
I. Baja non-paduan
Baja non-paduan mengacu pada paduan besi-karbon dengan wc <2.11%, mengandung sedikit pengotor seperti Si, Mn, S, P, dll. Sebelum penerapan standar klasifikasi baja yang baru, baja ini disebut baja karbon (disingkat baja karbon). Ini adalah material yang umum digunakan di berbagai sektor industri.
1. 1. Klasifikasi Baja Non-Paduan
Ada tiga metode utama untuk mengklasifikasikan baja non-paduan:
(1) Berdasarkan kandungan karbon
Dibagi menjadi baja karbon rendah (wc <0,25%), baja karbon sedang (0,25%≤wc ≤0,60%), dan baja karbon tinggi (wc >0.60%).
(2) Berdasarkan nilai kualitas utama
Dibagi menjadi baja non-paduan kualitas biasa (ws ≤0,040%, wp≤0,040%), baja non-paduan berkualitas tinggi tidak termasuk baja non-paduan kualitas biasa dan baja non-paduan kualitas khusus, dan baja non-paduan kualitas khusus (ws ≤0,020%, wp ≤0,020%).
(3) Berdasarkan penggunaan baja
Dibagi menjadi baja struktural karbon, baja perkakas non-alloy, dan baja karbon tuang.
Selain itu, menurut tingkat deoksidasi baja cair selama peleburan, baja ini dibagi menjadi baja berbingkai, baja yang dibunuh, dan baja yang dibunuh khusus.
2. Kelas, Properti, dan Penggunaan Utama Baja Non-Paduan
(1) Baja Struktural Karbon Baja Struktural Mekanis Non-Paduan
1) Baja Struktural Karbon Biasa
Kelas baja struktural karbon biasa diwakili oleh "Q + angka + kelas mutu + simbol metode deoksidasi". "Q" adalah huruf awal dari pinyin Cina untuk "kekuatan luluh", "angka" menunjukkan kekuatan luluh minimumnya, dan kelas kualitas diwakili oleh A, B, C, D, dengan kelas A menjadi yang terendah dan kelas D menjadi yang tertinggi.
Simbol metode deoksidasi masing-masing adalah F, Z, TZ untuk baja berbingkai, baja yang dibunuh, dan baja yang dibunuh khusus. Biasanya, simbol untuk baja canai dan baja canai khusus (Z dan TZ) dapat dihilangkan. Sebagai contoh, grade Q235AF menunjukkan baja berbingkai grade A dengan kekuatan luluh ≥235MPa. Tingkatan, sifat, dan penggunaan utama baja struktural karbon biasa ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Kelas, Properti Utama, dan Penggunaan Baja Struktural Karbon Biasa
Kelas Baru | Kelas Lama | Properti Utama | Contoh Penggunaan |
Q195 | A1, B1 | Plastisitas tinggi, ketangguhan, kinerja pengelasan yang baik, kinerja pemrosesan tekanan yang baik, tetapi kekuatannya rendah | Digunakan untuk membuat baut jangkar, mata bajak, cerobong asap, panel atap, paku keling, kawat baja karbon rendah, pelat tipis, pipa las, batang pengikat, pengait, braket, struktur yang dilas |
Q215 | A2, C2 | ||
Q235 | A3, C3 | Plastisitas, ketangguhan, dan kinerja pengelasan yang baik, kinerja stamping dingin yang baik, kekuatan tertentu, kinerja pembengkokan dingin yang baik | Banyak digunakan untuk suku cadang dan struktur yang dilas dengan persyaratan umum, seperti batang pengikat, pin, poros, sekrup, mur, kerah, braket, alas, struktur bangunan, jembatan, dll. |
2) Baja Struktural Karbon berkualitas tinggi
Kelas baja struktural karbon berkualitas tinggi umumnya diwakili oleh dua digit, yang menunjukkan fraksi massa rata-rata karbon dalam sepersepuluh ribu. Sebagai contoh, baja 35 menunjukkan baja struktural karbon berkualitas tinggi dengan fraksi massa karbon rata-rata 0,35%.
Jika fraksi massa mangan dalam baja tinggi (0,7%≤WMn ≤1.2%), simbol elemen kimia untuk mangan (Mn) ditambahkan setelah kelas, misalnya, 35Mn. Kelas, sifat, dan penggunaan utama baja struktural karbon berkualitas tinggi ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2 Kelas, Properti, dan Penggunaan Utama Baja Struktural Karbon Berkualitas Tinggi
Kelas | Karakteristik Kinerja Utama | Contoh Penggunaan |
08 | Kekuatan dan kekerasan rendah, plastisitas yang sangat baik. Sifat deep drawing dan deep drawing yang baik, kemampuan kerja dingin dan kemampuan las yang baik. Kecenderungan tinggi untuk pemisahan komponen, sensitivitas tinggi terhadap penuaan, sehingga selama pengerjaan dingin, perlakuan panas penghilang stres atau perlakuan pengerasan air dapat digunakan untuk mencegah fraktur pengerjaan dingin. | Mudah digulung menjadi pelat tipis, strip tipis, profil yang dideformasi dingin, kabel baja yang ditarik dingin, digunakan untuk bagian stampingbagian gambar dalam, berbagai bagian penutup yang tidak mengandung beban, karburasi, nitridasi, membuat berbagai selongsong, templat, braket, dll. |
20 | Kekuatan dan kekerasan sedikit lebih tinggi dari baja 15, plastisitas dan kemampuan las yang baik, ketangguhan yang baik setelah pengerolan panas atau normalisasi. | Digunakan untuk membuat komponen karburasi berukuran kecil dan menengah yang tidak terlalu penting, komponen yang ditempa, seperti poros tuas, garpu transmisi, roda gigi, batang pengikat alat berat, pengait, dll. |
30 | Kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi, plastisitas yang baik, kemampuan las yang baik, dapat digunakan setelah normalisasi atau temper, cocok untuk penempaan panas dan pengepresan panas. Kemampuan mesin yang baik. | Digunakan untuk komponen beban rendah dengan tegangan rendah dan suhu di bawah 150°C, seperti sekrup utama, batang pengikat, kunci poros, roda gigi, selongsong poros, dll. Suku cadang karburasi memiliki ketahanan aus permukaan yang baik dan dapat digunakan sebagai suku cadang tahan aus. |
45 | Baja karbon sedang yang paling umum digunakan adalah baja quenching dan tempered, dengan kelengkapan yang baik sifat mekanikyang buruk, kemampuan pengerasan yang buruk, dan rentan terhadap keretakan selama pendinginan air. Bagian-bagian kecil harus ditempa, dan bagian-bagian besar harus dinormalisasi. | Terutama digunakan untuk membuat komponen bergerak berkekuatan tinggi, seperti impeler turbin, piston kompresor, poros, roda gigi, rak, cacing, dll. Untuk bagian yang dilas, pemanasan awal sebelum pengelasan dan anil pelepas stres setelah pengelasan harus diperhatikan. |
65 | Setelah perlakuan panas atau pengerasan kerja dingin, ia memiliki kekuatan dan elastisitas yang tinggi. Kemampuan las yang buruk, rentan terhadap retak, kemampuan mesin yang buruk, plastisitas deformasi dingin yang rendah, kemampuan pengerasan yang buruk, umumnya dipadamkan dengan oli. Karakteristiknya adalah kekuatan fatiknya dapat dibandingkan dengan baja pegas paduan dengan konfigurasi yang sama. | Cocok untuk membuat bagian pegas datar atau spiral dengan penampang dan bentuk yang sederhana serta tegangan rendah, seperti pegas katup, cincin pegas, dll.; juga cocok untuk membuat bagian dengan ketahanan aus yang tinggi, seperti roller, poros engkol, bubungan, dan tali kawat, dll. |
85 | Baja struktural dengan kandungan karbon tertinggi, dengan kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi daripada baja karbon tinggi lainnya, tetapi elastisitasnya sedikit lebih rendah, sifat-sifat lainnya mirip dengan baja 65. Kemampuan pengerasan yang buruk. | Kendaraan kereta api, pegas pelat datar, pegas spiral bundar, kabel baja, strip baja, dll. |
40Mn | Kemampuan pengerasan yang sedikit lebih tinggi dari 40 baja. Setelah perlakuan panas, kekuatan, kekerasan, dan ketangguhan sedikit lebih tinggi dari baja 40, plastisitas sedang selama deformasi dingin, kemampuan mesin yang baik, kemampuan las yang rendah, dengan sensitivitas panas berlebih dan kerapuhan temper, rentan terhadap retak selama pendinginan air. | Suku cadang tahan lelah, poros engkol, rol, poros, batang penghubung, sekrup, dan mur yang bekerja di bawah tekanan tinggi, dll. |
65Mn | Kekuatan, kekerasan, elastisitas, dan kemampuan pengerasan yang lebih tinggi dari baja 65, dengan sensitivitas panas berlebih dan kecenderungan kerapuhan temper, rentan terhadap keretakan selama pendinginan air. Kemampuan mesin dalam keadaan anil dapat diterima, plastisitas deformasi dingin rendah, kemampuan las yang buruk. | Pegas daun beban sedang, pegas spiral berdiameter 7 ~ 20mm dan ring pegas, cincin pegas. Suku cadang dengan ketahanan aus yang tinggi, seperti spindel mesin gerinda, collet pegas, sekrup utama alat mesin presisi, bajak, pemotong, cincin pada bantalan rol spiral, rel kereta api, dll. |
(2) Baja Perkakas Non-Paduan
Fraksi massa karbon dalam baja perkakas karbon adalah antara 0.65% dan 1.35%, yang semuanya merupakan baja karbon berkualitas tinggi atau bermutu tinggi. Jenis baja ini memiliki kekerasan tinggi dan ketahanan aus yang tinggi, terutama digunakan untuk membuat perkakas, alat ukur, dan cetakan, seperti membuat mata gergaji tangan, kikir, dll.
