Baja Hipereutektod: Properti dan Aplikasi Utama

Steel hipereutektik adalah kategori khusus dari baja karbon yang ditandai dengan kandungan karbonnya, yang melebihi 0,76% berdasarkan berat. Klasifikasi ini menempatkannya di atas komposisi eutektik dalam diagram fasa besi-karbon, yang menghasilkan fitur mikrostruktur dan sifat mekanis yang berbeda. Elemen paduan utama dalam baja hipereutektik adalah karbon, yang secara signifikan memengaruhi kekerasan, kekuatan, dan ketahanan ausnya. Selain karbon, elemen paduan lain seperti mangan, krom, dan molibdenum dapat hadir, meningkatkan sifat tertentu seperti ketangguhan dan ketahanan korosi.

Tinjauan Komprehensif

Baja hipereutektik dikenal karena kekerasan dan kekuatannya yang tinggi karena adanya semenit (Fe₃C) dalam mikrostrukturnya. Ketika didinginkan dari suhu austenisasi, baja ini membentuk campuran pearlit dan semenit, menghasilkan mikrostruktur yang lebih keras dan lebih tahan aus dibandingkan baja karbon yang lebih rendah.

Keuntungan:
- Kekerasan dan Ketahanan Aus Tinggi: Peningkatan kandungan karbon menyebabkan fraksi volume semenit yang lebih tinggi, yang berkontribusi pada kekerasan dan ketahanan aus yang unggul.
- Kekuatan yang Ditingkatkan: Baja ini menunjukkan kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang lebih besar dibandingkan baja karbon yang lebih rendah, membuatnya cocok untuk aplikasi dengan tekanan tinggi.

Limitasi:
- Kerapuhan: Kandungan karbon yang tinggi dapat menyebabkan kerapuhan, terutama di bagian yang lebih tebal, yang mungkin membatasi penggunaannya dalam aplikasi tertentu.
- Kesulitan dalam Pemesinan: Kekerasan baja hipereutektik dapat mempersulit proses pemesinan, memerlukan alat dan teknik khusus.

Secara historis, baja hipereutektik telah digunakan dalam aplikasi di mana ketahanan aus yang tinggi sangat penting, seperti dalam alat pemotong, cetakan, dan komponen struktural berkekuatan tinggi. Posisi pasar mereka sudah mapan, terutama di industri yang menuntut material berkinerja tinggi.

Nama Alternatif, Standar, dan Ekuivalen

Organisasi Standar	Penunjukan/Kelas	Negara/Region Asal	Catatan/Keterangan
UNS	G10500	USA	Ekuivalen terdekat dengan AISI 1095
AISI/SAE	1095	USA	Kandungan karbon tinggi, digunakan dalam baja alat
ASTM	A681	USA	Spesifikasi untuk baja karbon tinggi
EN	1.3505	Eropa	Sifat mirip dengan AISI 1095
JIS	S58C	Jepang	Perbedaan komposisi kecil yang perlu diperhatikan
ISO	1050	Internasional	Spesifikasi umum untuk baja karbon tinggi

Perbedaan antara grade ini sering kali terletak pada elemen paduan spesifik dan sifat mekanisnya, yang dapat memengaruhi kinerjanya dalam berbagai aplikasi. Misalnya, meskipun AISI 1095 dan EN 1.3505 mirip dalam kandungan karbon, elemen paduannya mungkin menyebabkan variasi dalam ketangguhan dan kemampuan pemesinan.

Sifat Utama

Komposisi Kimia

Elemen (Simbol dan Nama)	Rentang Persentase (%)
C (Karbon)	0,76 - 1,4
Mn (Mangan)	0,3 - 1,0
Si (Silikon)	0,1 - 0,4
Cr (Krom)	0,0 - 0,5
Mo (Molibdenum)	0,0 - 0,3
P (Fosfor)	≤ 0,04
S (Belerang)	≤ 0,05

Peran utama karbon dalam baja hipereutektik adalah untuk meningkatkan kekerasan dan kekuatan melalui pembentukan semenit. Mangan meningkatkan kemampuan pengerasan dan ketangguhan, sementara krom dan molibdenum masing-masing meningkatkan ketahanan aus dan ketahanan korosi.

