Besi Tungsten: Properti dan Aplikasi Utama

Stainless steel tungsten, sering diklasifikasikan sebagai baja kecepatan tinggi (HSS), adalah paduan yang mengandung tungsten sebagai elemen paduan utama. Kelas baja ini terkenal karena kekerasannya yang luar biasa, ketahanan aus, dan kemampuannya untuk mempertahankan kekuatannya pada suhu tinggi. Baja tungsten biasanya mengandung persentase karbon yang signifikan, bersama dengan elemen paduan lainnya seperti kromium, molibdenum, dan vanadium, yang meningkatkan sifat mekaniknya dan karakteristik kinerjanya.

Tinjauan Menyeluruh

Baja tungsten terutama dikategorikan sebagai baja kecepatan tinggi, yang dirancang untuk alat pemotong dan aplikasi lain yang memerlukan kekerasan tinggi dan ketahanan aus. Penyertaan tungsten dalam paduan secara signifikan meningkatkan kemampuan baja untuk bertahan pada suhu tinggi tanpa kehilangan kekerasannya, menjadikannya ideal untuk operasi pemesinan kecepatan tinggi.

Karakteristik Utama:
- Kekerasan Tinggi: Baja tungsten dapat mencapai level kekerasan lebih dari 60 HRC, menjadikannya cocok untuk aplikasi yang menuntut.
- Ketahanan Aus yang Luar Biasa: Komposisi paduan memungkinkan untuk menahan aus dari bahan abrasif, memperpanjang usia alat.
- Stabilitas Termal: Baja tungsten mempertahankan sifat mekaniknya pada suhu tinggi, yang krusial untuk aplikasi pemotongan kecepatan tinggi.

Keuntungan:
- Kekerasan dan ketahanan aus yang luar biasa.
- Mempertahankan kekuatan pada suhu tinggi, mengurangi risiko kegagalan alat.
- Aplikasi yang serbaguna di berbagai industri, termasuk otomotif, dirgantara, dan manufaktur.

Limitasi:
- Lebih mahal dibandingkan baja karbon konvensional karena biaya tungsten.
- Sulit untuk diproses dan dibentuk, memerlukan alat dan teknik yang khusus.
- Rentan terhadap kerapuhan jika tidak diperlakukan panas dengan benar.

Secara historis, baja tungsten telah memainkan peran penting dalam pengembangan alat pemotong dan mesin, terutama selama revolusi industri ketika permintaan untuk bahan berkinerja tinggi melonjak.

Nama Alternatif, Standar, dan Ekivalen

Organisasi Standar	Penunjukan/Kelas	Negara/Wilayah Asal	Catatan/Keterangan
UNS	T1	USA	Ekivalen terdekat dengan AISI M2
AISI/SAE	M2	USA	Baja kecepatan tinggi yang umum digunakan
ASTM	A600	USA	Spesifikasi untuk baja kecepatan tinggi
EN	1.3343	Eropa	Ekivalen dengan AISI M2
JIS	SKH51	Jepang	Sifat serupa, perbedaan komposisi minor
GB	W18Cr4V	China	Ekivalen dengan variasi kecil dalam komposisi

Perbedaan antara kelas-kelas ini dapat mempengaruhi kinerja, terutama dalam hal kekerasan dan ketahanan aus. Misalnya, meskipun M2 dan T1 sering dianggap setara, M2 biasanya memiliki kandungan karbon yang sedikit lebih tinggi, yang dapat meningkatkan kekerasan tetapi juga dapat meningkatkan kerapuhan.

Sifat Utama

Komposisi Kimia

Elemen (Simbol dan Nama)	Rentang Persentase (%)
C (Karbon)	0.70 - 1.50
W (Tungsten)	5.00 - 6.75
Cr (Kromium)	3.75 - 4.50
Mo (Molybdenum)	4.00 - 5.00
V (Vanadium)	1.00 - 1.50
Fe (Besi)	Seimbang

Elemen paduan utama dalam baja tungsten memainkan peran penting:
- Tungsten (W): Meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus, terutama pada suhu tinggi.
- Kromium (Cr): Meningkatkan ketahanan korosi dan berkontribusi pada kekerasan.
- Molybdenum (Mo): Meningkatkan ketangguhan dan kekuatan pada suhu tinggi.
- Vanadium (V): Memperhalus struktur butir, meningkatkan ketangguhan dan ketahanan aus.

