Cara Menghitung Berat Stainless Steel: Rumus dan Data Referensi
Berat setiap komponen baja tahan karat sama dengan volumenya dikalikan dengan kepadatannya. Kepadatan baja tahan karat sedikit berbeda berdasarkan tingkatannya, tetapi angka kerja standar yang digunakan di bidang teknik dan pengadaan adalah demikian 7,93 gram/cm³ (7.930 kg/m³) untuk nilai austenitik yang paling umum (304, 316, 316L). Nilai feritik dan martensit sedikit lebih rendah pada 7,70–7,80 g/cm³.
Rumus dasarnya adalah:
Berat (kg) = Volume (m³) × Massa jenis (kg/m³)
Untuk bentuk produk yang paling umum, rumus volume disederhanakan sebagai berikut:
Batang Bulat / Poros Padat
Berat (kg) = (D² × 0,00617) × L
Dimana D = diameter dalam mm, L = panjang dalam meter. Konstanta 0,00617 menggabungkan π/4 dan massa jenis 7,930 kg/m³, yang telah diskalakan sebelumnya untuk menerima diameter mm dan panjang meter secara langsung. Contoh: batangan tahan karat 304 diameter 60 mm × 2 m beratnya 60² × 0,00617 × 2 = 44,4kg .
Batangan/Piring Datar
Berat (kg) = L × T × L × 0,00793
Dimana W = lebar dalam mm, T = tebal dalam mm, L = panjang dalam meter. Contoh: sebuah pelat berukuran 150 mm × 10 mm, panjang 3 m, beratnya 150 × 10 × 3 × 0,00793 = 35,7kg .
Pipa / Tabung Berongga
Berat (kg) = (OD − WT) × WT × 0,02466 × L
Dimana OD = diameter luar dalam mm, WT = tebal dinding dalam mm, L = panjang dalam meter. Ini adalah formula standar yang digunakan untuk pengadaan pipa stainless dengan jadwal tertentu.
Berat Baja Tahan Karat berdasarkan Kelas dan Bentuk Produk: Tabel Referensi
Kalkulator berat baja tahan karat yang andal harus memperhitungkan perbedaan kepadatan antar tingkatan. Tabel di bawah ini memberikan nilai kepadatan dan angka berat per meter tipikal untuk batang bundar dengan diameter umum, mencakup tingkatan yang paling sering ditentukan dalam proyek teknik.
| Kelas | Ketik | Kepadatan (g/cm³) | Batang Ø40 mm (kg/m) | Batang Ø80 mm (kg/m) | Batang Ø120 mm (kg/m) |
|---|---|---|---|---|---|
| 304 / 304L | Austenitik | 7.93 | 9.87 | 39.48 | 88.82 |
| 316 / 316L | Austenitik | 7.98 | 9.93 | 39.74 | 89.41 |
| 321 | Austenitik | 7.90 | 9.83 | 39.32 | 88.47 |
| 410/420 | Martensit | 7.75 | 9.64 | 38.56 | 86.76 |
| 430 | Feritik | 7.70 | 9.58 | 38.32 | 86.21 |
| 17-4 PH (630) | Pengerasan presipitasi | 7.78 | 9.68 | 38.72 | 87.12 |
Untuk keperluan pengadaan dan pengiriman, selalu tambahkan a 3–5% toleransi berlebihan tunjangan untuk menghitung bobot untuk memperhitungkan toleransi pabrik pada diameter dan panjang (sesuai standar ASTM A484 dan EN 10060 untuk batang bundar). Komponen yang dibuat khusus memerlukan estimasi berat dari gambar teknik, bukan tabel standar.
Apa Arti "Ditempa oleh Baja" dan Mengapa Penting untuk Komponen Teknik
Baja yang ditempa — dibentuk di bawah gaya tekan pada suhu tinggi daripada dituang dalam cetakan — mengembangkan struktur internal yang secara fundamental berbeda dari alternatif cor atau mesin dari batangan. Penempaan menyelaraskan aliran butir dengan bentuk bagian akhir, menghilangkan orientasi kristal acak dari baja tuang dan batas butir mendadak yang ditinggalkan oleh pemesinan melintasi stok batangan.
