Baja Stainless Steel yang Dikeraskan oleh Presipitasi: Properti dan Aplikasi Utama
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Stainless Steel yang Dikeraskan Presipitasi (Kategori PH) adalah kelas khusus dari stainless steel yang ditandai dengan kemampuannya yang unik untuk mencapai kekuatan dan kekerasan tinggi melalui proses perlakuan panas yang dikenal sebagai penguatan presipitasi. Kualitas baja ini biasanya termasuk dalam kategori stainless steel martensitik, yang dikenal karena kekuatan tingginya dan ketahanan korosi yang sedang. Unsur paduan utama dalam stainless steel PH termasuk nikel, kromium, dan tembaga, dengan variasi unsur lain seperti molibdenum dan aluminium, yang memainkan peran penting dalam meningkatkan sifat material.
Ikhtisar Menyeluruh
Karakteristik yang menentukan dari Stainless Steel yang Dikeraskan Presipitasi termasuk sifat mekanis yang sangat baik, ketahanan korosi yang baik, dan kemampuan untuk diperlakukan secara termal untuk mencapai tingkat kekuatan yang tinggi. Baja ini sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi, seperti komponen dirgantara, perangkat medis, dan suku cadang otomotif berkinerja tinggi.
Keuntungan:
- Kekuatan Tinggi: Stainless steel PH dapat mencapai kekuatan tarik melebihi 1.200 MPa (174.000 psi) setelah perlakuan panas yang tepat.
- Ketahanan Korosi: Mereka menawarkan ketahanan yang baik terhadap berbagai lingkungan korosif, menjadikannya cocok untuk aplikasi yang menuntut.
- Serbaguna: Kemampuan untuk menyesuaikan sifat melalui perlakuan panas memungkinkan beragam aplikasi.
Keterbatasan:
- Kemampuan Pengelasan: Meskipun beberapa jenis dapat dilas, yang lain mungkin memerlukan teknik khusus atau bahan pengisi untuk menghindari retak.
- Biaya: Unsur paduan dan proses dapat membuat stainless steel PH lebih mahal dibandingkan dengan stainless steel standar.
Secara historis, stainless steel PH telah mendapatkan perhatian sejak pengembangannya pada pertengahan abad ke-20, terutama di industri di mana kekuatan dan ketahanan korosi sangat penting. Posisi pasar mereka kuat, dengan permintaan yang meningkat dalam aplikasi teknologi tinggi.
Nama Alternatif, Standar, dan Persamaan
| Organisasi Standar | Deskripsi/Kelas | Negara/Region Asal | Catatan/Keterangan |
|---|---|---|---|
| UNS | S17400 | USA | Persamaan terdekat dengan AISI 630 |
| AISI/SAE | 630 | USA | Deskripsi yang umum digunakan |
| ASTM | A693 | USA | Spesifikasi standar untuk penguatan presipitasi |
| EN | 1.4542 | Eropa | Perbedaan komposisi kecil yang perlu diperhatikan |
| JIS | SUS630 | Jepang | Sifat-sifat serupa, tetapi mungkin bervariasi dalam aplikasi tertentu |
Perbedaan antara kelas-kelas ini dapat mempengaruhi kinerja secara signifikan dalam aplikasi tertentu. Misalnya, meskipun UNS S17400 dan AISI 630 sering dianggap setara, variasi kecil dalam komposisi dapat menyebabkan perbedaan dalam ketahanan korosi dan sifat mekanis, yang harus dievaluasi dengan cermat selama pemilihan material.
Sifat Utama
Komposisi Kimia
| Unsur (Simbol dan Nama) | Rentang Persentase (%) |
|---|---|
| C (Karbon) | 0.07 - 0.15 |
| Cr (Kromium) | 16.0 - 18.0 |
| Ni (Nikel) | 4.0 - 6.0 |
| Cu (Tembaga) | 3.0 - 5.0 |
| Mo (Molybdenum) | 0.0 - 1.0 |
| Al (Aluminium) | 0.0 - 0.5 |
Peran utama unsur paduan kunci dalam stainless steel PH termasuk:
- Kromium: Meningkatkan ketahanan korosi dan berkontribusi pada pembentukan lapisan oksida pelindung.
- Nikel: Meningkatkan ketangguhan dan kelenturan, membantu mempertahankan kekuatan pada temperatur tinggi.
- Tembaga: Membantu dalam penguatan presipitasi, meningkatkan kekuatan dan kekerasan melalui pembentukan fase kaya tembaga selama perlakuan panas.
