Hadfield Steel: Sifat dan Aplikasi Utama
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Hadfield Steel, yang juga dikenal sebagai Manganese Steel, adalah paduan baja karbon tinggi yang ditandai dengan ketahanan aus dan kekuatan impak yang luar biasa. Diklasifikasikan sebagai baja mangan austenitik, biasanya mengandung sekitar 12-14% mangan dan 0,8-1,25% karbon. Komposisi unik ini memberikan Hadfield Steel sifat luar biasa yang membuatnya cocok untuk berbagai aplikasi yang menuntut.
Tinjauan Menyeluruh
Hadfield Steel diakui karena kandungan mangan yang tinggi, yang secara signifikan meningkatkan ketangguhan dan kemampuan kerja-harden-nya. Ketika terkena impak, baja mengalami transformasi yang meningkatkan kekerasannya, menjadikannya ideal untuk aplikasi di mana ketahanan terhadap aus sangat penting. Elemen paduan utama, mangan dan karbon, memainkan peran penting dalam mendefinisikan mikrostruktur dan sifat mekanis baja.
Karakteristik Utama:
- Ketahanan Aus Tinggi: Efek kerja-harden memungkinkan baja menjadi lebih keras di bawah tekanan, membuatnya cocok untuk aplikasi dengan impak tinggi.
- Ketangguhan Luar Biasa: Mempertahankan duktilitas bahkan pada suhu rendah, mencegah kegagalan rapuh.
- Baik untuk Pengelasan: Dapat dilas menggunakan teknik standar, meskipun pemanasan awal sering dianjurkan untuk menghindari retak.
Kelebihan (Pro):
- Ketahanan abrasi dan impak yang luar biasa.
- Umur layanan yang panjang di lingkungan yang keras.
- Kemampuan untuk dibentuk dan dilas dengan relatif mudah.
Limitasi (Kontra):
- Rentan terhadap korosi di lingkungan tertentu, memerlukan pelapis pelindung.
- Kandungan karbon yang tinggi dapat menyebabkan kerapuhan jika tidak diperlakukan dengan baik.
- Ketersediaan terbatas dibandingkan dengan kelas baja yang lebih umum.
Secara historis, Hadfield Steel telah digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk rel kereta api, penggiling batu, dan peralatan pertambangan, karena kombinasi unik dari kekuatan dan ketangguhannya. Posisi pasar tetap kuat di industri yang menuntut bahan berkinerja tinggi.
Nama Alternatif, Standar, dan Ekivalen
Organisasi Standar | Penunjukan/Kelas | Negara/Region Asal | Catatan/Keterangan |
---|---|---|---|
UNS | Jadu Mangan | AS | Ekivalen terdekat dengan A128 |
AISI/SAE | A128 | AS | Penunjukan yang umum digunakan |
ASTM | A128 | AS | Spesifikasi standar untuk baja mangan |
EN | 1.3401 | Eropa | Kelas ekivalen di Eropa |
DIN | X120Mn12 | Jerman | Komposisi mirip dengan perbedaan kecil |
JIS | G 4404 | Jepang | Standar Jepang untuk baja mangan |
GB | 15MnNi | China | Ekivalen dengan sedikit variasi komposisi |
Perbedaan antara kelas ekivalen sering terletak pada variasi komposisional kecil yang dapat mempengaruhi kinerja dalam aplikasi tertentu. Misalnya, meskipun A128 dan 1.3401 memiliki sifat yang mirip, yang terakhir dapat menawarkan ketangguhan yang sedikit lebih baik karena proses perlakuan panas spesifiknya.
Sifat Utama
Komposisi Kimia
Elemen (Simbol dan Nama) | Rentang Persentase (%) |
---|---|
C (Karbon) | 0.80 - 1.25 |
Mn (Mangan) | 12.0 - 14.0 |
Si (Silikon) | 0.3 - 1.0 |
P (Fosfor) | ≤ 0.05 |
S (Belerang) | ≤ 0.05 |
Peran utama mangan dalam Hadfield Steel adalah untuk meningkatkan ketangguhan dan ketahanan ausnya. Karbon berkontribusi pada kekerasan dan kekuatan baja, sementara silikon membantu meningkatkan keluwesan baja cair selama pengecoran. Tingkat fosfor dan belerang yang rendah sangat penting untuk mempertahankan duktilitas dan mencegah kerapuhan.
