Tinjauan Teknis Baja 9CrWMn

1. Gambaran Umum dan Karakteristik Utama

Tinjauan Teknis Baja 9CrWMn: 9CrWMn adalah baja perkakas kerja dingin paduan rendah yang andal, banyak digunakan untuk pembuatan berbagai perkakas dan cetakan. Keunggulan utamanya terletak pada perubahan dimensi minimal selama proses pendinginan – baja ini sering disebut sebagai baja 'mikro-deformasi'. Stabilitas yang luar biasa ini menjadikannya pilihan yang sangat baik untuk membuat komponen yang rumit dan berpresisi tinggi, yang sangat penting untuk menjaga toleransi yang ketat setelah perlakuan panas.

Kelas ini memberikan keseimbangan yang kuat dari sifat-sifat penting:

• Kemampuan Pengerasan yang Baik: Mencapai kekerasan yang konsisten, bahkan pada bagian yang lebih tebal, jika dipadamkan dengan benar.
• Ketahanan Aus Tinggi: Menawarkan daya tahan yang sangat baik terhadap abrasi, memperpanjang umur alat.
• Ketangguhan yang Dapat Diandalkan: Memberikan ketahanan yang cukup terhadap keretakan jika diberi perlakuan panas yang benar.

Elemen paduan spesifik sangat penting bagi kinerjanya:

• Kromium (Cr): Meningkatkan pengerasan dan secara signifikan meningkatkan ketahanan aus.
• Wolfram (W): Berkontribusi lebih lanjut terhadap ketahanan aus, membantu menyempurnakan struktur butiran (meningkatkan ketangguhan), dan mengurangi kepekaan terhadap panas berlebih selama perlakuan panas.
• Mangan (Mn): Juga memainkan peran kunci dalam meningkatkan pengerasan baja.

2. Komposisi Kimia Baja 9CrWMn

Komposisi kimia standar untuk 9CrWMn, menurut GB/T 1299 adalah:

• Karbon (C): 0.85 – 0.95%
• Silikon (Si): ≤ 0,40%
• Mangan (Mn): 0.90 – 1.20%
• Kromium (Cr): 0.50 – 0.80%
• Wolfram (W): 0.50 – 0.80%
• Fosfor (P): ≤ 0,030%
• Belerang (S): ≤ 0,030%

Catatan: Ada padanan internasional seperti AISI O1, DIN 1.2510, dan JIS SKS3, tetapi mungkin ada sedikit variasi dalam rentang komposisi. Selalu rujuk ke standar khusus jika diperlukan kepatuhan yang tepat.

3. Nilai Setara

9CrWMn merupakan kelas yang sudah mapan dan diakui secara global. Padanan umumnya meliputi:

• Amerika Serikat (AISI/ASTM): O1 (UNS T31501)
• Jerman (DIN): 1.2510 (juga dikenal sebagai 100MnCrW4)
• Jepang (JIS): SKS3
• Rusia (GOST): 9ХВГ (atau 9XC)
• Bahasa Indonesia: 95MnWCr1
• Inggris (BS): BO1
• Swedia (SS/ASSAB/Uddeholm): 2140 / DF-3 / Arne
• Prancis (NF): 90MnWCrV5

Kisaran padanan yang luas ini menyoroti penggunaan yang mapan di berbagai industri di seluruh dunia.

4. Sifat Baja 9CrWMn

4.1 Pengerasan

9CrWMn memiliki sifat pengerasan yang baik, yang memungkinkannya mengeras secara efektif melalui penampang melintangnya melalui pendinginan oli, terutama untuk bagian dengan ketebalan hingga 40-50 mm. Hal ini dicapai melalui pengaruh gabungan Mangan, Kromium, dan Tungsten.

4.2 Ketahanan Aus

Harapkan ketahanan aus yang tinggi setelah pengerasan dan tempering suhu rendah yang sesuai. Kandungan karbon yang tinggi, bersama dengan pembentukan kromium keras dan karbida tungsten dalam matriks martensit, memberikan ketahanan yang sangat baik terhadap keausan abrasif.

4.3 Ketangguhan

Bila perlakuan panas dilakukan dengan benar—biasanya dipadamkan pada suhu sekitar 800°C dan diikuti dengan tempering suhu rendah—9CrWMn menunjukkan keseimbangan ketangguhan yang andal untuk aplikasi pengerjaan dingin. Namun, berhati-hatilah saat melakukan tempering pada suhu sekitar 300°C, karena kisaran suhu ini dapat menyebabkan berkurangnya ketangguhan benturan.

4.4 Kemampuan Mesin

Kemampuan mesin dianggap memadai untuk baja perkakas dengan tingkat kekerasan ini. Melakukan anil sferoidisasi yang tepat sebelum pemesinan sangat penting untuk mencapai hasil terbaik dan kemudahan pemrosesan.

4.5 Stabilitas Dimensi (Perlakuan Panas)

Meskipun dikenal karena karakteristik deformasi rendah ('deformasi mikro'), beberapa perubahan dimensi selama pendinginan masih mungkin terjadi. Faktor-faktor seperti geometri bagian, keseragaman pemanasan, dan teknik pendinginan memengaruhi hasil akhir. Memanfaatkan prosedur yang tepat seperti pemanasan awal yang benar, menggunakan pendinginan oli panas (sekitar 100°C) untuk bagian yang lebih kecil, atau menggunakan metode martempering/pendinginan isotermal dapat secara efektif meminimalkan distorsi.

