20Cr vs 20CrMo – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pendahuluan

20Cr dan 20CrMo adalah dua baja paduan rendah yang banyak digunakan dalam komponen transmisi, otomotif, dan mesin umum. Insinyur dan spesialis pengadaan biasanya mengevaluasi mereka untuk bagian yang memerlukan permukaan tahan aus yang dikombinasikan dengan inti yang ulet dan tahan lelah (misalnya, roda gigi, poros, dan pinion). Dilema pemilihan biasanya berpusat pada biaya dan ketersediaan versus kebutuhan untuk hardsenabilitas yang lebih dalam dan kekuatan inti yang lebih baik pada komponen yang lebih besar atau dengan beban lebih tinggi.

Perbedaan metalurgi utama adalah penambahan molibdenum yang terkontrol pada 20CrMo, yang meningkatkan hardsenabilitas dan ketahanan terhadap pelunakan temper dibandingkan dengan keluarga 20Cr yang bebas Mo. Karena kedua jenis baja ini dirancang sebagai baja karburisasi, mereka sering dibandingkan saat menentukan komponen yang diperlakukan permukaan keras di mana sifat mekanik inti, respons perlakuan panas, dan kemampuan las berbeda dengan cara yang signifikan.

1. Standar dan Penunjukan

Standar umum dan keluarga penunjukan di mana baja ini muncul meliputi: - GB/T (Cina): 20Cr, 20CrMo (baja paduan karburisasi) - JIS (Jepang): ada kelas karburisasi serupa (misalnya, keluarga SNCM/SCM untuk baja yang mengandung Mo) - EN (Eropa): padanan kira-kira ada dalam keluarga 16MnCr5 / 18CrNiMo7 (catatan: kecocokan langsung satu-ke-satu jarang terjadi) - ASTM/ASME: tidak ada nama langsung yang tepat; referensi silang biasanya dilakukan dengan mencocokkan komposisi kimia dan persyaratan sifat Klasifikasi: keduanya adalah baja paduan yang dimaksudkan untuk aplikasi karburisasi (penghardan permukaan) — bukan baja tahan karat, baja alat, atau HSLA dalam pengertian modern.

Selalu konfirmasi standar dan spesifikasi yang tepat yang disebutkan dalam pesanan pembelian, karena jendela komposisi dan tingkat kotoran yang diizinkan bervariasi menurut standar.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Komposisi khas (rentang kira-kira berdasarkan persen berat; konsultasikan standar pengendali atau Sertifikat Analisis pemasok untuk batas yang tepat):

Elemen	20Cr (wt%) khas	20CrMo (wt%) khas
C	0.17 – 0.24	0.17 – 0.24
Mn	0.25 – 0.65	0.30 – 0.65
Si	0.10 – 0.35	0.10 – 0.35
P	≤ 0.035 (maks)	≤ 0.035 (maks)
S	≤ 0.035 (maks)	≤ 0.035 (maks)
Cr	0.50 – 1.10	0.30 – 0.70
Ni	≤ 0.40 (jika ada)	≤ 0.40 (jika ada)
Mo	≤ 0.08 (biasanya minimal)	0.15 – 0.30
V	≤ 0.08 (jejak)	≤ 0.08 (jejak)
Nb	≤ 0.02 (jejak)	≤ 0.02 (jejak)
Ti	≤ 0.02 (jejak)	≤ 0.02 (jejak)
B	≤ 0.001 (jejak)	≤ 0.001 (jejak)
N	biasanya rendah (ppm)	biasanya rendah (ppm)

Ringkasan strategi paduan: - Karbon dijaga tetap moderat untuk memungkinkan karburisasi yang efektif (C bulk rendah untuk menerima profil karbon permukaan yang diperkaya). - Krom memberikan hardsenabilitas dan beberapa ketahanan temper serta berkontribusi pada ketahanan aus dan goresan pada permukaan. - Molybdenum dalam 20CrMo adalah penambahan yang disengaja: jumlah kecil secara substansial meningkatkan hardsenabilitas yang dalam, menunda suhu awal martensit, dan meningkatkan ketahanan terhadap tempering dan over-tempering pada bagian yang berat atau tebal. - Elemen mikro paduan (V, Nb, Ti) jika ada dalam jumlah jejak dapat memperhalus ukuran butir dan membantu ketangguhan, tetapi mereka bukan penguat utama dalam kelas ini.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur khas: - Dalam kondisi digulung atau dinormalisasi: sebagian besar ferrit + perlit (perlit halus diinginkan). - Setelah karburisasi + pendinginan: permukaan kasus membentuk martensit karbon tinggi (sering dengan austenit yang terjaga tergantung pada karburisasi dan pendinginan); inti berubah menjadi martensit temper atau bainit tergantung pada hardsenabilitas dan laju pendinginan. - Setelah tempering: kasus adalah martensit temper dengan karbida; inti adalah martensit/bainit temper yang memberikan ketangguhan.

