Baja paduan

Baja
Mikrostruktur
Jenis
Material besi lainnya

Baja paduan adalah baja yang menjadi paduan dengan berbagai elemen dalam jumlah total antara 1.0% dan 50% dari berat total yang bertujuan untuk meningkatkan sifat mekanik baja tersebut. Smith dan Hashemi menentukan perbedaan pada 4,0%, sementara Degarmo, et al., mendefinisikan pada 8.0%.[1][2] yang paling umum, frase "baja paduan" mengacu pada baja paduan rendah. [butuh klarifikasi]

Tegasnya, setiap baja sudah merupakan paduan, tetapi tidak semua baja bisa disebut "baja paduan". Yang paling sederhana, baja adalah besi (Fe) dicampur dengan karbon (C) (sekitar 0,1% sampai 1%, tergantung pada jenis). Namun, istilah "baja paduan" adalah istilah standar yang mengacu pada baja dengan lain-lain unsur paduan yang ditambahkan dengan sengaja selain karbon. Paduan umum seperti mangan (yang paling umum), nikel, kromium, molibdenum, vanadium, silikon, dan boron. Paduan yang tidak umum termasuk aluminium, kobalt, tembaga, cerium, niobium, titanium, tungsten, timah, seng, timbal, dan zirkonium.

Terdapat berbagai sifat yang lebih baik dalam baja paduan (dibandingkan dengan baja karbon): kekuatan, kekerasan, ketangguhan, ketahanan aus, ketahanan korosi, kekerasan, dan kekerasan panas. Untuk mencapai beberapa peningkatan sifat logam ada yang memerlukan perlakuan panas.

Baja Paduan ini dapat ditemukan dalam penggunaan aplikasi yang eksotis dan spesifikasi tinggi, seperti pada sudu-sudu turbin dari mesin jet, pesawat ruang angkasa, dan dalam reaktor nuklir. Karena sifat feromagnetik dari besi, baja paduan ada yang dapat digunakan dalam aplikasi penting di mana respon mereka terhadap magnet yang sangat penting, termasuk dalam motor listrik dan transformator.

Baja paduan adalah kelas baja yang selain karbon, juga dicampur dengan unsur-unsur lain, mulai dari 1% berat hingga 50% berat, yang digunakan untuk meningkatkan berbagai sifat material. Unsur-unsur ini biasanya termasuk mangan, nikel, kromium, molibdenum, vanadium, silikon, dan boron. Elemen yang kurang umum termasuk aluminium, kobalt, tembaga, serium, niobium, titanium, tungsten, timah, seng, timbal, dan zirkonium.

Ada beberapa subkategori baja paduan. Ini termasuk:

  • Baja paduan rendah
  • Baja paduan rendah kekuatan tinggi (HSLA)
  • Baja paduan tinggi
  • Besi tahan karat
  • Baja paduan mikro
  • Baja berkekuatan tinggi canggih (AHSS)
  • Maraging baja
  • Baja perkakas

Baja paduan rendah umumnya mengandung kurang dari 8% berat elemen non-besi, sedangkan baja paduan tinggi mengandung lebih dari 8% berat elemen non-besi. Keduanya biasanya memiliki sifat mekanik yang unggul dibandingkan dengan baja karbon.

Baja paduan dapat mengandung berbagai macam elemen, yang masing-masing dapat meningkatkan berbagai sifat material, seperti ketahanan termal dan korosi mekanik. Elemen yang ditambahkan dalam jumlah rendah kurang dari sekitar 5% berat cenderung meningkatkan sifat mekanik, misalnya meningkatkan kemampuan mengeras dan kekuatan, sedangkan penambahan yang lebih besar hingga 20% berat meningkatkan ketahanan dan stabilitas korosi pada suhu tinggi atau rendah.

Efek penambahan berbagai elemen pada baja, bersama dengan jumlah tipikal dalam fraksi berat, diringkas dalam tabel di bawah ini.

Efek utama dari elemen paduan utama untuk baja[3]
Elemen Persentase Fungsi utama
Aluminium 0.95–1.30 Elemen paduan dalam baja nitriding
Bismuth - Meningkatkan kemampuan mesin
Boron 0.001–0.003 (Baja Boron) Agen pengerasan yang kuat
Chromium 0.5–2 Meningkatkan kemampuan mengeras
4–18 Meningkatkan ketahanan korosi
Copper 0.1–0.4 Tahan korosi
Lead - Peningkatan kemampuan mesin
Manganese 0.25–0.40 Menggabungkan dengan belerang dan dengan fosfor untuk mengurangi kerapuhan. Juga membantu menghilangkan kelebihan oksigen dari baja cair.
>1 Meningkatkan hardenability dengan menurunkan titik transformasi dan menyebabkan transformasi menjadi lamban
Molybdenum 0.2–5 Karbida stabil ; menghambat pertumbuhan biji. Meningkatkan ketangguhan baja, sehingga membuat molibdenum menjadi logam paduan yang sangat berharga untuk membuat bagian pemotongan peralatan mesin dan juga bilah turbin mesin turbojet. Juga digunakan dalam motor roket.
Nickel 2–5 Penguat
12–20 Meningkatkan ketahanan korosi
Silikon 0.2–0.7 Meningkatkan kekuatan
2.0 Baja pegas
Persentase yang lebih tinggi Meningkatkan sifat magnetik
Sulfur 0.08–0.15 Free-machining properties
Titanium - Memperbaiki karbon dalam partikel inert; mengurangi kekerasan martensit pada baja kromium
Tungsten - Juga meningkatkan titik leleh.
Vanadium 0.15 karbida stabil; meningkatkan kekuatan sambil mempertahankan keuletan; mempromosikan struktur butir halus. Meningkatkan ketangguhan pada suhu tinggi