Sifat Mekanis
Sifat | Kondisi/Temper | Suhu Uji | Nilai/Rentang Tipikal (Metrik) | Nilai/Rentang Tipikal (Imperial) | Standar Referensi untuk Metode Uji |
---|---|---|---|---|---|
Kekuatan Tarik | Dian-neal | Suhu Ruang | 800 - 1100 MPa | 116 - 160 ksi | ASTM E8 |
Kekuatan Lepas (0.2% offset) | Dian-neal | Suhu Ruang | 600 - 900 MPa | 87 - 130 ksi | ASTM E8 |
Tarik | Dian-neal | Suhu Ruang | 20 - 30% | 20 - 30% | ASTM E8 |
Kekerasan (Brinell) | Dian-neal | Suhu Ruang | 200 - 250 HB | 200 - 250 HB | ASTM E10 |
Kekuatan Impak | Dian-neal | -20°C | 30 - 50 J | 22 - 37 ft-lbf | ASTM E23 |
Kombinasi dari kekuatan tarik yang tinggi dan tarikan membuat Hadfield Steel sangat cocok untuk aplikasi yang mengalami beban dinamis dan impak. Kemampuannya untuk mengeras di bawah tekanan memungkinkannya untuk bertahan dalam kondisi aus yang parah, menjadikannya ideal untuk peralatan pertambangan dan konstruksi.
Sifat Fisik
Sifat | Kondisi/Suhu | Nilai (Metrik) | Nilai (Imperial) |
---|---|---|---|
Kepadatan | Suhu Ruang | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
Titik Leleh | - | 1260 - 1300 °C | 2300 - 2372 °F |
Konduktivitas Termal | Suhu Ruang | 50 W/m·K | 34.5 BTU·in/h·ft²·°F |
Kapasitas Panas Spesifik | Suhu Ruang | 0.48 kJ/kg·K | 0.115 BTU/lb·°F |
Resistivitas Listrik | Suhu Ruang | 0.0006 Ω·m | 0.00001 Ω·in |
Kepadatan Hadfield Steel berkontribusi pada ketahanannya, sementara titik lelehnya menunjukkan kinerja yang baik pada suhu tinggi. Konduktivitas termal dan kapasitas panas spesifik penting untuk aplikasi yang melibatkan perlakuan panas dan siklus termal.
Ketahanan Korosi
Agen Korosif | Konsentrasi (%) | Suhu (°C) | Peringkat Ketahanan | Catatan |
---|---|---|---|---|
Klorida | 3-5% | 20-60°C | Cukup | Risiko korosi pitting |
Asam Sulfat | 10-20% | 20-40°C | Buruk | Tidak dianjurkan |
Larutan Alkaline | 5-10% | 20-60°C | Cukup | Rentan terhadap retak korosi stres |
Hadfield Steel menunjukkan ketahanan terhadap korosi yang moderat, terutama di lingkungan klorida, di mana ia dapat rentan terhadap pitting. Dalam kondisi asam, seperti paparan asam sulfat, kinerjanya menurun secara signifikan. Dibandingkan dengan kelas baja lain seperti baja tahan karat, ketahanan korosi Hadfield Steel terbatas, menjadikannya kurang cocok untuk aplikasi di lingkungan yang sangat korosif.
Ketahanan Panas
Sifat/Batas | Suhu (°C) | Suhu (°F) | Keterangan |
---|---|---|---|
Suhu Layanan Kontinu Maks | 300 °C | 572 °F | Di luar ini, sifat akan menurun |
Suhu Layanan Intermiten Maks | 400 °C | 752 °F | Paparan jangka pendek saja |
Suhu Pemisahan | 600 °C | 1112 °F | Risiko oksidasi pada suhu yang lebih tinggi |
Pada suhu tinggi, Hadfield Steel mempertahankan kekuatannya hingga batas tertentu, setelah itu ia dapat mengalami penurunan dalam sifat mekanis. Ketahanan oksidasinya moderat, memerlukan tindakan perlindungan dalam aplikasi suhu tinggi.
Sifat Fabrikasi
Keterlasan
Proses Pengelasan | Logam Filler Yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS) | Gas/Flux Pelindung yang Umum | Catatan |
---|---|---|---|
SMAW | E7018 | Argon/CO2 | Pemanasan awal dianjurkan |
GMAW | ER70S-6 | Argon/CO2 | Perlakuan panas pasca-las dianjurkan |
Hadfield Steel dapat dilas menggunakan teknik standar, meskipun pemanasan awal seringkali diperlukan untuk mencegah retak akibat kandungan karbon yang tinggi. Perlakuan panas setelah pengelasan dapat lebih meningkatkan sifat las.