4.6 Struktur Karbida

Seperti banyak baja perkakas, 9CrWMn berpotensi membentuk jaringan karbida, terutama jika tidak diproses dengan benar, yang dapat berdampak negatif pada ketangguhan. Praktik penempaan yang cermat dan siklus perlakuan panas yang tepat, termasuk normalisasi sebelum anil, direkomendasikan untuk menyempurnakan struktur karbida dan mencegah jaringan yang merugikan.

4.7 Tahan Suhu

Ketahanan terhadap pelunakan pada suhu tinggi (tahan temper) tergolong sedang. Kekerasan akan berkurang secara signifikan jika ditempa pada suhu yang lebih tinggi (misalnya, di atas 400-500°C). Oleh karena itu, tempering pada suhu rendah (biasanya 160-200°C) merupakan praktik standar untuk mempertahankan kekerasan dan ketahanan aus yang maksimal.

4.8 Suhu Utama (Perkiraan)

Memahami suhu transformasi kritis sangat penting untuk keberhasilan perlakuan panas:

• Ac1 (Awal Austenitisasi): ~750 derajat celcius
• Accm (Austenisasi Penuh): ~900 derajat celcius
• Ar1 (Awal pembentukan Ferit/Perlit saat pendinginan): ~700 derajat celcius
• Nona (Martensit Awal): ~205 derajat celcius

5. Baja 9CrWMn Perlakuan Panas

5.1 Anil (untuk Kemampuan Mesin)

Untuk mencapai kemampuan mesin yang optimal:

1. Panaskan secara merata hingga 770-790°C.
2. Tahan pada suhu tersebut selama waktu perendaman yang cukup.
3. Dinginkan secara perlahan di dalam tungku (kecepatan ≤ 30°C/jam) hingga mencapai suhu 550°C.
4. Udara dingin dari 550°C. Kekerasan yang Diharapkan: ≤ 217 PBR. Catatan: Normalisasi pada 960-980°C sebelum anil sangat disarankan untuk memurnikan karbida.

5.2 Pengerasan (Quenching)

1. Panaskan terlebih dahulu hingga benar-benar panas.
2. Panaskan hingga suhu austenitisasi: 800-830°C (gunakan kisaran suhu yang lebih rendah untuk bagian yang lebih besar atau lebih rumit).
3. Tahan selama beberapa saat untuk memastikan suhu yang seragam.
4. Pendinginan cepat dalam oli. Untuk penampang ≤ 30-50mm, pendinginan dalam oli yang dipanaskan hingga ~100°C dapat membantu meminimalkan risiko distorsi dan retak. Kekerasan yang Diharapkan (setelah dipadamkan): ≥ 62 HRC, sering mencapai 64-66 HRC.

5.3 Temperatur

Temper segera setelah pendinginan untuk menghilangkan tekanan internal dan mencapai sifat akhir yang diinginkan:

1. Panaskan secara merata hingga suhu temper yang dipilih (biasanya 160-300°C).
2. Tahan selama 1-2 jam per inci (25mm) ketebalan (minimal 2 jam).
3. Udara dingin. Kisaran Tempering Umum dan Kekerasan yang Dihasilkan:
   
   • 160-180°C: ~61-64 HRC (untuk kekerasan dan ketahanan aus maksimum)
   • 200-230°C: ~60-62HRC
   • 250-275°C: ~56-60HRC Peringatan: Hindari tempering pada kisaran 275-325°C, karena ketangguhannya dapat berkurang (kerapuhan temper).

5.4 Perlakuan Panas Tingkat Lanjut

Untuk persyaratan khusus seperti meminimalkan distorsi atau memaksimalkan ketangguhan, proses seperti pendinginan isotermal (martempering) atau perawatan ultra-refining karbida khusus dapat dipertimbangkan. Proses ini melibatkan siklus pemanasan dan pendinginan yang lebih kompleks.

6. Aplikasi Baja 9CrWMn

Sifat seimbang dari 9CrWMn menjadikannya baja yang sangat serbaguna untuk berbagai perkakas dan komponen kerja dingin:

• Meninggal: Cetakan blanking, cetakan punching (terutama untuk lembaran logam ≤6mm), cetakan stamping, peralatan pembentukan, cetakan pembengkok, cetakan deep drawing, punch piercing, peralatan blanking halus, cetakan cold heading, cetakan rolling ulir, dan berbagai sisipan cetakan yang membutuhkan ketahanan aus dan stabilitas dimensi yang baik.
• Peralatan: Pengukur presisi, peralatan pengukuran, blok pengukur, reamer, keran, cetakan ulir, peralatan pemotong yang lebih kecil yang memerlukan retensi tepi yang tinggi, bushing bor, dan bilah geser untuk material yang lebih tipis.
• Komponen: Pilar dan semak pemandu yang diperkeras (target 58-62 HRC), pin ejektor, templat, komponen untuk cetakan plastik kecil, dan cetakan timbul perhiasan.