Nilai grade yang paling umum digunakan:

  • Grade 4140 – Baja Kromium Molibdenum
  • Grade 4340 – Baja Nikel-Kromium-Molibdenum
  • Grade 6150 – Baja Kromium Vanadium
  • Grade 8620 – HSLA -Baja Nikel-Kromium-Molibdenum

Secara keseluruhan, dibandingkan dengan baja karbon, baja paduan dapat menunjukkan peningkatan kekuatan, keuletan, dan ketangguhan. Kerugiannya adalah bahwa baja paduan biasanya memiliki kemampuan mesin, kemampuan las, dan kemampuan bentuk yang lebih rendah.

Metode paduan dan pemrosesan untuk baja paduan tergantung pada hasil yang diinginkan. Kombinasi elemen yang diperlukan pertama-tama dilebur bersama dalam tungku pada suhu lebih dari 1600 °C selama 8 hingga 12 jam. Baja kemudian dianil pada suhu lebih dari 500 °C untuk menghilangkan kotoran dan mengubah sifat fisik dan kimia. Selanjutnya, kerak gilingan (campuran oksida besi), yang dihasilkan dari proses annealing, dihilangkan dari permukaan baja dengan asam fluorida sebelum mengulangi proses annealing dan descaling. Akhirnya, baja dilebur dan dipres untuk digulung dan dibentuk menjadi bentuk akhir.

Karena istilah baja paduan mencakup banyak jenis baja, area penerapannya luas. Baja paduan rendah digunakan dalam berbagai industri karena kekuatan ekstrim, kemampuan mesin, efektivitas biaya dan ketersediaan. Mereka ditemukan di kendaraan militer, peralatan konstruksi, kapal, jaringan pipa, platform pengeboran minyak, bejana tekan dan komponen struktural. Contohnya termasuk HY80 dan HY100.

Baja paduan tinggi bisa mahal untuk diproduksi dan sulit untuk diproses. Namun demikian, kekerasan, ketangguhan, dan ketahanan korosi yang unggul menjadikannya ideal untuk komponen struktural, aplikasi otomotif, pemrosesan kimia, dan peralatan pembangkit listrik. Contoh baja paduan tinggi termasuk nilai HE, HF, HH, HI, HK, dan HL.

Jenis

Baja paduan dapat tersusun dari ribuan besi dan karbon dengan komposisi dan perlakuan panas yang berbeda. Kandungan karbon menentukan sifat mekanik yang dihasilkan pada baja paduan dengan komposisi yang kurang dari 1% berat karbon. Berdasarkan komposisi karbonnya, baja paduan dapat dibedakan menjadi 3 yaitu baja karbon rendah, baja karbon sedang dan baja karbon tinggi. Penggolongan baja paduan juga dapat berdasarkan pada unsur paduan lain selain karbon.[4]

Baja karbon rendah

Baja karbon rendah adalah baja karbon dengan kandungan unsur karbon kurang dari 0,25 % dari berat keseluruhan baja karbon. Perlakuan panas sangat sulit untuk dilakukan pada baja karbon rendah karena tidak terjadi pembentukan martensit. Baja karbon rendah memiliki keuletan dan ketangguhan yang tinggi. Secara mikrotik, baja karbon rendah terdiri dari ferit dan sedikit perlit. Baja karbon rendah merupakan bahan pembuatan peralatan permesinan dan pengelasan. Syarat penggunaan baja karbon rendah ialah kekuatan dan syarat pekerjaan teknis yang tidak terlalu besar. Batas kekuatan tekanan yang mampu diterima oleh baja karbon rendah adalah kurang dari 100.000 psi (690 MPa). Selain itu, pengerasan tidak dapat terjadi pada mesin berukuran besar serta sangat mudah mengalami oksidasi dan korosi. [4]