Kemudahan Mesin
Parameter Pemesinan | Hadfield Steel | AISI 1212 | Catatan/Saran |
---|---|---|---|
Indeks Kemudahan Mesin Relatif | 30% | 100% | Memerlukan alat khusus |
Kecepatan Pemotongan Tipikal (Pembalikan) | 20 m/menit | 60 m/menit | Gunakan alat karbida untuk hasil terbaik |
Pemesinan Hadfield Steel dapat menjadi tantangan karena kekerasannya. Alat khusus dan kecepatan pemotongan yang lebih lambat dianjurkan untuk mencapai hasil yang optimal.
Kemampuan Pembentukan
Hadfield Steel menunjukkan kemampuan pembentukan yang baik baik dalam kondisi dingin maupun panas. Namun, karakteristik kerja-harden-nya berarti pertimbangan cermat harus diberikan pada jari-jari bengkak dan teknik pembentukan untuk menghindari retak.
Perlakuan Panas
Proses Perlakuan | Rentang Suhu (°C/°F) | Waktu Rendam Tipikal | Metode Pendinginan | Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan |
---|---|---|---|---|
Peregangan | 700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F | 1 - 2 jam | Udara atau air | Pelunakan, meningkatkan duktilitas |
Quenching | 900 - 1000 °C / 1652 - 1832 °F | 30 menit | Air atau minyak | Penguatan, meningkatkan kekuatan |
Tempering | 300 - 500 °C / 572 - 932 °F | 1 jam | Udara | Mengurangi kerapuhan, meningkatkan ketangguhan |
Proses perlakuan panas sangat mempengaruhi mikrostruktur Hadfield Steel, meningkatkan sifat mekanisnya. Pembentukan lunak melembutkan baja, sementara pemadatan meningkatkan kekerasan, dan penempaan menyeimbangkan kekuatan dan duktilitas.
Aplikasi dan Penggunaan Akhir yang Umum
Industri/Sektor | Contoh Aplikasi Khusus | Sifat Baja Utama yang Digunakan dalam Aplikasi Ini | Alasan Pemilihan |
---|---|---|---|
Pertambangan | Pelindung Penggiling | Ketahanan aus tinggi, kekuatan impak | Umur layanan yang panjang |
Konstruksi | Embung Ekskavator | Ketangguhan, kemampuan kerja-harden | Daya tahan di bawah tekanan |
Transportasi Rel | Rel Kereta Api | Kekuatan tarik tinggi, duktilitas | Keamanan dan daya tahan |
Aplikasi lain termasuk:
- Switch dan persimpangan rel
- Peralatan blasting tembakan
- Komponen mesin berat
Hadfield Steel dipilih untuk aplikasi ini karena kemampuannya untuk bertahan dalam kondisi ekstrem, memastikan keamanan dan efisiensi dalam operasi.
Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lebih Lanjut
Fitur/Sifat | Hadfield Steel | AISI 4140 | Baja Tahan Karat 304 | Catatan Singkat Pro/Kon atau Trade-off |
---|---|---|---|---|
Sifat Mekanik Utama | Ketangguhan tinggi | Moderat | Ketahanan korosi tinggi | Perdagangan antara ketahanan aus dan ketahanan korosi |
Aspek Korosi Utama | Cukup | Baik | Excellent | Perhatikan lingkungan saat memilih |
Keterlasan | Baik | Excellent | Baik | Pemanasan awal diperlukan untuk Hadfield Steel |
Kemudahan Mesin | Rendah | Moderat | Tinggi | Alat khusus diperlukan untuk Hadfield Steel |
Kemampuan Pembentukan | Moderat | Baik | Excellent | Perhitungkan efek kerja-harden |
Estimasi Biaya Relatif | Moderat | Rendah | Tinggi | Biaya-efektivitas bervariasi berdasarkan aplikasi |
Ketersediaan Tipikal | Moderat | Tinggi | Tinggi | Ketersediaan dapat mempengaruhi jadwal proyek |
Saat memilih Hadfield Steel, pertimbangan meliputi biaya-efektivitasnya, ketersediaan, dan kecocokannya untuk aplikasi tertentu. Sifat uniknya menjadikannya ideal untuk lingkungan dengan aus tinggi, tetapi keterbatasannya dalam ketahanan korosi harus diatasi melalui tindakan pelindung. Memahami faktor-faktor ini memastikan kinerja yang optimal dan umur panjang dalam aplikasi teknik.