Sifat Mekanis
| Sifat | Kondisi/Temper | Suhu Uji | Nilai/Rentang Tipikal (Metrik) | Nilai/Rentang Tipikal (Imperial) | Standar Referensi untuk Metode Uji |
|---|---|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Dikondisi | Suhu Ruangan | 620 - 850 MPa | 90 - 123 ksi | ASTM E8 |
| Kekuatan Lentur (offset 0,2%) | Dikondisi | Suhu Ruangan | 450 - 600 MPa | 65 - 87 ksi | ASTM E8 |
| Peregangan | Dikondisi | Suhu Ruangan | 10 - 15% | 10 - 15% | ASTM E8 |
| Kekerasan (Rockwell C) | Dikondisi | Suhu Ruangan | 30 - 40 HRC | 30 - 40 HRC | ASTM E18 |
| Kekuatan Impak | Dikondisi | -196°C | 40 - 60 J | 30 - 44 ft-lbf | ASTM E23 |
Kombinasi dari sifat mekanis ini membuat stainless steel PH sangat cocok untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan tinggi dan ketahanan terhadap deformasi di bawah beban. Kekuatan lenturnya yang tinggi memungkinkannya menahan stres yang signifikan, sementara sifat peregangannya memastikan bahwa ia dapat menyerap energi tanpa retak.
Sifat Fisik
| Sifat | Kondisi/Suhu | Nilai (Metrik) | Nilai (Imperial) |
|---|---|---|---|
| Kepadatan | Suhu Ruangan | 7.9 g/cm³ | 0.286 lb/in³ |
| Titik Leleh | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
| Kehadiran Termal | Suhu Ruangan | 15 W/m·K | 87 BTU·in/h·ft²·°F |
| Kapasitas Panas Spesifik | Suhu Ruangan | 500 J/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
| Resistivitas Listrik | Suhu Ruangan | 0.72 µΩ·m | 0.00000072 Ω·m |
Sifat fisik utama seperti kepadatan dan konduktivitas termal sangat penting untuk aplikasi di industri dirgantara dan otomotif, di mana penghematan berat dan manajemen termal sangat krusial. Konduktivitas termal yang relatif rendah dapat menguntungkan dalam aplikasi di mana isolasi termal diinginkan.
Ketahanan Korosi
| Agen Korosif | Konsentrasi (%) | Suhu (°C) | Peringkat Ketahanan | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Klorida | 3.5 | 25 | Baik | Risiko pitting |
| Asam Sulfat | 10 | 50 | Adil | Rentan terhadap SCC |
| Asam Asetat | 5 | 25 | Excellent | Resisten terhadap korosi lokal |
| Air Laut | - | 25 | Baik | Ketahanan sedang |
Stainless Steel yang Dikeraskan Presipitasi menunjukkan ketahanan yang baik terhadap berbagai lingkungan korosif, termasuk klorida dan asam. Namun, ia rentan terhadap bentuk korosi lokal seperti pitting dan retak korosi stres (SCC) di lingkungan kaya klorida. Dibandingkan dengan stainless steel austenitik seperti 316, stainless steel PH mungkin menawarkan kekuatan yang lebih baik tetapi dapat kurang tahan terhadap agen korosif tertentu.
Ketahanan Panas
| Sifat/Batas | Suhu (°C) | Suhu (°F) | Keterangan |
|---|---|---|---|
| Suhu Layanan Berkelanjutan Maks | 300 | 572 | Cocok untuk aplikasi suhu tinggi |
| Suhu Layanan Intermittent Maks | 400 | 752 | Hanya paparan jangka pendek |
| Suhu Pengelupasan | 600 | 1112 | Risiko oksidasi pada suhu tinggi |
Pada suhu yang tinggi, stainless steel PH mempertahankan sifat mekaniknya tetapi mungkin mengalami oksidasi dan pengelupasan. Suhu layanan berkelanjutan maksimum sangat penting untuk aplikasi di lingkungan suhu tinggi, seperti turbin gas dan penukar panas.
Properti Fabrikasi
Kemampuan Pengelasan
| Proses Pengelasan | Bahan Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS) | Gas/Pelindung Umum | Catatan |
|---|---|---|---|
| TIG | ER630 | Argon | Prabakar mungkin diperlukan |
| MIG | ER630 | Argon/CO2 | Perlakuan panas pasca-las direkomendasikan |
Kemampuan pengelasan dapat menjadi tantangan untuk stainless steel PH karena kerentanan mereka terhadap retakan. Prabakar dan perlakuan panas pasca-las sering diperlukan untuk mengurangi risiko ini dan memastikan integritas las.