Bagaimana rute perlakuan panas mempengaruhi mereka: - Normalisasi memperhalus ukuran butir dan menghomogenkan mikrostruktur; kedua jenis baja merespons dengan cara yang sama. - Karburisasi + pendinginan + temper: proses ini adalah penggunaan utama. Kekerasan permukaan tergantung pada karbon kasus dan tingkat keparahan pendinginan; ketangguhan inti tergantung pada hardsenabilitas paduan. - Pendinginan & temper (tanpa karburisasi): digunakan untuk beberapa komponen kecil; 20CrMo mencapai kekuatan inti yang lebih tinggi untuk tempering yang sama karena hardsenabilitas dan ketahanan temper yang diinduksi oleh Mo. - Pemrosesan termo-mekanis: pemurnian butir dan penggulungan terkontrol dapat meningkatkan ketangguhan untuk kedua jenis baja; efek Mo tetap mendukung penghardan yang lebih dalam pada bagian besar.

Karena molibdenum meningkatkan hardsenabilitas dan memperlambat pelunakan selama tempering, 20CrMo menghasilkan inti yang lebih tangguh dan lebih kuat setelah perlakuan panas yang identik pada bagian yang lebih tebal dibandingkan dengan 20Cr.

4. Sifat Mekanik

Rentang sifat khas (setelah proses karburisasi + pendinginan & temper yang umum; kira-kira):

Sifat	20Cr (khas)	20CrMo (khas)
Kekuatan tarik (inti), MPa	700 – 950	750 – 1000
Kekuatan luluh (inti), MPa	450 – 700	500 – 800
Panjang regangan (A5, inti), %	10 – 18	8 – 16
Ketangguhan impak (Charpy V, inti), J	30 – 70	30 – 80
Kekerasan kasus (HRC, permukaan)	58 – 62 (tergantung pada kedalaman kasus)	58 – 62 (tergantung pada kedalaman kasus)

Interpretasi: - Kekerasan permukaan yang dapat dicapai melalui karburisasi serupa untuk kedua jenis baja karena karbon permukaan mengontrol kekerasan kasus. - 20CrMo umumnya mencapai kekuatan inti yang lebih tinggi dan ketahanan temper yang lebih baik (pengurangan kekuatan yang lebih sedikit selama tempering) — sangat penting untuk penampang yang lebih besar. Ini membuat 20CrMo lebih disukai di mana hardsenabilitas yang lebih dalam dan sifat inti yang lebih tinggi diperlukan. - Duktibilitas dan ketangguhan saling bertukar dengan kekuatan; spesifik tergantung kuat pada perlakuan panas dan ukuran penampang.

Catatan: Nilai di atas adalah rentang representatif; selalu verifikasi persyaratan sifat mekanik vs. standar spesifik atau sertifikat uji.

5. Kemampuan Las

Kemampuan las dipengaruhi oleh ekuivalen karbon bulk, elemen paduan, dan ketebalan penampang. Dua indeks prediktif yang umum digunakan adalah:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

dan

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - Baik 20Cr maupun 20CrMo memiliki karbon moderat dan paduan rendah hingga moderat; $CE$ dan $P_{cm}$ yang dihitung biasanya berada dalam rentang yang memerlukan pemanasan awal dan suhu antar-passing yang terkontrol untuk bagian yang lebih tebal. - Kehadiran Mo dalam 20CrMo meningkatkan hardsenabilitas dan oleh karena itu meningkatkan risiko retak dingin di zona yang terpengaruh panas (HAZ) dibandingkan dengan 20Cr. Oleh karena itu, 20CrMo sering memerlukan prosedur pengelasan yang lebih konservatif (pemanasan awal yang lebih tinggi, tempering pasca-las pada bagian tebal). - Untuk bagian tipis dengan prosedur yang tepat, keduanya dapat dilas dengan logam pengisi yang sesuai dan kontrol proses. Untuk bagian kritis, perlakuan panas pasca-las (PWHT) sering direkomendasikan.

Selalu hitung $CE$ atau $P_{cm}$ yang relevan untuk kimia pemasok dan ikuti spesifikasi prosedur pengelasan (WPS) sesuai kebutuhan.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

Baik 20Cr maupun 20CrMo bukanlah baja tahan karat; ketahanan korosi serupa dan terbatas. Metode perlindungan yang khas: - Finishing permukaan: pengecatan, pelapisan bubuk, atau pelapisan konversi. - Galvanisasi: mungkin tergantung pada geometri komponen dan toleransi dimensi. - Inhibitor korosi atau pelumas untuk permukaan kontak.