Baja karbon sedang

Baja karbon sedang adalah baja karbin dengan kandungan karbon antara 0,2–0,5% berat baja karbon. Sifat-sifat mekanik dari baja karbon sedang dapat diperoleh melalui perlakuan panas dengan celup cepat yang diikuti denganpenemperan. Baja karbon sedang ini memiliki tingkat pengerasan yang rendah sehingga hasil perlakuan panas hanya dapat dilakukan untuk benda yang tipis dan laju pendinginan yang cepat. Perlakuan panas yang menghasilkan baja karbon sedang dengan kondisi pengerasan yang kuat diperoleh dengan penambahan krom, nikel dan molibdenum. Baja karbon sedang memiliki kekuatan dan ketahanan terhadap gesekan dan dapat bekerja dalam waktu yang lama sehingga digunakan pada roda rel kereta api dan roda gigi.[5]

Baja karbon tinggi

Baja karbon tinggi adalah baja karbon dengan kandungan karbon antara 0,6–1,4% dari keseluruhan berat baja karbon. Sifat baja karbon tinggi adalah sangat keras dan kuat tetapi memiliki keuletan yang rendah. Baja karbon tinggi digunakan dalam pembuatan alat-alat potong dan cetakan baja dengan penambahan unsur krom, vanadium, tungsten dan molibdenum sehingga sangat keras dan kuat serta memiliki ketahanan terhadap gesekan yang tinggi. Pada peralatan dengan ketahanan gesek yang tinggi dan pada pisau potong, baja karbon tinggi dapat digunakan setelah mengalami proses pengerasan dan penemperan.[5]

Baja paduan rendah

Beberapa paduan umum baja paduan rendah adalah:

  • D6AC
  • 300M
  • 256A
Baja paduan rendah utama[6]
SAE penunjukan Komposisi
13xx Mn 1.75%
40xx Mo 0.20% atau 0,25% atau 0,25% Mo & 0.042% S
41xx Cr 0.50% atau 0.80% atau 0.95%, Mo 0.12% atau 0.20% atau 0,25% atau 0.30%
43xx Ni 1.82%, Cr 0.50% 0.80%, Mo 0.25%
44xx Mo 0.40% atau 0,52%
46xx Ni 0.85% atau 1,82%, Mo 0.20% atau 0,25%
47xx Ni 1.05%, Cr 0.45%, Mo 0.20% atau 0,35%
48xx Ni 3.50%, Mo 0.25%
50xx Cr 0.27% atau 0.40% atau 0.50% atau 0,65%
50xxx Cr 0.50%, C 1.00% min
50Bxx Cr 0.28% atau 0.50%, dan menambahkan boron
51xx Cr 0.80% atau 0.87% atau 0.92% atau 1.00% atau 1,05%
51xxx Cr 1.02%, C 1.00% min
51Bxx Cr 0.80%, dan menambahkan boron
52xxx Cr 1.45%, C 1.00% min
61xx Cr 0.60% atau 0.80% atau 0.95%, V 0.10% atau 0,15% min
86xx Ni 0.55%, Cr 0.50%, Mo 0.20%
87xx Ni 0.55%, Cr 0.50%, Mo 0.25%
88xx Ni 0.55%, Cr 0.50%, Mo 0.35%
92xx Si 1.40% atau 2.00%, Mn 0.65% atau 0,82% atau 0,85%, Cr 0.00% atau 0,65%
94Bxx Ni 0.45%, Cr 0.40%, Mo 0.12%, dan menambahkan boron
ES-1 Ni 5%, Cr 2%, Si 1.25%, W 1%, Mn 0.85%, Mo 0.55%, Cu 0.5%, Cr 0.40%, C Sebesar 0,2%, V 0.1%

Lihat juga

Referensi

  1. ^ Smith, p. 393.
  2. ^ Degarmo, p. 112.
  3. ^ Degarmo, p. 144.
  4. ^ a b Manurung, Wibowo, dan Baskoro 2020, hlm. 1.
  5. ^ a b Manurung, Wibowo, dan Baskoro 2020, hlm. 3.
  6. ^ Smith, p. 394.

Daftar pustaka

  • Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2007), Materials and Processes in Manufacturing (edisi ke-10th), Wiley, ISBN 978-0-470-05512-0  More than one of |ISBN= dan |isbn= specified (bantuan) .
  • Groover, M. P., 2007, p. 105-106, dasar-Dasar Manufaktur Modern: Bahan, Proses dan Sistem, 3rd ed, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, ISBN 978-0-471-74485-6.
  • Manurung, V.A.T., Wibowo, Y.T.J., dan Baskoro, S.Y. (2020). Panduan Metalografi (PDF). Jakarta: LP2M Politeknik Manufaktur Astra. ISBN 978-602-71320-9-2. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2021-12-03. Diakses tanggal 2021-02-28. 
  • Smith, William F.; Hashemi, Javad (2001), Foundations of Material Science and Engineering (edisi ke-4th), McGraw-Hill, hlm. 394, ISBN 0-07-295358-6  More than one of |ISBN= dan |isbn= specified (bantuan)