Grade baja perkakas non-paduan diwakili oleh "angka T +". Diantaranya, "T" adalah huruf awal dari pinyin Cina untuk "karbon", dan angka tersebut mewakili seperseribu dari fraksi massa rata-rata karbon dalam baja. Jika itu adalah baja perkakas non-paduan bermutu tinggi bermutu tinggi, simbol "A" ditambahkan setelah nomor.
Sebagai contoh, T8 menunjukkan baja perkakas non-paduan berkualitas tinggi dengan fraksi massa karbon rata-rata 0,8%, dan T8A menunjukkan baja perkakas non-paduan berkualitas tinggi bermutu tinggi dengan fraksi massa karbon rata-rata 0,8%. Nilai, sifat, dan penggunaan utama baja perkakas non-paduan yang umum ditunjukkan pada Tabel 3.
Tabel 3 Kelas Umum, Properti, dan Penggunaan Utama Baja Perkakas Non-Paduan
Kelas | Properti Utama | Kekerasan | Contoh Penggunaan | ||
Keadaan Anil | Sampel yang Dipadamkan | ||||
HBW | Temperatur Pendinginan/°C Media pendingin | HRC | |||
T7 T7A | Setelah perlakuan panas, ia memiliki kekuatan, ketangguhan, dan kekerasan yang cukup tinggi, tetapi kemampuan pengerasan dan kekerasan panas yang buruk, dan berubah bentuk selama pendinginan | ≤187 | 800~820 Air | ≥62 | Digunakan untuk membuat berbagai perkakas yang tahan terhadap benturan dan getaran, membutuhkan ketangguhan yang baik, kekerasan sedang, dan kemampuan memotong yang rendah, seperti perkakas pneumatik kecil, pahat dan gergaji pertukangan, potongan timah, palu tangan, kepala palu masinis, dan pin |
T8 T8A | Setelah quenching dan tempering, ia memiliki kekerasan tinggi, ketahanan aus yang baik, tetapi kekuatan dan plastisitasnya rendah, dan kemampuan pengerasan yang buruk Buruk, rentan terhadap panas berlebih selama pemanasan, mudah berubah bentuk, kekerasan panas rendah, dan ketahanan benturan rendah | ≤187 | 780~800 Air | ≥62 | Digunakan untuk membuat perkakas dengan ujung tajam yang tidak memanas saat bekerja, dengan kekerasan dan ketahanan aus yang tinggi, seperti kapak, pahat, mata gergaji untuk pertukangan, cetakan dan pukulan sederhana, rahang catok, lembaran pegas, dan pin |
T8Mn T8MnA | Performanya mirip dengan T8 dan T8A, tetapi mangan meningkatkan kemampuan pengerasannya dibandingkan dengan T8 dan T8A, dengan lapisan pengerasan yang lebih dalam Lebih dalam | ≤187 | 780~800 Air | ≥62 | Penggunaannya mirip dengan T8 dan T8A |
T10 T10A | Ketangguhan yang baik, kekuatan tinggi, ketahanan aus yang lebih baik daripada T8 dan T8A, kekerasan panas yang rendah, kemampuan pengerasan yang buruk, dan deformasi pendinginan yang besar | ≤197 | 760~780 Air | ≥62 | Digunakan untuk membuat perkakas dengan kondisi pemotongan yang buruk, ketahanan aus yang tinggi, tidak mengalami getaran yang kuat, membutuhkan ketangguhan dan ketajaman tertentu, seperti pemotong frais, perkakas pembubutan, bor, tap, perkakas pertukangan mesin, wire drawing dies, dan meninju mati |
T12 T12A | Kekerasan dan ketahanan aus yang tinggi, ketangguhan yang rendah, kekerasan panas yang buruk, kemampuan pengerasan yang buruk, dan deformasi pendinginan yang besar | ≤207 | ≥62 | Digunakan untuk membuat alat dengan benturan kecil, rendah kecepatan potongdan kekerasan tinggi, seperti pemotong penggilingan, alat pemutar, bor, keran, cetakan, mata gergaji, cetakan pemotongan dingin kecil, dan cetakan pelubang, serta kekerasan tinggi, bagian mekanis berdampak rendah | |
T13 T13A | Baja perkakas non-alloy terbaik dalam baja karbon untuk kekerasan dan ketahanan aus, tetapi ketangguhannya buruk dan tidak dapat menahan benturan | ≤217 | ≥62 | Digunakan untuk membuat perkakas yang membutuhkan kekerasan yang sangat tinggi tetapi tidak terkena benturan, seperti pengikis, pisau cukur, alat menggambar kawat, alat untuk mengukir pola file, alat mengukir, bor, dan kikir |
(3) Baja karbon tuang
Kelas baja karbon tuang (disebut sebagai "baja tuang") ditunjukkan dengan "ZG + dua kelompok angka". "ZG" adalah singkatan dari pinyin Cina untuk "baja tuang", kelompok angka pertama menunjukkan nilai kekuatan luluh minimum, dan kelompok angka kedua menunjukkan nilai kekuatan tarik minimum. Sebagai contoh, ZG230-450 menunjukkan baja karbon tuang dengan kekuatan luluh tidak kurang dari 230MPa dan kekuatan tarik tidak kurang dari 450MPa.
Fraksi massa karbon dalam baja karbon tuang untuk penggunaan teknik umum adalah antara 0,15% dan 0,60%. Baja karbon tuang terutama digunakan untuk membuat komponen baja tuang yang membutuhkan kekuatan dan ketangguhan tinggi, memiliki bentuk yang kompleks, dan sulit dibentuk dengan metode pemrosesan tekanan. Tingkatan, komposisi kimia, sifat mekanik, dan penggunaan utama baja tuang ditunjukkan pada Tabel 4.
Tabel 4 Nilai, komposisi kimia, sifat mekanik, dan penggunaan utama baja karbon tuang
Kelas | Komposisi kimia utama Fraksi massa (%) | Sifat mekanik suhu kamar | Karakteristik kinerja dan contoh penggunaan | |||||||||
C | Si | Mn | P | S | ReL (Rr0.2) MPa | Rm MPa | A11.3 (%) | Z (%) | K/J [aK/ (J/cm)2)] | |||
Tidak lebih dari | Tidak kurang dari | |||||||||||
ZG200-400 | 0.20 | 0.60 | 0.80 | 0.035 | 200 | 400 | 25 | 40 | 30(60) | Plastisitas, ketangguhan, dan kemampuan las yang baik. Digunakan untuk berbagai komponen mekanis yang tidak terlalu tertekan dan membutuhkan ketangguhan yang baik, seperti alas mesin dan rumah transmisi. | ||
ZG230-450 | 0.30 | 0.90 | 230 | 450 | 22 | 32 | 25(45) | Kekuatan tertentu dan plastisitas, ketangguhan, dan kemampuan las yang baik. Digunakan untuk berbagai komponen mekanis yang tidak mengalami tekanan berat dan membutuhkan ketangguhan yang baik, seperti landasan, tutup bantalan, pelat dasar, badan katup, dll. | ||||
ZG270-500 | 0.40 | 0.60 | 0.90 | 0.035 | 270 | 500 | 18 | 25 | 22(35) | Kekuatan tinggi dan kekerasan yang baik, kemampuan cor yang baik, kemampuan las yang baik, dan kemampuan mesin yang baik. Digunakan untuk rangka rolling mill, dudukan bantalan, batang penghubung, rumah, poros engkol, dll. Blok silinder, dll. | ||
ZG310-570 | 0.50 | 310 | 570 | 15 | 21 | 15(30) | Kekuatan dan kemampuan mesin yang baik, plastisitas rendah, dan ketangguhan. Digunakan untuk suku cadang dengan beban besar, seperti roda gigi besar, blok silinder, roda rem, roller, dll. | |||||
ZG340-640 | 0.60 | 340 | 640 | 10 | 18 | 10(20) | Kekuatan, kekerasan, dan ketahanan aus yang tinggi, kemampuan mesin yang baik, kemampuan las yang buruk, fluiditas yang baik, dan sensitivitas retak yang tinggi. Digunakan untuk roda gigi, ratchet, dll. |
II. baja paduan rendah dan baja paduan
Baja yang diperoleh dengan sengaja menambahkan sejumlah elemen paduan ke dalam baja karbon disebut baja paduan rendah dan baja paduan. Pada baja paduan, elemen paduan yang biasa ditambahkan meliputi: mangan (w ≥1%), silikon (w ≥0.5%), kromium, tungsten, nikel, molibdenum, vanadium, aluminium, tembaga, titanium, niobium, dan elemen tanah jarang.
Elemen-elemen ini dapat meningkatkan sifat mekanik dan pengerasan baja, meningkatkan kinerja proses baja, atau mendapatkan sifat fisik dan kimia khusus tertentu, sehingga sangat memperluas jangkauan aplikasinya. Baja paduan dapat dibagi menjadi: baja struktural paduan, baja perkakas paduan, dan baja tujuan khusus.