Indeks ketahanan terhadap karat seperti PREN tidak berlaku untuk baja paduan non-tahan karat ini. Jika ketahanan korosi adalah persyaratan utama, pilihlah paduan tahan karat atau tahan korosi daripada hanya mengandalkan pelapisan.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemudahan Pembentukan

• Kemudahan pemesinan: Kedua jenis baja dalam kondisi digulung menawarkan kemudahan pemesinan yang baik yang khas dari baja paduan rendah; kemudahan pemesinan memburuk setelah perlakuan panas dan karburisasi.
• Kemudahan pembentukan: Operasi pembentukan dilakukan dalam kondisi karbon rendah, pra-karburisasi untuk kedua jenis baja. 20CrMo mungkin menunjukkan perilaku kemudahan pembentukan yang sedikit berbeda jika mikro paduan atau hardsenabilitas yang lebih tinggi mengubah tegangan aliran, tetapi perbedaan praktis kecil.
• Penggilingan dan penyelesaian: Bagian yang selesai (karburisasi + digiling) dapat dibandingkan; bagian inti 20CrMo mungkin lebih sulit untuk digiling jika dikeraskan pada tingkat kekuatan yang lebih tinggi.

Untuk manufaktur volume tinggi, pertimbangkan efek hilir dari penambahan molibdenum pada keausan alat dan waktu siklus penggilingan.

8. Aplikasi Khas

20Cr (penggunaan khas)	20CrMo (penggunaan khas)
Roda gigi kecil hingga menengah, pinion, dan spline (bagian tipis)	Roda gigi yang sangat terbebani, pinion besar, dan poros (bagian tebal)
Poros, sumbu untuk beban sedang	Poros engkol otomotif, roda gigi transmisi berat
Sproket kecil, pengikat yang memerlukan kasus karburisasi	Pengikat stres tinggi, stud, dan komponen yang memerlukan kekuatan inti yang lebih tinggi
Bagian peralatan pertanian	Bagian yang terpapar pada beban siklik dengan penampang yang lebih besar

Alasan pemilihan: - Pilih 20Cr ketika biaya manufaktur dan kinerja karburisasi standar cukup untuk komponen dengan penampang tipis hingga menengah. - Pilih 20CrMo ketika hardsenabilitas yang lebih dalam, ketahanan temper yang lebih baik, dan kekuatan inti yang lebih tinggi diperlukan — terutama untuk roda gigi yang lebih besar dan komponen yang terkena beban lelah atau kejutan yang berat.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: 20CrMo umumnya lebih mahal daripada 20Cr karena penambahan molibdenum dan kontrol peleburan/analisis yang sedikit lebih kompleks.
• Ketersediaan: Keduanya umum di pasar yang menggunakan standar GB/JIS; ketersediaan berdasarkan bentuk produk (batang, pelat, tempa, cincin) tergantung pada pabrik regional. Penempaan dengan penampang besar dalam 20CrMo mungkin memiliki waktu tunggu atau jumlah pesanan minimum.
• Tip pengadaan: Spesifikasikan batas kimia yang tepat dan persyaratan perlakuan panas; minta laporan uji pabrik (MTR) dan konfirmasi waktu tunggu untuk kelas yang mengandung Mo.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Aspek	20Cr	20CrMo
Kemampuan las	Lebih baik (risiko hardsenabilitas lebih rendah)	Sedang — memerlukan pemanasan awal/PWHT yang lebih hati-hati
Seimbang Kekuatan–Ketangguhan (inti setelah perlakuan)	Baik untuk bagian tipis/biasa	Unggul untuk bagian tebal/yang terbebani berat
Biaya	Lebih rendah	Lebih tinggi

Pilih 20Cr jika: - Anda memerlukan baja karburisasi yang hemat biaya untuk bagian kecil hingga menengah di mana kedalaman kasus konvensional dan ketangguhan inti sudah memadai. - Pengelasan atau prosedur perlakuan panas yang lebih sederhana lebih disukai dan ukuran penampang sedang.

Pilih 20CrMo jika: - Komponen memiliki penampang besar, persyaratan kasus yang dalam, atau permintaan kekuatan/tangguh inti yang sangat tinggi. - Desain memerlukan ketahanan temper yang lebih baik dan mengurangi risiko pelunakan dalam layanan untuk bagian yang terbebani berat, dan proyek dapat mengakomodasi biaya material yang sedikit lebih tinggi serta prosedur fabrikasi/pengelasan yang lebih terkontrol.

Catatan akhir: Rekomendasi ini bersifat umum. Selalu konfirmasi standar pengendali, kimia pemasok, dan siklus perlakuan panas yang diharapkan. Untuk komponen kritis, validasi pemilihan dengan pengujian mekanik dari material representatif dan kualifikasi prosedur las penuh ketika pengelasan diperlukan.