Invar Baja: Sifat dan Aplikasi Utama Dijelaskan

Invar Steel, juga dikenal sebagai paduan Fe-Ni, adalah jenis baja spesialis yang terutama terdiri dari besi dan nikel, biasanya mengandung sekitar 36% nikel. Komposisi unik ini mengklasifikasikan Invar sebagai paduan dengan ekspansi rendah, membuatnya sangat berharga dalam aplikasi di mana stabilitas dimensi sangat penting. Unsur paduan utama, nikel, secara signifikan memengaruhi sifat ekspansi termal material, menghasilkan koefisien ekspansi termal yang hampir nol dalam rentang suhu tertentu.

Tinjauan Komprehensif

Karakteristik paling signifikan dari Invar termasuk stabilitas dimensi yang luar biasa, koefisien ekspansi termal yang rendah, dan sifat mekanik yang baik pada suhu kamar. Ciri-ciri ini membuatnya ideal untuk instrumen presisi, aplikasi dirgantara, dan komponen yang memerlukan akurasi dimensi tinggi.

Kelebihan Baja Invar:
- Ekspansi Termal Rendah: Keuntungan utama Invar adalah ekspansi termalnya yang minimal, membuatnya cocok untuk aplikasi di mana fluktuasi suhu dapat mengakibatkan perubahan dimensi yang signifikan.
- Keberlanjutan Pemesinan yang Baik: Invar dapat diproses menjadi toleransi yang ketat, yang penting dalam rekayasa presisi.
- Kekuatan Tinggi: Mempertahankan kekuatan dan ketangguhan yang baik pada suhu kamar.

Limitasi Baja Invar:
- Biaya: Kandungan nikel yang tinggi membuat Invar lebih mahal dibandingkan baja standar.
- Kinerja Suhu Tinggi Terbatas: Meskipun tampil baik pada suhu kamar, sifat mekaniknya dapat menurun pada suhu yang lebih tinggi.
- Ketahanan Korosi: Invar tidak sekuat baja tahan karat dalam hal ketahanan korosi, yang mungkin membatasi penggunaannya di lingkungan tertentu.

Secara historis, Invar dikembangkan pada akhir abad ke-19 dan sejak itu telah ditemukan aplikasi di berbagai bidang, termasuk dirgantara, alat pengukur presisi, dan instrumen ilmiah, karena sifat uniknya.

Nama Alternatif, Standar, dan Ekivalen

Organisasi Standar	Penunjukan/Grade	Negara/Wilayah Asal	Catatan/Perkataan
UNS	K93600	AS	Ekivalen terdekat dengan Invar 36
ASTM	A 320	AS	Spesifikasi standar untuk Invar
EN	1.3912	Eropa	Perbedaan komposisi kecil yang perlu diperhatikan
JIS	G 4303	Jepang	Ekivalen Invar 36 dengan variasi kecil
GB	0Cr18Ni9	Tiongkok	Sifat serupa tetapi ketahanan korosi berbeda

Di kolom 'Catatan/Perkataan', penting untuk menyoroti bahwa meskipun grade ini sering dianggap setara, perbedaan halus dalam komposisi dapat memengaruhi kinerja, terutama dalam ekspansi termal dan ketahanan korosi.

Sifat Kunci

Komposisi Kimia

Unsur (Simbol dan Nama)	Rentang Persentase (%)
Fe (Besi)	Seimbang
Ni (Nikel)	36.0 - 38.0
C (Karbon)	0.03 maks
Mn (Mangan)	0.5 maks
Si (Silikon)	0.5 maks
S (Belerang)	0.01 maks
P (Fosfor)	0.01 maks

Peran utama nikel dalam Invar adalah mengurangi koefisien ekspansi termal, yang penting untuk aplikasi yang memerlukan stabilitas dimensi tinggi. Karbon, meskipun hadir dalam jumlah minimal, membantu meningkatkan kekuatan paduan, sementara mangan dan silikon berkontribusi pada ketangguhan dan kemampuan pemesinan secara keseluruhan.