Sifat Mekanis

Sifat	Kondisi/Temper	Nilai/Rentang Tipikal (Metrik)	Nilai/Rentang Tipikal (Imperial)	Standar Referensi untuk Metode Uji
Kekuatan Tarik	Dijemur	800 - 1200 MPa	1160 - 1740 ksi	ASTM E8
Kekuatan Luluh (0.2% offset)	Dijemur	600 - 900 MPa	87 - 130 ksi	ASTM E8
Peregangan	Dijemur	5 - 10%	5 - 10%	ASTM E8
Kekerasan (HRC)	Dikendasikan & Ditemper	60 - 65 HRC	60 - 65 HRC	ASTM E18
Kekuatan Impak (Charpy)	Suhu Ruang	20 - 30 J	15 - 22 ft-lbf	ASTM E23

Kombinasi sifat mekanik ini membuat baja tungsten sangat cocok untuk aplikasi yang melibatkan beban mekanik tinggi dan persyaratan integritas struktural, seperti alat pemotong, mata bor, dan cetakan.

Sifat Fisik

Sifat	Kondisi/Suhu	Nilai (Metrik)	Nilai (Imperial)
Kepadatan	Suhu Ruang	8.0 g/cm³	0.288 lb/in³
Titik Leleh	-	2800 °C	5072 °F
Konduktivitas Termal	Suhu Ruang	30 W/m·K	17.5 BTU·in/h·ft²·°F
Kapasitas Kalor Spesifik	Suhu Ruang	460 J/kg·K	0.11 BTU/lb·°F
Resistivitas Elektrik	Suhu Ruang	1.0 × 10⁻⁶ Ω·m	6.4 × 10⁻⁶ Ω·in

Sifat fisik kunci seperti titik leleh tinggi dan kepadatan signifikan untuk aplikasi yang melibatkan operasi suhu tinggi, memastikan stabilitas dan kinerja dalam kondisi ekstrem.

Ketahanan Korosi

Agens Korosif	Konsentrasi (%)	Suhu (°C)	Peringkat Ketahanan	Catatan
Klorida	3-5	20-60	Baik	Risiko korosi pitting
Asam Sulfat	10	25	Buruk	Tidak disarankan
Asam Hidroklorik	5	25	Buruk	Tidak disarankan
Pelarut Basa	10	25	Baik	Rentan terhadap retak korosi akibat stres

Baja tungsten menunjukkan ketahanan korosi yang moderat, terutama di lingkungan klorida, di mana ia mungkin rentan terhadap pitting. Dibandingkan dengan baja tahan karat, baja tungsten kurang tahan terhadap lingkungan asam, menjadikannya kurang cocok untuk aplikasi yang melibatkan asam yang kuat.

Ketahanan Panas

Sifat/Batas	Suhu (°C)	Suhu (°F)	Keterangan
Suhu Layanan Kontinu Maks	600	1112	Menjaga kekerasan dan kekuatan
Suhu Layanan Intermiten Maks	650	1202	Cocok untuk paparan jangka pendek
Suhu Skala	700	1292	Oksidasi mulai di luar titik ini

Pada suhu tinggi, baja tungsten mempertahankan kekerasan dan kekuatannya, menjadikannya cocok untuk aplikasi pemesinan kecepatan tinggi. Namun, oksidasi dapat terjadi pada suhu di atas 700 °C, memerlukan pelindung atau lingkungan yang terkendali.

Sifat Fabrikasi

Keberlanjutan Las

Proses Pengelasan	Logam Isi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS)	Gas/Fluks Pelindung yang Umum	Catatan
TIG	ER70S-6	Argon	Pra-panas disarankan
MIG	ER70S-6	Argon + CO2	Perlakuan panas pasca-las diperlukan
Stick	E7018	-	Tidak disarankan untuk bagian tebal

Baja tungsten bisa sulit untuk dilas karena kekerasannya yang tinggi dan potensi retak. Pra-pemanasan dan perlakuan panas pasca-las seringkali diperlukan untuk mengurangi stres sisa dan meningkatkan integritas las.

