tinggi di mana daya tahan dan kinerja sangat penting. Memahami propertinya dan keterbatasannya memungkinkan untuk keputusan yang terinformasi dalam pemilihan material dan desain aplikasi.