Sifat Mekanik

Sifat	Kondisi/Suhu	Suhu Uji	Nilai Umum/Rentang (Metrix - Satuan SI)	Nilai Umum/Rentang (Satuan Imperial)	Standar Referensi untuk Metode Uji
Kekuatan Tarik	Diannulasi	Suhu Ruang	480 - 600 MPa	70 - 87 ksi	ASTM E8
Kekuatan luluh (0.2% offset)	Diannulasi	Suhu Ruang	220 - 350 MPa	32 - 51 ksi	ASTM E8
Peregangan	Diannulasi	Suhu Ruang	30 - 40%	30 - 40%	ASTM E8
Kekerasan (Rockwell B)	Diannulasi	Suhu Ruang	80 - 90 HRB	80 - 90 HRB	ASTM E18
Kekuatan Impak (Charpy)	Diannulasi	-20°C	30 J	22 ft-lbf	ASTM E23

Kombinasi sifat mekanik ini membuat Invar cocok untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan dan ketangguhan tinggi, terutama di bawah kondisi pemuatan mekanis. Kekuatan luluhnya yang rendah dibandingkan dengan paduan kekuatan tinggi lainnya diimbangi oleh stabilitas dimensi yang luar biasa.

Sifat Fisik

Sifat	Kondisi/Suhu	Nilai (Metrix - Satuan SI)	Nilai (Satuan Imperial)
Kepadatan	Suhu Ruang	8.0 g/cm³	0.289 lb/in³
Titik Leleh	-	1450 °C	2642 °F
Konduktivitas Termal	Suhu Ruang	13 W/m·K	75 BTU·in/h·ft²·°F
Kapasitas Panas Spesifik	Suhu Ruang	0.46 kJ/kg·K	0.11 BTU/lb·°F
Resistivitas Listrik	Suhu Ruang	0.5 µΩ·m	0.5 µΩ·in
Koefisien Ekspansi Termal	20-100 °C	1.2 x 10⁻⁶ /K	0.67 x 10⁻⁶ /°F

Koefisien ekspansi termal yang rendah sangat penting untuk aplikasi dalam instrumen presisi, di mana bahkan perubahan dimensi kecil dapat menyebabkan kesalahan yang signifikan.

Ketahanan Korosi

Agens Korosif	Konsentrasi (%)	Suhu (°C/°F)	Peringkat Ketahanan	Catatan
Klorida	3%	25°C / 77°F	Baik	Risiko keropos
Asam Sulfat	10%	20°C / 68°F	Kurang Baik	Tidak dianjurkan
Asam Nitrat	20%	25°C / 77°F	Baik	Umumnya tahan
Air Laut	-	25°C / 77°F	Baik	Risiko korosi lokal

Invar menunjukkan ketahanan yang sedang terhadap korosi, terutama dalam lingkungan asam. Ia rentan terhadap keropos dalam lingkungan kaya klorida, sehingga kurang cocok untuk aplikasi kelautan dibandingkan dengan baja tahan karat. Ketika dibandingkan dengan grade seperti AISI 304 atau AISI 316, ketahanan korosi Invar lebih rendah, terutama di lingkungan klorida, di mana baja tahan karat unggul.

Ketahanan Terhadap Panas

Sifat/Batas	Suhu (°C)	Suhu (°F)	Catatan
Suhu Layanan Maksimum Kontinu	300 °C	572 °F	Di atas ini, sifat mungkin menurun
Suhu Layanan Maksimum Intermittent	400 °C	752 °F	Paparan singkat saja
Suhu Scaling	600 °C	1112 °F	Risiko oksidasi

Invar mempertahankan sifat mekaniknya hingga suhu yang sedang, tetapi di luar 300 °C, ia dapat mengalami penurunan yang signifikan. Ketahanan oksidasinya terbatas, dan harus berhati-hati dalam aplikasi suhu tinggi untuk mencegah scaling.

Sifat Fabrikasi

Kemudahan Pengelasan

Proses Pengelasan	Logam Pengisi yang Dianjurkan (Klasifikasi AWS)	Gas/Fluks Pelindung yang Umum	Catatan
TIG	ERNi-1	Argon	Memanaskan terlebih dahulu dianjurkan
MIG	ERNi-1	Argon	Perlakuan panas pascapengelasan mungkin diperlukan

Invar umumnya dapat dilas menggunakan proses TIG dan MIG, namun pemanasan awal sering dianjurkan untuk meminimalkan risiko keretakan. Perlakuan panas pascapengelasannya dapat membantu mengurangi tegangan dan meningkatkan integritas keseluruhan lasan.