Keberhasilan Pemesinan

Parameter Pemesinan	Baja Tungsten	AISI 1212	Catatan/ Tip
Indeks Pemesinan Relatif	50	100	Memerlukan alat khusus
Kecepatan Pemotongan Tipikal (Turning)	20 m/menit	50 m/menit	Gunakan alat karbida untuk hasil terbaik

Pemesinan baja tungsten memerlukan pertimbangan hati-hati terhadap kecepatan pemotongan dan bahan alat. Alat karbida direkomendasikan karena kekerasan baja ini.

Formabilitas

Baja tungsten umumnya tidak cocok untuk pembentukan dingin karena kekerasan tingginya. Proses pembentukan panas dapat diterapkan, tetapi perlu diperhatikan untuk menghindari pengerasan kerja dan retak.

Perlakuan Panas

Proses Perlakuan	Rentang Suhu (°C/°F)	Waktu Rendaman Tipikal	Metode Pendinginan	Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan
Pemanasan	700 - 800 / 1292 - 1472	1 - 2 jam	Udara	Mengurangi kekerasan, meningkatkan keberhasilan pemesinan
Pendinginan Cepat	1200 - 1300 / 2192 - 2372	30 menit	Minyak	Meningkatkan kekerasan
Pemadatan	500 - 600 / 932 - 1112	1 jam	Udara	Mengurangi kerapuhan, meningkatkan ketangguhan

Proses perlakuan panas secara signifikan mempengaruhi mikrostruktur dan sifat baja tungsten. Pendinginan cepat meningkatkan kekerasan, sedangkan pemadatan membantu mengurangi kerapuhan.

Aplikasi dan Penggunaan Akhir yang Tipikal

Industri/Sektor	Contoh Aplikasi Spesifik	Sifat Baja Kunci yang Digunakan dalam Aplikasi ini	Alasan Pemilihan (Singkat)
Dirgantara	Kepala turbin	Kekerasan tinggi, stabilitas termal	Performa pada suhu tinggi
Otomotif	Alat pemotong	Ketahanan aus, kekerasan	Memperpanjang umur alat
Manufaktur	Mata bor	Ketangguhan, ketahanan aus	Pengboran presisi

Aplikasi lain meliputi:
- Cetakan pembentukan logam
- Gergaji
- Alat milling

Baja tungsten dipilih untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan aus dan stabilitas termal tinggi, menjadikannya ideal untuk alat pemotong dan pemesinan.

Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lanjutan

Fitur/Sifat	Baja Tungsten	AISI M2	Baja D2	Catatan Singkat Pro/Kon atau Trade-off
Sifat Mekanik Utama	Kekerasan tinggi	Kekerasan tinggi	Kekerasan moderat	Baja tungsten unggul dalam kekerasan tetapi bisa rapuh.
Aspek Korosi Utama	Ketahanan baik	Ketahanan baik	Ketahanan baik	M2 menawarkan ketahanan korosi yang lebih baik dibandingkan baja tungsten.
Keberlanjutan Las	Sulit	Moderat	Baik	M2 lebih mudah dilas dibandingkan baja tungsten.
Keberhasilan Pemesinan	Moderat	Baik	Moderat	Baja tungsten memerlukan alat khusus.
Formabilitas	Buruk	Moderat	Baik	Baja D2 lebih dapat dibentuk dibandingkan baja tungsten.
Perkiraan Biaya Relatif	Tinggi	Moderat	Rendah	Baja tungsten lebih mahal karena elemen paduan.
Ketersediaan Tipikal	Moderat	Tinggi	Tinggi	M2 dan D2 lebih umum tersedia.

Ketika memilih baja tungsten, pertimbangan mencakup biaya efektivitas, ketersediaan, dan persyaratan aplikasi spesifik. Sifat uniknya menjadikannya cocok untuk aplikasi berkinerja tinggi, tetapi tantangannya dalam fabrikasi dan pengelasan harus dikelola dengan hati-hati.

Singkatnya, baja tungsten adalah material berkinerja tinggi yang unggul dalam aplikasi yang memerlukan kekerasan dan stabilitas termal yang luar biasa. Sifat uniknya menjadikannya pilihan yang berharga di berbagai industri, meskipun pertimbangan yang cermat terhadap keterbatasannya sangat penting untuk aplikasi yang sukses.