Manfaat mekanis baja tempa dibandingkan baja tuang atau baja setara mesin telah terdokumentasi dengan baik:
- Ketangguhan dampak yang lebih tinggi — Nilai dampak Charpy untuk komponen baja tempa biasanya 20–40% lebih tinggi daripada coran setara pada komposisi nominal yang sama, karena penempaan memecah porositas dan segregasi pengecoran.
- Ketahanan lelah yang lebih baik — Aliran butiran yang berorientasi mengurangi konsentrasi tegangan di lokasi cacat bawah permukaan. Poros dan flensa yang ditempa menunjukkan umur lelah 2–3× lebih lama daripada coran dalam aplikasi beban siklik.
- Konsistensi dimensi yang lebih ketat — Penempaan cetakan memiliki toleransi yang lebih ketat dibandingkan pengecoran pasir, sehingga mengurangi stok pemesinan kasar dan biaya penyelesaian hilir.
- Tidak ada porositas internal atau rongga penyusutan — Risiko terus-menerus pada pengecoran yang dapat menyebabkan kegagalan besar di bawah tekanan atau beban kejut.
Keunggulan ini menjadikan baja tempa sebagai spesifikasi wajib untuk aplikasi dengan konsekuensi tinggi: flensa bejana tekan (ASTM A182), poros engkol, blanko roda gigi, badan katup, dan poros putar dalam mesin turbo.
Poros Baja Tempa : Nilai, Proses, dan Persyaratan Aplikasi
Poros baja tempa diproduksi dengan penempaan billet baja dengan cetakan terbuka atau cetakan tertutup, diikuti dengan pendinginan terkontrol atau perlakuan panas untuk mengembangkan sifat mekanik yang diperlukan, dan kemudian pemesinan presisi hingga dimensi akhir. Pilihan kelas baja dan proses penempaan bergantung pada lingkungan layanan.
Nilai Baja Umum untuk Poros Tempa
- Baja karbon (AISI 1045, 1060) — Pilihan standar untuk poros industri umum. 1045 memberikan keseimbangan yang baik antara kekuatan tarik (~620 MPa saat dianil, hingga 850 MPa saat dipadamkan dan ditempa) dan kemampuan mesin dengan biaya rendah. Digunakan pada poros pompa, penggerak konveyor, dan mesin umum.
- Baja paduan (4140, 4340) — Nilai Chromium-molibdenum dan nikel-kromium-molibdenum untuk poros kinerja tinggi. 4340 mencapai kekuatan tarik 1.000–1.400 MPa setelah perlakuan panas, dengan ketangguhan yang sangat baik. Standar pada roda pendaratan dirgantara, poros tekan besar, dan penggerak laut.
- Baja tahan karat (316, 17-4 PH, 410) — Ditentukan ketika poros beroperasi di media korosif (air laut, bahan kimia, pemrosesan makanan). Poros tempa 17-4 PH mencapai kekuatan tarik 930–1.310 MPa tergantung kondisi (H900 hingga H1150), menggabungkan ketahanan korosi dengan kekuatan tinggi. Poros tempa 316 lebih disukai untuk pompa sentrifugal yang menangani cairan agresif.
- Baja perkakas (H13, D2) — Untuk poros dan spindel yang mengalami keausan ekstrem atau beroperasi pada suhu tinggi, seperti pada mesin ekstrusi panas dan peralatan die casting.
Penempaan Cetakan Terbuka vs. Penempaan Cetakan Tertutup untuk Poros
Penempaan mati terbuka (juga disebut penempaan bebas atau penempaan smith) menggunakan cetakan datar atau profil sederhana yang tidak menutupi billet sepenuhnya. Operator berulang kali mengubah posisi dan memutar billet di bawah tekanan hidrolik atau palu untuk membentuknya secara progresif. Proses ini merupakan standar untuk poros besar – diameter di atas 150 mm dan panjang hingga beberapa meter – dimana biaya cetakan untuk perkakas cetakan tertutup akan menjadi penghalang. Poros tempa cetakan terbuka memiliki kehalusan butiran yang sangat baik di seluruh penampang tetapi memerlukan lebih banyak pemesinan untuk mencapai dimensi akhir.
