Hadfield Steel: Sifat dan Aplikasi Utama

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.

Kembali ke blog

Tulis komentar