1. Baja struktural berkekuatan tinggi paduan rendah
Ini adalah baja yang dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil (≤5%) elemen paduan berdasarkan baja karbon rendah (wc <0.2%), dan kelasnya juga diwakili oleh "Q+number". Maknanya sama dengan baja struktural karbon biasa, misalnya, Q345 menunjukkan baja struktural kekuatan tinggi paduan rendah dengan kekuatan luluh minimum 345MPa.
Jika ada huruf A, B, C, D, E setelah grade, itu juga menunjukkan grade kualitas, misalnya, Q345B menunjukkan baja struktural kekuatan tinggi paduan rendah grade B dengan kekuatan luluh minimum 345MPa.
Baja paduan rendah biasanya digunakan dalam kondisi anil pengerolan panas (atau normalisasi). Kekuatannya 10% hingga 20% lebih tinggi daripada baja karbon rendah biasa, sehingga disebut baja kekuatan tinggi paduan rendah.
Baja ini memiliki plastisitas yang baik, ketangguhan, dan kemampuan las yang baik serta ketahanan terhadap korosi. Saat ini banyak digunakan di jembatan, kendaraan, kapal, bangunan, kontainer, dll. Tujuan utamanya adalah untuk mengurangi berat struktur itu sendiri dan memastikan keandalan dan daya tahan penggunaan. Tingkatan, komposisi kimia, sifat mekanik, dan penggunaan baja struktural kekuatan tinggi paduan rendah yang umum digunakan ditunjukkan pada Tabel 1-7.
Tabel 5 Mutu umum, komposisi kimia, sifat mekanik, dan penggunaan utama baja struktural kekuatan tinggi paduan rendah
Kelas | Komposisi kimia (fraksi massa) (%) | Baja Ketebalan /mm | Sifat mekanik | Uji lentur dingin | Contoh penggunaan | ||||||
Standar baru | Standar lama | C | Si | Mn | Lainnya | Rm /MPa | ReL /MPa | A (%) | a - Ketebalan spesimen d - Diameter mandrel | ||
Q345 | 14MnNb | 0.12~ 0.18 | 0.20~ 0.50 | 0.80~ 1.20 | 0.15~ 0,50Nb | ≤16 | 500 | 360 | 20 | 180℃ (d = 2a) | Tangki minyak, ketel uap, jembatan, dll. |
16Mn | 0.12~ 0.20 | 0.20~ 0.50 | 1.2~ 1.60 | -- | ≤16 | 520 | 350 | 21 | Jembatan, kapal, kendaraan, Bejana tekan, struktur bangunan, dll. | ||
16MnRE | 0.12~ 0.20 | 0.20~ 0.50 | 1.2~ 1.50 | 0.2~ 0,35Cu | ≤16 | 520 | 350 | 21 | Jembatan, kapal, kendaraan, Bejana tekan, struktur bangunan dll. | ||
Q390 | 15MnT 15MnV | 0.12~ 0.18 | 0.20~ 0.50 | 1.25~ 1.50 | 0.12~ 0.20Ti | ≤25 | 540 | 400 | 19 | 180℃ (d = 3a) | Kapal, bejana tekan, peralatan pembangkit listrik, dll. Sisi kapal, bejana tekan, jembatan, kendaraan, mesin pengangkat, dll. |
0.12~ 0.18 | 0.20~ 0.50 | 1.25~ 1.50 | 0.04~ 0.14V | ≤25 | 540 | 400 | 18 | Jembatan, kapal, kendaraan, Bejana tekan, struktur bangunan, dll. |
2. Baja struktural paduan
Baja struktural paduan terutama mencakup baja karburasi paduan, baja paduan yang dipadamkan dan ditempa, baja pegas paduan, baja bantalan gelinding, dll.
(1) Baja karburasi paduan
Baja karburasi paduan dibuat dengan menambahkan elemen paduan seperti kromium, mangan, nikel, titanium, vanadium, dll., pada baja karbon rendah. Tingkatannya diwakili oleh "dua digit + simbol elemen paduan + angka".
Dua "digit" pertama menunjukkan sepersepuluh ribu dari fraksi massa karbon rata-rata dalam baja, simbol elemen menunjukkan elemen paduan yang terkandung dalam baja, dan "angka" setelah simbol elemen menunjukkan persentase kandungan rata-rata. Ditetapkan bahwa ketika kandungan rata-rata elemen paduan <1.5%, hanya simbol elemen yang ditandai, dan nomornya tidak ditandai; ketika fraksi massa rata-rata elemen paduan antara 1.5% dan 2.5%, 2.5% dan 3.5%, dll., 2, 3, dll., Ditandai sesuai dengan elemennya.
Sebagai contoh, 20Mn2 menunjukkan bahwa fraksi massa karbon rata-rata adalah 0,20% dan fraksi massa mangan rata-rata adalah 2% pada baja karburasi paduan. Jika itu adalah baja struktural paduan berkualitas tinggi, simbol "A" ditambahkan di akhir kelas, seperti 18Cr2Ni4WA.
Baja karburasi paduan biasanya digunakan setelah karburasi, pendinginan, dan temper suhu rendah. Baja ini terutama digunakan untuk komponen yang membutuhkan kekerasan permukaan tinggi, kekuatan tinggi, ketahanan aus yang tinggi, dan ketangguhan tinggi pada inti, serta dapat menahan beban benturan (seperti roda gigi transmisi, poros roda gigi, pin piston, dll.). Tingkatan, komposisi, sifat mekanik, dan penggunaan baja karburasi paduan yang umum digunakan dapat ditemukan di GB/T3077-2015 (Baja Struktural Paduan).
(2) Paduan Baja yang Dipadamkan dan Baja Tempered
Baja paduan yang dipadamkan dan ditempa biasanya mengacu pada baja paduan karbon sedang yang digunakan setelah perlakuan pendinginan dan penempaan, dengan fraksi massa karbon antara 0,25% dan 0,50%. Metode representasi kelas baja paduan yang dipadamkan dan ditempa sama dengan baja karburasi paduan, juga menggunakan "dua digit + simbol elemen paduan + angka".
Baja paduan yang dipadamkan dan ditempa terutama digunakan untuk bagian penting yang membutuhkan kekerasan tinggi, plastisitas yang baik, dan ketangguhan, seperti poros utama, poros engkol, baut batang penghubung, roda gigi penting, dll. Jika beberapa bagian juga membutuhkan kekerasan permukaan yang tinggi dan ketahanan aus, mereka dapat mengalami pendinginan pemanasan induksi permukaan dan tempering suhu rendah setelah perawatan pendinginan dan tempering.
Nilai, komposisi, perlakuan panas, dan sifat baja quenching dan tempered paduan yang umum digunakan dapat ditemukan di GB/T3077-2015 (Baja Struktural Paduan). Baja paduan yang banyak digunakan untuk quenching dan tempering meliputi 40Cr, 40MnVB, 30CrMnSi, 20MnVB, 12CrNi3, dll.
(3) Baja Pegas Paduan
Baja paduan yang digunakan untuk membuat berbagai pegas atau bagian elastis disebut baja pegas paduan, dengan fraksi massa karbon umumnya antara 0.45% dan 0.70%. Metode representasi kelas baja pegas paduan sama dengan baja karburasi paduan, juga menggunakan "dua digit + simbol elemen + angka".
Nilai, komposisi, perlakuan panas, sifat, dan penggunaan baja pegas paduan yang umum digunakan dapat ditemukan di GB/T1222-2007 (Baja Pegas). Yang paling banyak digunakan adalah baja pegas paduan silikon-mangan, seperti 60Si2Mn, yang banyak digunakan untuk membuat pegas koil dan pegas daun untuk mobil, traktor, lokomotif, dan pegas penting lainnya yang bekerja di bawah tekanan tinggi.
(4) Baja Bantalan Gelinding
Baja paduan yang digunakan untuk membuat elemen gelinding (bola, rol, jarum) dan cincin pada bantalan gelinding disebut baja bantalan gelinding, dengan fraksi massa karbon umumnya antara 0,95% dan 1,15%, untuk mendapatkan martensit karbon tinggi setelah pendinginan, memastikan bahwa baja bantalan gelinding memiliki kekerasan dan kekuatan tinggi.
Tingkat baja bantalan gelinding diwakili oleh "G + Cr + angka". "G" adalah huruf pertama dari pinyin Cina untuk "bergulir", "Cr" adalah simbol elemen untuk kromium, dan "angka" menunjukkan seperseribu dari fraksi massa kromium rata-rata dalam baja. Misalnya, GCr15 menunjukkan bahwa fraksi massa kromium rata-rata adalah 1.5% dalam baja bantalan gelinding.
Fraksi massa kromium pada baja bantalan gelinding umumnya antara 0.40% dan 1.65%. Fungsinya untuk meningkatkan pengerasan baja dan membentuk karbida terdispersi, sehingga meningkatkan ketahanan aus dan kekuatan fatik kontak baja. Untuk bantalan besar, elemen seperti mangan dan silikon juga ditambahkan untuk lebih meningkatkan pengerasan baja.
Saat ini, kelas baja bantalan gelinding yang paling banyak digunakan di Cina adalah GCr15 (terutama digunakan untuk memproduksi bantalan berukuran kecil dan menengah) dan GCr15SiMn (terutama digunakan untuk memproduksi bantalan yang lebih besar).