Penempaan mati tertutup menggunakan set dadu yang cocok yang menentukan bentuk mendekati jaring dalam satu atau beberapa pukulan. Ini ekonomis untuk poros berukuran sedang yang diproduksi dalam volume tinggi — poros pijakan, poros bergelang, dan poros bergaris untuk aplikasi otomotif dan pertanian. Biaya perkakas cetakan ($5.000–$50.000 per set cetakan tergantung pada kompleksitasnya) diamortisasi selama produksi berjalan sebanyak 500–50.000 bagian.
Standar Mutu dan Inspeksi Poros Tempa
Poros baja tempa kritis harus melalui kombinasi metode pemeriksaan berikut sebelum dikirim:
- Pengujian ultrasonik (UT) — Mendeteksi cacat internal (tempa lap, porositas sisa, pita segregasi). Diwajibkan sesuai ASTM A388 untuk komponen yang mengandung tekanan dan berputar di atas ambang batas diameter yang ditentukan.
- Inspeksi partikel magnetik (MPI) — Deteksi retakan permukaan dan dekat permukaan untuk baja feromagnetik. Standar untuk blanko roda gigi dan fillet poros.
- Pengujian mekanis (tarik, kekerasan, dampak Charpy) — Dilakukan pada kupon uji yang dipotong dari perpanjangan penempaan atau potongan representatif yang ditempa secara terpisah sesuai ASTM A370.
- Verifikasi komposisi kimia — Analisis spektrometer OES komposisi panas terhadap batas kadar yang ditentukan. Sertifikat uji material (MTC / Mill Cert) sesuai EN 10204 3.1 atau 3.2 adalah hasil standar untuk aplikasi kritis.
Estimasi Berat Poros Baja Tahan Karat Tempa: Pendekatan Praktis
Memperkirakan berat poros baja tahan karat yang ditempa sebelum pemesinan akhir memerlukan pertimbangan dua faktor yang tidak berlaku untuk stok batangan standar: tunjangan penempaan dan stok pemesinan kasar.
Sebuah tipikal kalkulator berat baja tahan karat untuk poros tempa bekerja melalui langkah-langkah berikut:
- Hitung volume bagian yang sudah jadi dari gambar teknik, memperlakukan poros sebagai rangkaian silinder (satu per langkah diameter) dan menjumlahkan volumenya.
- Tambahkan tunjangan pemesinan — Biasanya 5–15 mm per wajah pada tempa cetakan terbuka, atau 2–6 mm per wajah pada mati tertutup. Tambahkan ini ke setiap dimensi diameter dan panjang sebelum menghitung volume penempaan.
- Terapkan faktor kehilangan flash dan skala — Untuk penempaan cetakan tertutup, tambahkan 10–20% ke berat penempaan bersih untuk memperkirakan berat billet yang diperlukan (menghitung kerugian dan skala trim flash). Untuk open-die, faktornya adalah 5–12% .
- Kalikan dengan kepadatan kelas — Gunakan kepadatan yang sesuai dari tabel di atas (misalnya, 7,98 g/cm³ untuk baja tahan karat 316).
Sebagai contoh pengerjaan: poros tempa baja tahan karat 316 dengan volume akhir 2.800 cm³, dikerjakan dari tempa cetakan tertutup dengan kelonggaran per muka 8 mm dan faktor billet 15%, akan memerlukan billet awal kira-kira 3.700 cm³ × 7,98 g/cm³ = 29,5 kg , dibandingkan dengan berat poros jadi sekitar 22,3 kg. Perbedaannya — itu rasio beli-terbang — merupakan pendorong biaya utama dalam pengadaan poros tahan karat dan itulah sebabnya penempaan bentuk hampir jaring lebih disukai secara komersial dibandingkan pemesinan dari batangan berukuran besar untuk komponen yang lebih besar.