Kemudahan Pemesinan

Parameter Pemesinan	Baja Invar	AISI 1212	Catatan/Petunjuk
Indeks Kemudahan Pemesinan Relatif	50%	100%	Memerlukan kecepatan yang lebih lambat
Kecepatan Pemotongan Umumnya (Memutar)	30 m/menit	60 m/menit	Gunakan alat karbida

Invar memiliki kemudahan pemesinan yang sedang, memerlukan kecepatan pemotongan yang lebih lambat dan alat khusus untuk mencapai hasil optimal. Keberadaan nikel dapat menyebabkan keausan alat, sehingga pemilihan parameter pemotongan harus dilakukan dengan hati-hati.

Formabilitas

Invar menunjukkan formabilitas yang baik, baik dalam proses pembentukan dingin maupun panas. Namun, karena karakteristik pengerasan akibat kerja, kontrol yang hati-hati terhadap proses pembentukan diperlukan untuk menghindari keretakan. Jari-jari bengkok harus lebih besar daripada yang biasanya digunakan untuk baja standar untuk mengakomodasi sifat uniknya.

Perlakuan Panas

Proses Perlakuan	Rentang Suhu (°C/°F)	Waktu Perendaman Umumnya	Metode Pendinginan	Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan
Annealing	800 - 1000 °C / 1472 - 1832 °F	1 - 2 jam	Udara	Penumpukan, meningkatkan duktilitas
Perlakuan Larutan	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	1 jam	Air	Menghomogenkan mikrostruktur

Proses perlakuan panas seperti annealing dapat secara signifikan mengubah mikrostruktur Invar, meningkatkan duktilitas dan kemudahan pemesinan. Transformasi metalurgi selama perlakuan ini dapat menghasilkan distribusi fase yang lebih merata, yang penting untuk mempertahankan sifat yang diinginkan.

Aplikasi Umum dan Penggunaan Akhir

Industri/Sektor	Contoh Aplikasi Khusus	Sifat Baja Kunci yang Digunakan dalam Aplikasi Ini	Alasan Pemilihan (Singkat)
Dirgantara	Komponen pesawat	Ekspansi termal rendah, kekuatan tinggi	Presisi dan stabilitas
Pengukuran	Instrumen presisi	Stabilitas dimensi, kemudahan pemesinan	Akurasi dalam pengukuran
Elektronik	Papan sirkuit	Ekspansi termal rendah, sifat listrik	Stabilitas di bawah perubahan suhu
Ilmiah	Peralatan laboratorium	Ketahanan korosi, ekspansi rendah	Keandalan dalam eksperimen

Aplikasi lainnya termasuk:
- Perangkat optik
- Jam dan arloji
- Alat berpresisi tinggi

Invar dipilih untuk aplikasi ini terutama karena ekspansi termalnya yang rendah, yang kritis di lingkungan di mana variasi suhu dapat menyebabkan kesalahan pengukuran yang signifikan.

Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lebih Lanjut

Fitur/Sifat	Baja Invar	AISI 304	AISI 316	Catatan Singkat Pro/Kon atau Trade-off
Sifat Mekanik Kunci	Sedang	Tinggi	Tinggi	Invar kurang kuat dibandingkan baja tahan karat
Aspek Korosi Kunci	Baik	Ekselen	Ekselen	Invar kurang tahan terhadap klorida
Kemudahan Pengelasan	Sedang	Baik	Baik	Invar memerlukan pertimbangan khusus
Kemudahan Pemesinan	Sedang	Tinggi	Tinggi	Invar memerlukan kecepatan yang lebih lambat
Formabilitas	Baik	Ekselen	Ekselen	Invar memiliki persyaratan pembengkokan khusus
Perkiraan Biaya Relatif	Tinggi	Sedang	Sedang	Kandungan nikel Invar mendorong biaya
Ketersediaan Umum	Terbatas	Tinggi	Tinggi	Invar kurang umum tersedia

Ketika memilih Invar untuk aplikasi tertentu, pertimbangan seperti biaya, ketersediaan, dan sifat mekanik serta termal yang diperlukan harus dipertimbangkan dibandingkan dengan alternatif seperti baja tahan karat. Sifat unik Invar menjadikannya sangat berharga dalam aplikasi khusus, terutama dalam rekayasa presisi dan dirgantara, di mana stabilitas dimensi sangat penting. Namun, biaya yang lebih tinggi dan ketahanan korosi yang terbatas dibandingkan dengan baja tahan karat mungkin membatasi penggunaannya dalam aplikasi yang lebih umum.