Baja bantalan gelinding juga dapat digunakan untuk membuat suku cadang dengan ketahanan aus yang tinggi dan kekuatan fatik yang tinggi, seperti spindel penggiling, cetakan pelubang dingin, sekrup utama, alat pengukur presisi, dll. Nilai, komposisi, perlakuan panas, dan sifat baja bantalan gelinding yang umum digunakan dapat ditemukan di GB / T 18254-2016 (Baja Bantalan Kromium Karbon Tinggi).
3. Baja Perkakas Paduan
Baja paduan yang digunakan untuk memproduksi berbagai perkakas disebut baja perkakas paduan. Ini adalah baja yang dibuat dengan menambahkan jumlah elemen paduan yang sesuai ke baja perkakas non-paduan. Baja jenis ini memiliki kekerasan, ketahanan aus, dan ketangguhan yang lebih tinggi daripada baja perkakas non-paduan, terutama kemampuan pengerasan, pengerasan, kekerasan panas, dan stabilitas temper yang lebih baik. Oleh karena itu, baja ini dapat digunakan untuk membuat perkakas dengan penampang besar, bentuk yang rumit, dan persyaratan performa tinggi.
Baja perkakas paduan dibagi menjadi baja perkakas pengukur, baja perkakas tahan benturan, baja cetakan kerja panas, baja cetakan kerja dingin, baja cetakan plastik, dll., sesuai dengan penggunaannya. Metode representasi grade mirip dengan baja struktural paduan, kecuali metode representasi kandungan karbonnya berbeda. Ketika w c ≥1%, kandungan karbon tidak ditandai; ketika wc <1%, satu angka digunakan untuk menunjukkan seperseribu dari kandungan karbon rata-rata dalam baja.
Sebagai contoh, Cr12MoV menunjukkan bahwa wc ≥1%, wCr =12%, dan w Mo , wv <1.5% pada baja perkakas paduan. Contoh lainnya adalah 9SiCr, yang menunjukkan bahwa wc = 0,9%, dan wSi , wCr <1.5% pada baja perkakas paduan. Baja perkakas paduan adalah baja berkualitas tinggi, sehingga simbol "A" tidak ditandai pada akhir kelas.
(1) Baja Cetakan Pekerjaan Dingin
Mengacu pada baja yang digunakan untuk membuat cetakan untuk pencetakan dingin, ekstrusi dingin, dan penarikan logam dalam kondisi dingin. Baja ini memiliki kekerasan tinggi, ketahanan aus yang tinggi, kekuatan dan ketangguhan yang cukup, serta membutuhkan pengerasan yang baik dan deformasi pendinginan yang kecil. Jenis baja ini digunakan setelah quenching dan tempering. Tingkatan, perlakuan panas, sifat, dan penggunaan baja die yang umum digunakan untuk pekerjaan dingin ditunjukkan pada Tabel 6.
Tabel 6 Kelas Baja Die Pekerjaan Dingin yang Umum Digunakan, Perlakuan Panas, Properti, dan Penggunaan
Kelas | Kondisi Pengiriman Kekerasan HBW | Pendinginan | Kekerasan HRC (Tidak kurang dari) | Contoh penggunaan | |
Suhu/℃ | Media pendingin pendinginan | ||||
9Mn2V | ≤229 | 780~810 | Minyak | 62 | Meninju cetakan, cetakan pengepresan dingin |
CrWMn | 207~255 | 800~830 | Minyak | 62 | Bentuk yang kompleks, die punching presisi tinggi |
Cr12 | 217~269 | 950~1000 | Minyak | 60 | Pukulan dingin mati, pukulan, menggambar mati, metalurgi serbuk mati |
Cr12MoV | 207~255 | 950~1000 | Minyak | 58 | Meninju cetakan, memotong cetakan, menggambar cetakan |
(2) Baja cetakan pekerjaan panas
Baja cetakan kerja panas mengacu pada baja yang digunakan untuk membuat cetakan tempa panas, panas ekstrusi matidan die-casting die, yang membentuk logam panas atau paduan di bawah tekanan. Baja die kerja panas bekerja pada suhu tinggi (400 ~ 600 ℃) dan, selama operasi, tidak hanya menanggung beban benturan yang besar tetapi juga menanggung tegangan tekan yang signifikan, tegangan tarik, tegangan tekuk, dan gesekan yang kuat yang disebabkan oleh aliran logam panas di rongga die.
Oleh karena itu, baja die untuk pekerjaan panas diperlukan untuk mempertahankan kekerasan, kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan aus yang memadai pada suhu tinggi. Selain itu, baja jenis ini berulang kali dipanaskan oleh logam panas dan didinginkan oleh media pendingin (air, oli, udara) selama pengoperasian, sehingga menyebabkan perubahan volume dan membuatnya rentan terhadap kelelahan termal.
Fraksi massa karbon pada baja die untuk pekerjaan panas umumnya antara 0.3% dan 0.6%, menjadikannya baja paduan karbon sedang. Grade umum dari baja die untuk pekerjaan panas meliputi 5CrMnMo dan 5CrNiMo. Yang terakhir ini memiliki kemampuan pengerasan yang lebih baik daripada yang pertama, dengan sifat-sifat lain yang serupa. 5CrMnMo cocok untuk membuat panas berukuran kecil hingga sedang penempaan matisedangkan 5CrNiMo cocok untuk membuat cetakan tempa panas berukuran sedang hingga besar. Nilai umum dari baja die-casting die termasuk 3Cr2W8V, dll.
(3) Baja cetakan plastik
Baja cetakan plastik mengacu pada baja yang digunakan untuk membuat cetakan yang menekan bubuk halus atau plastik butiran menjadi bentuk dalam kondisi pemanasan suhu rendah tidak melebihi 200 ℃. Menurut metode pencetakan produk plastik, cetakan cetakan plastik dapat dibagi menjadi cetakan die-casting, cetakan ekstrusi, cetakan injeksi, cetakan pembentuk, cetakan cetakan tiup, dll.
Selama operasi, cetakan terus menerus dipanaskan, ditekan, dan mengalami tingkat gesekan dan korosi tertentu oleh gas berbahaya. Oleh karena itu, baja cetakan plastik diharuskan memiliki kekuatan dan ketangguhan yang cukup pada suhu 200℃, ketahanan aus yang tinggi dan ketahanan terhadap korosi, kemampuan mesin yang baik, kemampuan memoles, kemampuan las, dan kinerja proses perlakuan panas. Saat ini, baja cetakan plastik yang umum digunakan meliputi 3Cr2Mo, 3Cr2MnNiMo.
(4) Baja untuk alat ukur dan alat potong
Alat ukur adalah alat ukur yang digunakan dalam teknik mesin untuk mengontrol akurasi pemesinan, seperti mikrometer, blok pengukur, pengukur steker, kaliper, dll. Karena alat ukur sering bersentuhan dengan bagian yang diukur saat digunakan, maka alat ukur dapat mengalami keausan dan benturan. Oleh karena itu, bagian kerja alat ukur diharuskan memiliki kekerasan tinggi (62 ~ 65HRC), ketahanan aus yang tinggi, stabilitas dimensi yang tinggi, dan ketangguhan yang memadai.
9SiCr dan baja lainnya sering digunakan untuk membuat alat ukur presisi dengan akurasi tinggi dan bentuk yang rumit, seperti blok pengukur dan pengukur steker. Selain itu, baja karburasi paduan atau baja bantalan (GCr15) dapat digunakan untuk membuat alat ukur yang tidak memerlukan presisi tinggi tetapi harus tahan benturan setelah perlakuan karburasi dan pendinginan; terkadang baja perkakas kerja dingin (CrWMn) juga digunakan untuk membuat alat ukur presisi.
4. Kelas, sifat, dan penggunaan baja kinerja khusus
Baja tujuan khusus mengacu pada baja paduan dengan sifat fisik dan kimia khusus, serta sifat mekanis tertentu. Baja ini antara lain meliputi baja tahan karat, baja tahan panas, dan baja tahan aus.
(1) Baja tahan karat
Baja tahan karat mengacu pada baja paduan yang dapat menahan korosi atmosferik, asam, korosi alkali, atau korosi media lainnya. Karakteristik utama baja tahan karat adalah ketahanannya terhadap karat dan korosi, dengan kandungan kromium minimal 10,5% dan kandungan karbon tidak melebihi 1,2%.
Baja tahan karat diklasifikasikan ke dalam beberapa jenis berdasarkan struktur metalografinya: baja tahan karat feritik, baja tahan karat martensitik, baja tahan karat austenitik, baja tahan karat austenitik-feritik, dan baja tahan karat pengerasan curah hujan. Nilai, komposisi, perlakuan panas, dan sifat baja tahan karat yang umum digunakan dapat ditemukan di GB/T1220-2007 (Batang Baja Tahan Karat). Jenis dan nilai baja tahan karat yang paling banyak digunakan meliputi yang berikut ini:
1) Baja tahan karat feritik
Baja tahan karat feritik memiliki tiga jenis:
- Tipe Cr12, tipe Cr13, seperti 06Cr13Al, 022Cr12, dll., umumnya digunakan sebagai baja tahan panas, seperti untuk katup knalpot mobil.
- Jenis Cr17, seperti 10Cr17, 10Cr17Mo, dll., terutama digunakan untuk wadah dan saluran pipa pada peralatan kimia.