Sifat Mekanis

Sifat	Kondisi/Temper	Suhu Uji	Nilai/Range Tipikal (Metrik)	Nilai/Range Tipikal (Imperial)	Standar Referensi untuk Metode Uji
Kekuatan Tarik	Dirawat	Suhu Ruang	600 - 900 MPa	87 - 130 ksi	ASTM E8
Kekuatan Luluh (0,2% offset)	Dirawat	Suhu Ruang	400 - 700 MPa	58 - 102 ksi	ASTM E8
Panjang Regangan	Dirawat	Suhu Ruang	10 - 20%	10 - 20%	ASTM E8
Kekerasan (Rockwell C)	Ditempa & Dirawat	Suhu Ruang	55 - 65 HRC	55 - 65 HRC	ASTM E18
Kekuatan Impak	Ditempa & Dirawat	-20°C	20 - 50 J	15 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Kombinasi kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang tinggi, bersama dengan kekerasan yang signifikan, membuat baja hipereutektik cocok untuk aplikasi yang memerlukan beban mekanis yang tinggi dan integritas struktural. Namun, nilai panjang regangan yang lebih rendah menunjukkan kecenderungan terhadap kerapuhan, yang harus dipertimbangkan dalam desain.

Sifat Fisik

Sifat	Kondisi/Suhu	Nilai (Metrik)	Nilai (Imperial)
Kepadatan	-	7,85 g/cm³	0,284 lb/in³
Titik Leleh	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Konduktivitas Termal	Suhu Ruang	45 W/m·K	31 BTU·in/h·ft²·°F
Kapasitas Kalor Spesifik	Suhu Ruang	0,46 kJ/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Resistivitas Listrik	Suhu Ruang	0,0006 Ω·m	0,00002 Ω·in

Kepadatan dan titik leleh baja hipereutektik menunjukkan ketahanannya, sementara konduktivitas termal dan kapasitas kalor spesifik sangat penting untuk aplikasi yang melibatkan siklus termal. Resistivitas listriknya relatif rendah, menjadikannya cocok untuk aplikasi di mana konduktivitas listrik diperlukan.

Ketahanan Korosi

Agens Korosif	Konsentrasi (%)	Suhu (°C)	Peringkat Ketahanan	Catatan
Klorida	3 - 10	20 - 60	Baik	Risiko pitting
Asam Sulfat	10 - 30	25 - 50	Buruk	Tidak direkomendasikan
Natrium Hidroksida	1 - 5	20 - 40	Baik	Ketahanan sedang
Atmosfer	-	-	Baik	Rentan terhadap karat

Baja hipereutektik menunjukkan ketahanan korosi yang sedang, terutama di lingkungan dengan klorida dan asam. Ia rentan terhadap korosi pitting, terutama dalam kondisi salin. Dibandingkan dengan baja karbon yang lebih rendah, ia menawarkan ketahanan aus yang lebih baik tetapi mungkin tidak berkinerja sebaik baja tahan karat atau baja paduan yang dirancang untuk ketahanan korosi.

Ketahanan Panas

Sifat/Batas	Suhu (°C)	Suhu (°F)	Keterangan
Suhu Layanan Kontinyu Maks	400	752	Di atas ini, kekuatan mungkin menurun
Suhu Layanan Intermiten Maks	500	932	Hanya paparan jangka pendek
Suhu Scaling	600	1112	Risiko oksidasi di atas suhu ini
Pertimbangan Kekuatan Creep	300	572	Mulai menurun secara signifikan

Pada suhu tinggi, baja hipereutektik mempertahankan kekuatannya hingga batas tertentu, di luar mana oksidasi dan scaling dapat terjadi. Ini menjadikannya cocok untuk aplikasi di mana suhu tinggi dihadapi secara intermiten, tetapi paparan berkelanjutan harus dihindari untuk mencegah degradasi.

Sifat Fabrikasi

Kemampuan Pengelasan

Proses Pengelasan	Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS)	Gas/Flux Pelindung Tipikal	Catatan
MIG	ER70S-6	Argon/CO₂	Preheat direkomendasikan
TIG	ER70S-2	Argon	Memerlukan perlakuan panas pasca pengelasan
Stick	E7018	-	Tidak direkomendasikan untuk bagian yang tebal

Baja hipereutektik dapat dilas, tetapi perhatian harus diberikan untuk mengelola masukan panas dan kondisi pemanasan awal untuk menghindari retak. Perlakuan panas pasca pengelasan sering kali diperlukan untuk mengurangi stres dan meningkatkan ketangguhan.