Kemampuan Pemesinan
| Parameter Pemesinan | [Stainless Steel PH] | Stainless Steel Patokan (AISI 1212) | Catatan/Petunjuk |
|---|---|---|---|
| Indeks Kemampuan Pemesinan Relatif | 50 | 100 | Memerlukan alat karbida |
| Kecepatan Potong Tipikal (Pemutar) | 30 m/menit | 60 m/menit | Gunakan pendingin untuk hasil terbaik |
Kemampuan pemesinan sedang, dan meskipun stainless steel PH dapat diproses secara efektif, mereka memerlukan alat dan teknik khusus untuk mencapai hasil optimal.
Kemampuan Pembentukan
Stainless Steel yang Dikeraskan Presipitasi umumnya kurang mudah dibentuk dibandingkan dengan kelas stainless steel lainnya karena kekuatan tingginya. Pembentukan dingin memungkinkan tetapi mungkin memerlukan kontrol yang hati-hati terhadap radius pembengkokan untuk menghindari retakan. Pembentukan panas dapat dilakukan pada suhu tinggi, tetapi harus hati-hati untuk menghindari oksidasi yang berlebihan.
Perlakuan Panas
| Proses Perlakuan | Rentang Suhu (°C/°F) | Waktu Perendaman Tipikal | Metode Pendinginan | Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan |
|---|---|---|---|---|
| Perlakuan Larutan | 1000 - 1100 / 1832 - 2012 | 1 - 2 jam | Udara | Membubarkan presipitat |
| Pemanasan | 480 - 620 / 896 - 1148 | 4 - 24 jam | Udara | Penguatan presipitasi |
Selama perlakuan panas, struktur mikro dari stainless steel PH berubah, yang mengarah pada presipitasi partikel halus yang meningkatkan kekuatan dan kekerasan. Proses ini sangat penting untuk mencapai sifat mekanis yang diinginkan.
Aplikasi Tipikal dan Penggunaan Akhir
| Industri/Sektor | Contoh Aplikasi Spesifik | Sifat Baja Kunci yang Dimanfaatkan dalam Aplikasi Ini | Alasan Pemilihan (Singkat) |
|---|---|---|---|
| Dirgantara | Komponen pesawat | Kekuatan tinggi, ringan | Penting untuk kinerja |
| Kesehatan | Instrumen bedah | Ketahanan korosi, biokompatibilitas | Keamanan dan keandalan |
| Otomotif | Komponen mesin | Rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi | Kinerja dan efisiensi |
| Minyak & Gas | Komponen katup | Ketahanan korosi, kekuatan tinggi | Daya tahan di lingkungan yang keras |
Aplikasi lainnya termasuk:
- Perangkat keras laut
- Peralatan pemrosesan kimia
- Pengikat dan perlengkapan
Pemilihan stainless steel PH untuk aplikasi ini didorong oleh kombinasi unik dari kekuatan, ketahanan korosi, dan kemampuan untuk disesuaikan melalui perlakuan panas.
Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lebih Lanjut
| Fitur/Sifat | [Stainless Steel PH] | [Kelas Alternatif 1] | [Kelas Alternatif 2] | Catatan Pro/Kon atau Trade-off Singkat |
|---|---|---|---|---|
| Sifat Mekanis Kunci | Kekuatan Tinggi | Kekuatan Sedang | Ketahanan Korosi Tinggi | Trade-off antara kekuatan dan ketahanan korosi |
| Aspek Korosi Kunci | Baik | Hebat | Adil | Perhatikan lingkungan aplikasi |
| Kemampuan Pengelasan | Sedang | Baik | Berkualitas Rendah | Teknik pengelasan bervariasi secara signifikan |
| Kemampuan Pemesinan | Sedang | Tinggi | Rendah | Persyaratan alat berbeda |
| Kemampuan Pembentukan | Rendah | Sedang | Tinggi | Kemampuan pembentukan mempengaruhi opsi desain |
| Biaya Relatif Aproksimasi | Tinggi | Sedang | Rendah | Trade-off biaya vs. kinerja |
| Ketersediaan Tipikal | Sedang | Tinggi | Tinggi | Ketersediaan dapat mempengaruhi pemilihan |
Ketika memilih Stainless Steel yang Dikeraskan Presipitasi, pertimbangan mencakup sifat mekanis dan ketahanan korosi spesifik yang diperlukan untuk aplikasi, serta faktor-faktor seperti biaya, ketersediaan, dan tantangan fabrikasi. Keseimbangan antara kekuatan, ketahanan korosi, dan kemudahan fabrikasi sangat penting dalam menentukan material yang paling sesuai untuk aplikasi tertentu.