- Tipe Cr27 ~ 30, seperti 008Cr27Mo, 008Cr30Mo2, dll., adalah baja yang tahan terhadap korosi asam kuat.
2) Baja tahan karat martensitik
Nilai utama baja tahan karat martensitik adalah 12Cr13, 20Cr13 (dengan kandungan karbon lebih rendah), terutama digunakan untuk suku cadang yang membutuhkan sifat mekanik tinggi dan ketahanan korosi rendah, seperti bilah turbin dan instrumen medis; 30Cr13, 40Cr13 (dengan kandungan karbon lebih tinggi) terutama digunakan untuk katup tekan hidraulik dan alat bedah medis yang keras dan tahan aus, alat pengukur, bantalan baja tahan karat, dan pegas.
3) Baja tahan karat austenitik
Baja tahan karat austenitik meliputi 06Cr19Ni10, 12Cr18Ni9, terutama digunakan untuk membuat komponen yang membutuhkan ketahanan korosi tinggi dan komponen beban ringan yang membutuhkan pengelasan setelah deformasi dingin, seperti pada peralatan kimia dan pipa. Baja ini juga dapat digunakan untuk membuat komponen tahan korosi non-magnetik di industri instrumentasi dan pembangkit listrik. Jenis baja ini terutama meningkatkan kekuatannya melalui pemrosesan deformasi dingin dan tidak dapat diperkuat dengan perlakuan panas.
(2) Baja tahan panas
Baja tahan panas mengacu pada baja berperforma khusus dengan stabilitas kimiawi yang baik atau kekuatan tinggi pada suhu tinggi. Kelas umum baja tahan panas meliputi: 10Cr17, yang dapat digunakan untuk membuat komponen yang tahan terhadap oksidasi di bawah 900°C, seperti radiator, komponen tungku, dan nozel oli. 42Cr9Si2 dan 40Cr10Si2Mo biasanya digunakan untuk membuat katup buang dan bagian lain yang terkena korosi gas buang suhu tinggi serta benturan dan keausan (oleh karena itu juga disebut baja katup).
06Cr19Ni10 dan 45Cr14Ni14W2Mo, karena kandungan kromium dan nikelnya yang tinggi, merupakan baja tahan panas yang banyak digunakan, umumnya digunakan pada bagian boiler, turbin, mesin pembakaran internal, dan tungku perlakuan panas.
(3) Baja tahan aus
Baja tahan aus mengacu pada baja dengan ketahanan aus yang tinggi. Sebagai contoh, baja mangan tinggi, yang mengeras hanya di bawah beban benturan yang kuat, umumnya memiliki kandungan karbon 1,0% hingga 1,3% dan kandungan mangan 11% hingga 14%.
Ketika baja mangan tinggi dipanaskan hingga 1000 ~ 1100 ° C dan mengalami perlakuan larutan, struktur austenit fase tunggal dapat diperoleh. Pada saat ini, kekerasannya tidak tinggi (sekitar 180 ~ 220HBW). Ketika mengalami gesekan atau benturan yang kuat di bawah tekanan tinggi, austenit pada permukaan benda kerja akan dengan cepat mengalami deformasi plastis, menyebabkan pengerasan regangan dan transformasi martensit, secara signifikan meningkatkan kekerasan permukaan (sekitar 550HBW atau lebih tinggi) dan meningkatkan ketahanan aus.
Ketika lapisan yang mengeras di permukaan luntur, permukaan yang baru terbuka akan mengalami transformasi yang sama dan mendapatkan ketahanan aus. Pemrosesan tekanan dan pemrosesan pemotongan baja mangan tinggi sangat sulit, sehingga umumnya langsung dicor menjadi beberapa bagian dan digunakan setelah perawatan larutan.
Baja mangan tinggi terutama digunakan untuk komponen yang bekerja di bawah kondisi gesekan yang parah dan benturan yang kuat, seperti rel untuk tank dan traktor, gigi bucket excavator, bilah bulldozer, pembalik rel kereta api, dan rahang crusher. Tingkatannya ditentukan dalam GB/T 5680-2010 "Pengecoran Baja Mangan Austenitik," seperti ZG100Mn13.
III. Besi tuang
Besi tuang mengacu pada sekelompok paduan besi-karbon-silikon dengan kandungan karbon dan silikon yang tinggi, serta mengandung sejumlah besar pengotor seperti mangan, belerang, dan fosfor. Pada besi tuang, karbon terutama terdapat dalam bentuk grafit. Proses pengendapan karbon dalam bentuk grafit disebut grafitisasi, yang umumnya diwakili oleh simbol G. Tingkat grafitisasi yang berbeda menghasilkan jenis, struktur, dan sifat besi tuang yang berbeda.
Sifat mekanik besi cor lebih rendah daripada baja, tetapi besi cor dengan komposisi yang mendekati eutektik memiliki titik leleh yang rendah dan fluiditas yang baik, sehingga memiliki sifat pengecoran yang sangat baik, ketahanan aus yang baik, peredam getaran, dan kemampuan mesin. Selain itu, proses produksi dan peralatannya sederhana, dan biayanya rendah, menjadikan besi cor sebagai salah satu bahan logam yang paling banyak digunakan.
1. Klasifikasi besi tuang
Menurut bentuk karbon yang berbeda dalam besi tuang, besi tuang dapat dibagi ke dalam tiga kategori berikut:
(1) Besi tuang abu-abu
Karbon seluruhnya atau sebagian besar dalam bentuk grafit, tanpa struktur ledeburite, dan permukaan patahannya berwarna abu-abu gelap. Sebagian besar besi tuang yang digunakan dalam industri adalah besi tuang jenis ini.
(2) Besi cor putih
Proses grafitisasi besi cor jenis ini sepenuhnya ditekan. Kecuali sejumlah kecil karbon yang terlarut dalam ferit, semua karbon ada dalam bentuk Fe₃C. Permukaan patahannya berwarna putih keperakan, keras, dan rapuh, sehingga sulit untuk dikerjakan dengan mesin. Oleh karena itu, jarang digunakan secara langsung dalam industri. Saat ini, besi tuang putih terutama digunakan sebagai bahan baku pembuatan baja dan untuk memproduksi besi tuang yang dapat ditempa.
(3) Besi cor berbintik-bintik
Proses grafitisasi besi cor jenis ini hanya terwujud sebagian. Sebagian karbon ada dalam bentuk grafit, dan sebagian lagi ada dalam bentuk Fe₃C. Permukaan patahannya berbintik-bintik hitam dan putih, juga sangat keras dan rapuh, sehingga sulit untuk dikerjakan dengan mesin. Oleh karena itu, jarang digunakan dalam industri.
Besi tuang kelabu umumnya digunakan dalam industri. Performanya tidak hanya terkait dengan komposisi dan struktur matriksnya, tetapi juga dengan bentuk dan ukuran grafit. Menurut bentuk grafit yang berbeda dalam besi tuang, besi tuang dapat dibagi menjadi empat jenis berikut:
1) Besi cor abu-abu
Grafitnya berbentuk serpihan, dengan sifat mekanik yang buruk, tetapi proses produksinya sederhana, biayanya rendah, dan kinerja casting sangat baik, sehingga banyak digunakan dalam industri.
2) Besi cor yang dapat ditempa
Grafitnya berbentuk kelompok, dengan sifat mekanik yang lebih baik daripada besi cor kelabu, tetapi siklus produksinya panjang dan biayanya tinggi. Umumnya digunakan untuk memproduksi beberapa coran kecil yang penting.
3) Besi cor ulet
Grafitnya berbentuk bulat, dengan sifat mekanik tertinggi, dan kekuatannya mendekati baja non-paduan. Proses produksinya lebih sederhana dibandingkan dengan besi tuang lunak. Besi tuang ulet dapat menggantikan beberapa baja non-paduan dan baja paduan dalam pembuatan komponen penting tertentu.
4) Besi cor vermicular
Grafitnya berbentuk vermicular, dengan sifat mekanis antara besi cor kelabu dan besi cor ulet. Ini adalah jenis besi cor baru dengan sejarah pengembangan yang relatif singkat.
2. Besi tuang abu-abu
(1) Struktur dan sifat besi cor kelabu
Struktur mikro besi cor kelabu dicirikan oleh grafit serpihan yang didistribusikan pada berbagai struktur matriks. Menurut struktur matriks yang berbeda, itu dibagi menjadi:
- Besi cor kelabu feritik (grafit serpihan yang didistribusikan pada matriks feritik).
- Besi cor kelabu feritik + perlit (grafit serpihan yang didistribusikan pada matriks feritik dan perlit).
- Besi cor kelabu pearlitic (grafit serpihan yang didistribusikan pada matriks pearlitic).
Struktur besi tuang kelabu setara dengan serpihan grafit yang didistribusikan pada matriks baja. Karena kekuatan, plastisitas, dan ketangguhan grafit sangat rendah, maka grafit bertindak sebagai retakan dan lubang pada besi tuang, menghancurkan kontinuitas logam matriks dan menyebabkan konsentrasi tegangan pada ujung grafit serpihan.
Oleh karena itu, sifat mekanis besi cor kelabu secara signifikan lebih rendah daripada baja non-paduan. Ini adalah bahan yang rapuh, tidak cocok untuk penempaan dan stamping, dan memiliki kemampuan las yang buruk. Namun, kekuatan tekan besi cor kelabu tidak terlalu terpengaruh oleh grafit, dan kekuatan tekannya mendekati baja, sehingga cocok untuk membuat bagian kompresi tetapi tidak untuk bagian tegangan.