Kemampuan Pemesinan

Parameter Pemesinan	Baja Hipereutektik	AISI 1212	Catatan/Saran
Indeks Kemampuan Pemesinan Relatif	50	100	Membutuhkan kecepatan lebih lambat dan alat tajam
Kecepatan Pemotongan Tipikal (Puter)	30 m/menit	60 m/menit	Gunakan alat karbida untuk hasil terbaik

Kemampuan pemesinan merupakan tantangan karena kekerasan baja hipereutektik. Kondisi optimal meliputi penggunaan alat tajam dan kecepatan pemotongan yang lebih rendah untuk meminimalkan aus alat.

Formabilitas

Baja hipereutektik kurang cocok untuk pembentukan dingin karena kerapuhannya. Proses pembentukan panas dapat diterapkan, tetapi perhatian harus diberikan untuk menghindari pengerasan yang berlebihan. Radius pembengkokan harus lebih besar daripada yang digunakan untuk baja karbon yang lebih rendah untuk mencegah retak.

Pemrosesan Panas

Proses Perlakuan	Rentang Suhu (°C)	Waktu Perendaman Tipikal	Metode Pendinginan	Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan
Annealing	700 - 800	1 - 2 jam	Udara	Kurangi kekerasan, tingkatkan ductility
Quenching	800 - 900	30 menit	Minyak/Air	Menambah kekerasan
Tempering	200 - 600	1 jam	Udara	Kurangi kerapuhan, tingkatkan ketangguhan

Selama perlakuan panas, baja hipereutektik mengalami perubahan mikrostruktur yang signifikan. Quenching mengubah austentit menjadi martensit, meningkatkan kekerasan, sementara tempering memungkinkan penyesuaian kekerasan dan ketangguhan dengan mengubah beberapa martensit kembali menjadi struktur yang tambang.

Aplikasi dan Penggunaan Akhir yang Umum

Industri/Sektor	Contoh Aplikasi Spesifik	Sifat Baja Kunci yang Digunakan dalam Aplikasi Ini	Alasan Pemilihan
Otomotif	Alat pemotong	Kekerasan tinggi, ketahanan aus	Dibutuhkan untuk daya tahan dalam aplikasi pemotongan
Manufaktur	Cetakan dan cetakan	Kekuatan tinggi, ketangguhan	Esensial untuk proses pembentukan
Dirgantara	Komponen struktural	Rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi	Kritis untuk kinerja dan keselamatan
Minyak & Gas	Bit bor	Ketahanan aus, ketangguhan	Dibutuhkan untuk lingkungan yang keras

Aplikasi lain termasuk:
* - Gigi berkinerja tinggi
* - Pengikat berkekuatan tinggi
* - Permukaan tahan aus

Baja hipereutektik dipilih untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan aus dan kekuatan tinggi, terutama di mana beban mekanis signifikan.

Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lebih Lanjut

Fitur/Sifat	Baja Hipereutektik	AISI 4140	AISI 1045	Catatan Singkat Pro/Kon atau Trade-off
Sifat Mekanis Utama	Kekerasan tinggi	Sedang	Sedang	Baja hipereutektik menawarkan kekerasan yang unggul
Aspek Korosi Utama	Baik	Baik	Baik	AISI 4140 memiliki ketahanan korosi yang lebih baik
Kemampuan Pengelasan	Sedang	Baik	Baik	Baja hipereutektik memerlukan pengelasan yang hati-hati
Kemampuan Pemesinan	Rendah	Sedang	Tinggi	AISI 1045 lebih mudah untuk diproses
Formabilitas	Rendah	Sedang	Tinggi	AISI 1045 lebih dapat dibentuk
Perkiraan Biaya Relatif	Sedang	Sedang	Rendah	Biaya bervariasi dengan elemen paduan
Ketersediaan Tipikal	Sedang	Tinggi	Tinggi	AISI 4140 dan 1045 lebih umum

Ketika memilih baja hipereutektik, pertimbangan termasuk sifat mekanisnya, cost-effectiveness, dan ketersediaan. Meskipun menawarkan kekerasan dan kekuatan yang unggul, kerapuhan dan tantangan dalam kemampuan pemesinannya dapat membatasi penggunaannya dalam aplikasi tertentu. Memahami trade-off dengan grade alternatif sangat penting untuk pemilihan material yang optimal.