Kehadiran grafit memberikan besi cor kelabu kemampuan cor, ketahanan aus, peredaman getaran, dan kemampuan mesin yang lebih baik daripada baja non-paduan, dengan sensitivitas takik yang lebih rendah, sehingga banyak digunakan dalam industri.
(2) Nilai dan penggunaan besi cor kelabu
Tingkat besi cor kelabu terdiri dari "HT + nomor". "HT" adalah singkatan dari "besi kelabu" dalam bahasa Cina pinyin, dan angka tersebut menunjukkan nilai kekuatan tarik minimum (MPa) dari batang uji cor tunggal dengan diameter Φ30mm. Nilai umum, sifat mekanik, dan penggunaan besi cor kelabu ditunjukkan pada Tabel 7.
Tabel 7 Kelas, sifat mekanik, dan penggunaan besi cor kelabu (dikutip dari GB/T 9439-2010)
Kategori besi cor | Kelas | Ketebalan dinding pengecoran / mm | Kekuatan tarik Rm /MPa | Kekerasan HBW | Struktur mikro | Contoh penggunaan | |
Matriks | Grafit | ||||||
Besi tuang abu-abu feritik | HT100 | 5~40 | ≥100 | ≤170 | F+P (kecil) | Serpihan kasar | Beban rendah dan bagian yang tidak penting, seperti penutup, rumah, handwheel, braket, penyeimbang, dll. |
Besi cor abu-abu feritik-mutiara | HT150 | 5~300 | ≥150 | 125~205 | F + P | Serpihan yang lebih kasar | Bagian yang mengalami tekanan sedang, seperti kolom, alas, kotak roda gigi, meja kerja, dudukan alat, penutup ujung, badan katup, alat kelengkapan pipa, dan bagian dengan persyaratan kondisi kerja umum |
Besi tuang abu-abu pearlit | HT200 | 5~300 | ≥200 | 150~230 | P | Sedang Flaky | Suku cadang yang mengalami tekanan lebih besar dan suku cadang yang lebih penting, seperti blok silinder, roda gigi, alas mesin, roda gila, ranjang, pelapis silinder, piston, roda rem, kopling, kotak roda gigi, dudukan bantalan, silinder hidraulik, dll. |
HT250 | 5~300 | ≥250 | 180~250 | P | Lebih halus Flaky | ||
Besi cor yang diinokulasi | HT300 | 10~300 | ≥300 | 200~275 | Sorbite Atau troostite | Baik. Flaky | Bagian-bagian penting yang mengalami tegangan lentur dan tegangan tarik yang tinggi, seperti roda gigi, bubungan, dan chuck bubut, geser mesin dan badan mesin press, tempat tidur, silinder hidraulik bertekanan tinggi, rumah katup geser, dll. |
HT350 | 10~300 | ≥350 | 220~290 |
(3) Perlakuan inokulasi besi cor kelabu
Perlakuan inokulasi mengacu pada metode penambahan sejumlah kecil inokulan (seperti ferrosilicon, paduan kalsium-silikon, dll.) Ke besi cair selama penuangan untuk mengubah kondisi kristalisasi besi cair, sehingga diperoleh grafit bersisik yang halus dan terdistribusi secara seragam serta struktur perlit yang halus.
Perlakuan inokulasi membuat struktur dan kinerja setiap bagian pengecoran menjadi seragam dan konsisten, meningkatkan kekuatan, plastisitas, dan ketangguhan besi tuang, serta mengurangi sensitivitas bagian besi tuang kelabu. Besi tuang setelah perlakuan inokulasi disebut besi tuang yang diinokulasi, dan HT300 dan HT350 pada Tabel 7 termasuk dalam besi tuang yang diinokulasi.
(4) Perlakuan panas pada besi cor kelabu
Karena perlakuan panas hanya dapat mengubah struktur matriks besi cor kelabu dan tidak dapat mengubah bentuk dan distribusi grafit, maka perlakuan panas hanya berpengaruh kecil pada peningkatan sifat mekanik besi cor kelabu.
Oleh karena itu, perlakuan panas pada besi tuang kelabu terutama digunakan untuk menghilangkan tegangan internal pada coran, meningkatkan kemampuan mesinnya, dan meningkatkan kekerasan permukaan dan ketahanan aus coran. Metode perlakuan panas yang umum termasuk anil penghilang stres (perlakuan penuaan), anil pelunakan (anil grafitisasi), dan pendinginan permukaan.
3. Besi Ulet
Besi ulet adalah jenis besi tuang yang ditambahkan zat spheroidizing dan inokulan sebelum besi cair dituang, sehingga menyebabkan grafit dalam besi tuang terdistribusi dalam bentuk bola, baik seluruhnya maupun sebagian besar.
(1) Struktur dan Sifat Besi Ulet
Tergantung pada komposisi kimia, laju pendinginan, dan metode perlakuan panas, besi ulet dapat memiliki struktur mikro yang berbeda, terutama meliputi ferit, ferit + perlit, dan struktur matriks perlit. Besi ulet feritik memiliki plastisitas dan ketangguhan yang baik, sedangkan besi ulet perlit memiliki kekuatan tarik dan kekerasan yang tinggi (lebih dari 50% lebih tinggi dari besi ulet feritik). Sifat-sifat besi ulet dengan matriks ferit + perlit berada di tengah-tengah di antara keduanya.
Mengganti baja non-paduan dengan besi ulet untuk komponen yang mengalami beban statis adalah aman dan andal. Saat ini, aplikasi besi ulet dalam produksi industri dan pertanian semakin meluas.
(2) Nilai dan Penggunaan Besi Ulet
Kelas besi ulet terdiri dari "QT + angka-angka". "QT" adalah singkatan dari "besi ulet" dalam bahasa Mandarin pinyin, rangkaian angka pertama mewakili nilai kekuatan tariknya (MPa), dan rangkaian angka kedua mewakili nilai perpanjangan setelah patah. Nilai umum, sifat mekanik, dan penggunaan besi ulet ditunjukkan pada Tabel 8.
Tabel 8 Kelas, Sifat Mekanis, dan Penggunaan Besi Ulet (dikutip dari GB/T 1348-2009)
Kelas | Struktur Dasar | Sifat Mekanis | Contoh Penggunaan | |||
Rm/MPa | Rp0.2/MP₈ | A (%) | Kekerasan HBW | |||
Tidak Kurang Dari | ||||||
QT400-8 | Ferit | 400 | 250 | 18 | 120~175 | Suku cadang yang mengalami benturan dan getaran, seperti hub, rumah poros penggerak, rumah diferensial, garpu pemindah mobil dan traktor, suku cadang mesin pertanian, katup bertekanan sedang dan rendah, saluran pipa air dan gas, silinder bertekanan tinggi dan rendah pada kompresor, rumah motor, kotak roda gigi, rumah roda gila, dan lain-lain. |
QT400-5 | 400 | 250 | 15 | 120~180 | ||
QT450-10 | 450 | 310 | 10 | 160~210 | ||
QT500-7 | Ferit + Mutiara | 500 | 320 | 7 | 170~230 | Basis mesin, poros penggerak, roda gila, roda gigi pompa oli mesin pembakaran internal, bantalan poros lokomotif kereta api, dll. |
QT600-3 | Pearlite + Ferit | 600 | 370 | 3 | 190~270 | Suku cadang dengan beban besar dan gaya yang rumit, seperti poros engkol, batang penghubung, poros bubungan, pelapis silinder mobil dan traktor, spindel utama beberapa penggiling, mesin milling, mesin bubut, cacing perkakas mesin, roda gigi cacing, gulungan gilingan, roda gigi besar, poros utama turbin hidro kecil, blok silinder, rol derek jembatan, dll. |
QT700-2 | Pearlite | 700 | 420 | 2 | 225~305 | |
QT800-2 | Pearlite atau Struktur Tempered | 800 | 480 | 2 | 245~335 | |
QT900-2 | Bainit atau Martensit Tempered | 900 | 600 | 2 | 280~360 | Roda gigi berkekuatan tinggi, seperti roda gigi hipoid pada as roda belakang mobil, roda gigi peredam besar, poros engkol, poros bubungan pada mesin pembakaran internal, dll. |
(3) Perlakuan Panas pada Besi Ulet
Karena grafit bulat memiliki efek pemisahan yang kecil pada matriks, sifat mekanik besi ulet terutama bergantung pada struktur matriks. Oleh karena itu, memperbaiki struktur matriks melalui perlakuan panas dapat secara signifikan meningkatkan sifat mekanik besi ulet. Metode perlakuan panas pada dasarnya sama dengan metode untuk baja, terutama termasuk anil, normalisasi, quenching dan tempering, dan quenching isotermal.
4. Besi Tuang yang Dapat Ditempa
Besi tuang lunak adalah besi tuang dengan grafit flokulan yang diperoleh dengan anil grafitisasi besi tuang putih. Proses produksinya melibatkan pengecoran besi tuang putih terlebih dahulu, lalu menguraikan sementit melalui anil grafitisasi suhu tinggi (disebut juga anil lunak) untuk mendapatkan grafit flokulan.
(1) Struktur dan Sifat Besi Tuang yang Dapat Ditempa
Besi tuang lunak diklasifikasikan menjadi besi tuang lunak blackheart (juga dikenal sebagai besi tuang lunak feritik), besi tuang lunak pearlitic, dan besi tuang lunak whiteheart berdasarkan struktur matriks yang diperoleh setelah proses anil.
Grafit pada besi tuang yang dapat ditempa bersifat flokulan. Dibandingkan dengan besi cor kelabu, besi cor yang dapat ditempa memiliki kekuatan dan plastisitas yang lebih baik, terutama kinerja benturan suhu rendah yang lebih baik. Dibandingkan dengan besi ulet, besi ini memiliki keunggulan biaya yang lebih rendah, kualitas yang stabil, perawatan besi cair yang sederhana, dan kesesuaian untuk produksi yang terorganisir.
Ketahanan aus dan peredaman getaran dari besi tuang yang dapat ditempa lebih unggul daripada baja non-paduan biasa, dan kemampuan permesinannya mendekati kemampuan permesinan besi tuang kelabu. Sangat cocok untuk membuat komponen kecil dan menengah berdinding tipis berbentuk kompleks dan komponen yang membutuhkan ketangguhan tinggi karena getaran selama pengoperasian. Besi tuang lunak dinamai demikian karena kekuatan, plastisitas, dan ketangguhan benturannya yang tinggi, tetapi sebenarnya tidak dapat ditempa.
(2) Nilai dan Aplikasi Besi Cor yang Dapat Ditempa
Kelas besi tuang lunak yang umum digunakan terdiri dari "KTH + nomor-nomor", "KTZ + nomor-nomor", atau "KTB + nomor-nomor". "KT" adalah singkatan dari huruf pinyin Cina untuk "besi lunak". "KTH" adalah singkatan dari besi tuang lunak hati hitam, "KTZ" adalah singkatan dari besi tuang lunak mutiara, dan "KTB" adalah singkatan dari besi tuang lunak hati putih. Rangkaian angka pertama setelah simbol menunjukkan nilai kekuatan tarik (MPa), dan rangkaian angka kedua menunjukkan nilai perpanjangan setelah patah. Nilai, sifat mekanik, dan aplikasi besi tuang lunak yang umum digunakan ditunjukkan pada Tabel 9.
Tabel 9 Kelas, Sifat Mekanis, dan Aplikasi Besi Cor yang Dapat Ditempa (dikutip dari GB/T 9440-2010)
Jenis | Kelas | Diameter Sampel / mm | Sifat Mekanis | Contoh Aplikasi | |||
Rm/MPa | Rp0.2/MPa | A (%) | HBW | ||||
Tidak Kurang Dari | |||||||
Besi Tuang Lunak Blackheart | KTH300-06 | 12 atau 15 | 300 | 6 | ≤150 | Siku, Fitting Tee, Katup Tekanan Sedang dan Rendah Gerbang, dll. | |
KTH330-08 | 330 | 8 | Kunci Pas, Bilah Bajak, Kolom Bajak, Rumah Roda, dll. | ||||
KTH350-10 | 350 | 200 | 10 | Rumah Roda Depan dan Belakang Mobil dan Traktor, Rumah Diferensial, Rumah Buku Jari Kemudi, Rem, dan Suku Cadang Kereta Api, dll. | |||
KTH370-12 | 370 | 12 | |||||
Besi Cor Lunak Pearlitic | KTZ450-06 | 12 atau 15 | 450 | 270 | 6 | 150~200 | Suku Cadang Beban Tinggi dan Tahan Aus, seperti Poros Engkol, Poros Bubungan, Batang Penghubung, Roda Gigi, Cincin Piston, Bushing, Cakram Garu, Sambungan Universal, Ratchet, Kunci Pas, Rantai Penggerakdll. |
KTZ550-04 | 550 | 340 | 4 | 180~230 | |||
KTZ650-02 | 650 | 430 | 2 | 210~260 | |||
KTZ700-02 | 750 | 530 | 2 | 240~290 |
5. Besi Grafit yang Dipadatkan
Besi grafit yang dipadatkan adalah besi tuang dengan grafit seperti cacing yang diperoleh dengan menambahkan zat vermikulitisasi dan inokulan dalam jumlah yang sesuai pada besi cair dengan komposisi tertentu. Metode dan prosedur produksinya pada dasarnya sama dengan besi ulet.
(1) Nilai, Sifat, dan Aplikasi Besi Grafit yang Dipadatkan
Karena sebagian besar grafit dalam besi grafit yang dipadatkan berbentuk seperti cacing, maka struktur dan sifat-sifatnya berada di antara besi ulet dan besi tuang kelabu dengan struktur matriks yang sama. Kekuatan, ketangguhan, kekuatan fatik, ketahanan aus, dan ketahanan fatik termal lebih tinggi daripada besi tuang kelabu, dan sensitivitas penampangnya juga kecil. Namun, plastisitas dan ketangguhannya lebih rendah daripada besi ulet. Kemampuan cor, redaman getaran, konduktivitas termal, dan kemampuan mesin dari besi grafit yang dipadatkan lebih baik daripada besi ulet, dan kekuatan tariknya mendekati besi ulet.
Tingkatan besi grafit yang dipadatkan terdiri dari "RuT + angka", di mana "RuT" adalah singkatan dari bahasa Mandarin untuk "besi yang dipadatkan", dan angka tersebut menunjukkan nilai kekuatan tarik (MPa). Tingkatan, sifat mekanik, dan aplikasi besi grafit yang dipadatkan ditunjukkan pada Tabel 10.
Tabel 10 Nilai, Sifat Mekanis, dan Aplikasi Besi Cor Grafit Vermicular (Kutipan dari GB/T 26655-2011)
Kelas | Sifat Mekanis | Contoh Aplikasi | |||
Rm/MPa | Rp0.2/MPa | A (%) | HBW | ||
Tidak kurang dari | |||||
RuT300 | 300 | 210 | 2.0 | 140~210 | Pipa knalpot, rumah gearbox, kepala silinder, suku cadang hidraulik, suku cadang mesin tekstil, cetakan ingot, dll. |
RuT350 | 350 | 245 | 1.5 | 160~220 | Suku cadang alat berat, rumah gearbox besar, penutup, alas, roda gila, pengangkat drum mesin, dll. |
RuT400 | 400 | 280 | 1.0 | 180~240 | Cincin piston, pelapis silinder, cakram rem, cakram gerinda bola baja, pompa keruk tubuh, dll. |
RuT450 | 450 | 315 | 1.0 | 200~250 |
(2) Perlakuan Panas Besi Cor Grafit Vermicular
Perlakuan panas pada besi cor grafit vermicular terutama untuk menyesuaikan struktur matriksnya untuk memenuhi persyaratan sifat mekanik yang berbeda. Proses perlakuan panas yang umum termasuk normalisasi dan anil. Tujuan normalisasi adalah untuk meningkatkan jumlah perlit, sehingga meningkatkan kekuatan dan ketahanan aus; anil adalah untuk mendapatkan matriks dengan ferit lebih dari 85% atau untuk menghilangkan sementit bebas di area berdinding tipis.
6. Besi Cor Paduan
Besi tuang paduan adalah besi tuang yang beberapa elemen paduannya sengaja ditambahkan selama peleburan untuk meningkatkan sifat fisik, kimia, dan mekaniknya atau untuk mendapatkan sifat khusus tertentu, seperti besi tuang tahan aus, besi tuang tahan panas, dan besi tuang tahan korosi.
(1) Besi Cor Tahan Aus
Besi cor tahan aus secara kasar dapat dibagi menjadi besi cor anti-gesekan dan besi cor tahan aus berdasarkan kondisi kerjanya.
Besi tuang anti-gesekan membutuhkan keausan rendah, koefisien gesekan rendah, konduktivitas termal yang baik, dan teknologi pemrosesan yang baik selama pengoperasian. Besi cor anti-gesekan yang umum meliputi: besi cor kelabu dengan matriks pearlitic (dengan sifat anti-gesekan yang baik) dan besi cor fosfor tinggi (dengan ketahanan aus yang signifikan, biasanya digunakan untuk mesin bubut, mesin milling, dan tempat tidur mesin bor dan meja kerja).
Besi tuang anti aus digunakan untuk pengecoran yang bekerja dalam kondisi gesekan kering tanpa pelumasan, sehingga membutuhkan struktur dengan kekerasan tinggi yang seragam. Besi tuang anti aus yang umum meliputi: besi tuang dingin (yang memiliki kekuatan dan ketahanan aus yang tinggi serta dapat menahan benturan tertentu), besi tuang putih anti aus (banyak digunakan untuk membuat komponen yang tahan aus seperti gulungan dan roda), dan besi ulet mangan sedang (banyak digunakan untuk membuat komponen yang bekerja di bawah beban tumbukan dan kondisi keausan, seperti mata bajak, bola gerinda untuk ball mill, dan pelat lintasan traktor).
(2) Besi cor tahan panas
Ketahanan panas besi tuang terutama mengacu pada kemampuannya untuk menahan oksidasi dan pertumbuhan termal pada suhu tinggi. Yang disebut "pertumbuhan termal" mengacu pada ekspansi volume besi tuang yang tidak dapat diubah pada suhu tinggi, yang dapat mengembang sekitar 10% dalam kasus yang parah.
Alasan utamanya adalah gas pengoksidasi menembus ke dalam besi tuang untuk membentuk oksida dengan kepadatan rendah dan volume besar; karbida terurai pada suhu tinggi untuk menghasilkan grafit dengan kepadatan rendah dan volume besar; dan perubahan fasa terjadi pada matriks besi tuang selama pemanasan dan pendinginan. Hasil akhir dari pertumbuhan termal dapat menyebabkan deformasi, pembengkokan, keretakan, atau bahkan patahnya komponen.
Nilai, komposisi, suhu pengoperasian, dan aplikasi besi tuang tahan panas yang umum digunakan dapat ditemukan dalam standar nasional (GB/T 9437-2009).
(3) Besi cor tahan korosi
Besi cor tahan korosi tidak hanya memiliki sifat mekanis tertentu tetapi juga membutuhkan ketahanan korosi yang tinggi saat bekerja di media korosif.
Besi tuang tahan korosi banyak digunakan dalam industri seperti petrokimia dan pembuatan kapal untuk membuat komponen seperti pipa, katup, pompa, dan kontainer yang sering bekerja di media seperti atmosfer, air laut, asam, basa, dan garam. Namun, setiap jenis besi tuang tahan korosi memiliki rentang tertentu yang dapat diterapkan, dan perlu dipilih secara wajar berdasarkan media korosif dan kondisi kerja. Komposisi dan rentang aplikasi besi tuang tahan korosi yang umum digunakan dapat ditemukan dalam manual material logam yang relevan.
IV. Logam non-besi dan paduannya
Logam non-besi merujuk pada semua logam lain kecuali baja dan besi tuang, yang juga dikenal sebagai logam non-besi. Ada banyak jenis logam non-besi, terutama termasuk tembaga (Cu), aluminium (Al), titanium (Ti), magnesium (Mg), tungsten (W), molibdenum (Mo), dan paduannya. Peleburan logam non-besi relatif sulit dan mahal, serta produksi dan penggunaannya jauh lebih sedikit dibandingkan dengan bahan baja.
Namun, logam non-besi memiliki sifat fisik dan kimia tertentu yang tidak dimiliki oleh material baja. Oleh karena itu, logam non-besi telah menjadi bahan yang sangat diperlukan dalam industri modern. Berikut ini adalah pengenalan singkat tentang paduan aluminium dan paduan tembaga, yang banyak digunakan dalam produksi industri.
1. Aluminium dan paduannya
(1) Aluminium murni untuk industri (disebut sebagai aluminium murni)
Aluminium murni saat ini merupakan logam non-besi yang paling banyak digunakan dalam industri. Kemurnian aluminium murni industri adalah 98,8% hingga 99,7%. Aluminium murni memiliki kepadatan rendah hanya 2,72 g / cm³; memiliki konduktivitas listrik dan termal yang tinggi, nomor dua setelah perak, tembaga, dan emas, peringkat keempat.
Aluminium memiliki ketahanan korosi atmosferik yang baik di atmosfer tetapi tidak dapat menahan korosi oleh asam, basa, dan garam. Aluminium murni memiliki kekuatan rendah, plastisitas tinggi, dan tidak ada feromagnetisme. Aluminium dapat diproses menjadi berbagai profil (seperti kabel, batang, dan tabung) melalui deformasi dingin dan panas, tetapi tidak dapat digunakan sebagai bagian struktural penahan beban.
(2) Paduan aluminium
Paduan aluminium diperoleh dengan menambahkan jumlah elemen paduan yang sesuai seperti Cu, Si, Mg, Zn, dan Mn ke dalam aluminium dan menggunakan metode seperti penguatan larutan padat. Paduan aluminium memiliki kekuatan tinggi dengan tetap mempertahankan kepadatan rendah, konduktivitas listrik yang baik, dan konduktivitas termal aluminium murni. Beberapa paduan aluminium juga dapat diperkuat lebih lanjut melalui deformasi dingin atau perlakuan panas, sehingga cocok untuk pembuatan komponen mekanis yang menanggung beban tertentu.
1) Klasifikasi paduan aluminium
Menurut komposisi dan karakteristik pemrosesan, paduan aluminium yang umum digunakan dapat dibagi menjadi paduan aluminium tempa dan paduan aluminium cor. Paduan aluminium tempa memiliki plastisitas yang baik dan cocok untuk pemrosesan tekanan, sedangkan aluminium cor memiliki struktur eutektik, titik leleh rendah, fluiditas yang baik, dan cocok untuk pengecoran.
2) Perlakuan panas pada paduan aluminium
Prinsip-prinsip perlakuan panas untuk paduan aluminium berbeda dengan baja karena paduan aluminium tidak memiliki transformasi alotropik dan tidak dapat diperkuat melalui transformasi martensitik seperti baja. Paduan aluminium dapat memperoleh struktur larutan padat fase tunggal setelah pemanasan, dan terjadi perubahan kelarutan dalam kondisi padat. Oleh karena itu, paduan aluminium dapat diperkuat dengan perlakuan pendinginan dan penuaan (disebut perlakuan penuaan larutan).
Kekuatan paduan aluminium tidak tinggi setelah pendinginan dan harus ditempatkan pada suhu kamar untuk jangka waktu tertentu sebelum kekuatan dan kekerasan meningkat secara signifikan. Fenomena ini disebut pengerasan usia. Penuaan pada suhu kamar disebut penuaan alami, sedangkan penuaan dalam kondisi pemanasan (100 ~ 200 ℃) disebut penuaan buatan. Perlakuan pendinginan dan penuaan tidak hanya merupakan cara utama untuk memperkuat paduan aluminium tetapi juga merupakan cara penting untuk memperkuat logam non-besi lainnya.
2. Tembaga dan paduannya
(1) Tembaga murni industri
Tembaga murni industri, yang disebut sebagai tembaga murni, memiliki titik leleh 1083 ℃. Tembaga ini memiliki konduktivitas listrik dan termal yang baik (nomor dua setelah perak), ketahanan korosi yang baik di atmosfer dan air tawar, serta tidak bersifat magnetis.
Tembaga murni memiliki kekuatan dan kekerasan yang rendah, plastisitas yang baik, ketangguhan, dan kemampuan las. Tembaga murni dapat diproses menjadi berbagai profil yang cocok untuk industri listrik (seperti kawat, kabel, dan tabung tembaga), peralatan komunikasi, dan instrumen anti-magnetik dan non-magnetik melalui deformasi dingin dan panas.
(2) Paduan tembaga
Paduan tembaga diperoleh dengan menambahkan jumlah elemen yang sesuai seperti silikon, seng, dan aluminium ke dalam tembaga dan menjalani perawatan paduan. Paduan ini memiliki kekuatan dan ketangguhan yang memenuhi persyaratan penggunaan. Menurut komposisi kimianya, paduan tembaga dibagi menjadi kuningan, cupronickel, dan perunggu. Menurut metode produksinya, paduan tembaga dibagi menjadi paduan tembaga tempa dan paduan tembaga cor. Yang paling banyak digunakan dalam industri adalah kuningan dan perunggu.
1) Kuningan
Kuningan adalah paduan tembaga dengan seng (Zn) sebagai elemen paduan utama, dinamakan demikian karena warnanya yang keemasan. Kuningan dibagi menjadi kuningan biasa dan kuningan khusus berdasarkan komposisinya. Kuningan biasa adalah paduan biner yang terdiri dari tembaga dan seng.
- Ketika wZn <32%, seiring dengan meningkatnya fraksi massa seng, kekuatan dan kekerasan kuningan meningkat, dan memiliki plastisitas yang baik, biasanya digunakan untuk pemrosesan deformasi dingin;
- Ketika wZn berada di antara 30% dan 32%, plastisitasnya adalah yang tertinggi;
- Ketika wZn berada di antara 32% dan 45%, sementara kekuatannya terus meningkat, plastisitasnya agak menurun, kuningan jenis ini cocok untuk pemrosesan deformasi panas;
- Ketika wZn >45%, kekuatan dan plastisitas kuningan menurun tajam, dan tidak memiliki nilai praktis dalam produksi.
Kuningan biasa dibagi menjadi kuningan olahan dan kuningan cor menurut metode produksi yang berbeda.
Kuningan khusus adalah paduan tembaga yang dibentuk dengan menambahkan unsur-unsur seperti timbal (Pb), aluminium (Al), timah (Sn), dan silikon (Si) pada kuningan biasa, dan karenanya disebut kuningan timbal, kuningan aluminium, kuningan timah, kuningan silikon, dan lain-lain.
- Penambahan timbal dapat meningkatkan kemampuan mesin dan ketahanan aus;
- Penambahan aluminium dapat meningkatkan kekuatan, kekerasan, dan ketahanan terhadap korosi, serta mengurangi kecenderungan kuningan untuk retak;
- Penambahan silikon dapat meningkatkan performa pengecoran dan membantu meningkatkan kekuatan serta ketahanan terhadap korosi;
- Timah dapat meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan mengurangi kecenderungan retak korosi tegangan;
- Jika kuningan khusus mengandung lebih sedikit elemen paduan dan memiliki plastisitas yang lebih tinggi, maka disebut kuningan khusus yang diproses;
- Jika mengandung lebih banyak elemen paduan dan memiliki kekuatan serta kemampuan cor yang lebih baik, maka disebut kuningan khusus cor.
2) Perunggu
Perunggu adalah paduan tembaga selain kuningan dan cupronickel (paduan tembaga-nikel). Menurut metode produksi yang berbeda, itu dapat dibagi menjadi perunggu olahan dan perunggu cor; menurut komposisi yang berbeda, itu dapat dibagi menjadi perunggu biasa dan perunggu khusus.