25# vs 35# – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Insinyur dan tim pengadaan sering memilih antara 25# dan 35# saat menentukan baja karbon untuk poros, pin, bushing, dan komponen struktural umum di mana biaya, kemampuan mesin, dan kinerja mekanis harus seimbang. Konteks keputusan yang umum termasuk apakah akan memprioritaskan pembentukan dan pengelasan yang lebih mudah untuk fabrikasi besar, atau kekuatan yang lebih tinggi setelah ditempa/dipanasakan pada komponen yang akan menanggung beban statis atau dinamis yang lebih tinggi.

Perbedaan utama antara kedua grade adalah kandungan karbon mereka dan keseimbangan yang dihasilkan antara kekuatan dan ketangguhan: grade karbon yang lebih tinggi menunjukkan potensi kekuatan dan kekerasan yang lebih besar dengan mengorbankan ketangguhan dan beberapa kemampuan pengelasan. Karena keduanya adalah baja karbon biasa yang banyak digunakan dalam bentuk produk serupa, desainer membandingkannya secara langsung untuk memutuskan apakah kekuatan tambahan (dan kemungkinan perlakuan panas) membenarkan pengorbanan dalam kemampuan bentuk, ketangguhan, dan kompleksitas fabrikasi.

1. Standar dan Penunjukan

• Sistem standar nasional dan internasional yang umum mungkin merujuk pada baja karbon biasa yang setara, tetapi penunjukan literal “25#” dan “35#” paling sering dijumpai dalam nomenklatur material Tiongkok.
• Keluarga standar yang relevan:
• GB (Tiongkok): 25#, 35# (baja karbon biasa)
• ASTM/ASME: grade baja karbon biasa yang sebanding (pemilihan berdasarkan komposisi/sifat daripada penunjukan “#” literal)
• EN: baja dalam keluarga EN 10025/10083 atau setara EN yang dipilih berdasarkan kebutuhan karbon dan tarik
• JIS: setara baja karbon biasa Jepang yang terdaftar berdasarkan kandungan C dan sifat mekanis

Klasifikasi: Baik 25# maupun 35# adalah baja karbon biasa (non-aloy). Mereka bukan baja tahan karat, HSLA, atau baja alat dalam bentuk standar mereka. Perlakuan panas dapat diterapkan untuk memodifikasi sifat tetapi tidak mengubah klasifikasi dasar.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Catatan: - Perbedaan komposisi yang paling signifikan adalah karbon. Penyesuaian kecil pada Mn dan Si mempengaruhi sifat tarik dan deoksidasi. Elemen paduan lainnya umumnya tidak ada dalam 25#/35# standar; jika ada, itu menunjukkan grade yang ditentukan berbeda. - Strategi paduan untuk grade ini minimal: jaga kimia tetap sederhana, kontrol impuritas, dan gunakan perlakuan panas atau mikro-paduan hanya ketika peningkatan sifat tertentu diperlukan.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

Mikrostruktur: - Kedua grade dalam kondisi digulung atau dinormalisasi biasanya terdiri dari mikrostruktur ferit–pearlit. Fraksi volume pearlit meningkat dengan kandungan karbon. - 25#: fraksi ferit lebih tinggi, pearlit yang lebih kasar/halus tergantung pada pendinginan, umumnya lebih ductile dan tangguh dalam kondisi digulung. - 35#: fraksi pearlit lebih tinggi dan mungkin pearlit yang lebih halus jika diproses untuk mempercepat pendinginan, menghasilkan kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi dalam kondisi dinormalisasi.

Respons perlakuan panas: - Normalisasi: Memperhalus struktur butir dan menghasilkan distribusi ferit–pearlit yang lebih seragam. Kedua grade merespons dengan baik terhadap normalisasi; 35# akan mencapai kekuatan normalisasi yang lebih tinggi daripada 25# karena kandungan karbonnya yang lebih tinggi. - Annealing: Melembutkan dan meningkatkan kemampuan mesin atau kemampuan bentuk untuk kedua grade; 25# akan menjadi lebih ductile dibandingkan 35# setelah anneal penuh. - Pendinginan dan tempering: Keduanya dapat dikeraskan, tetapi kemampuan pengerasan terbatas dibandingkan dengan baja paduan. 35#, dengan karbon yang lebih tinggi, mencapai kekerasan setelah pendinginan yang lebih tinggi tetapi juga risiko lebih besar dari retak akibat pendinginan dan ketangguhan yang berkurang kecuali dipanaskan dengan hati-hati. - Pemrosesan termo-mekanis: Penggulungan terkontrol dan pendinginan yang dipercepat meningkatkan kekuatan dan ketangguhan, tetapi perubahan kemampuan pengerasan yang dramatis memerlukan penambahan paduan yang tidak ada dalam 25#/35# standar.

4. Sifat Mekanis

Interpretasi: - 35# adalah pilihan yang lebih kuat/lebih keras dalam keadaan termo-mekanis yang setara; 25# menawarkan ketangguhan yang lebih baik dan umumnya ketahanan impak yang lebih baik untuk komponen yang diharapkan mengalami pembentukan atau beban dinamis. - Untuk komponen yang membutuhkan ketangguhan tinggi dan deformasi plastis besar, 25# umumnya lebih disukai kecuali pemrosesan lanjutan (misalnya, tempering) direncanakan untuk 35#.

5. Kemampuan Pengelasan

Kemampuan pengelasan tergantung terutama pada kandungan karbon, paduan yang dikombinasikan, dan ketebalan bagian. Untuk baja karbon biasa seperti 25# dan 35#, indeks setara karbon banyak digunakan untuk memperkirakan kebutuhan pemanasan awal/pemanasan setelahnya.

Rumus setara karbon yang umum: - Tampilkan contoh untuk panduan internasional: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Rumus yang lebih rinci digunakan untuk memprediksi kerentanan retak dingin: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi kualitatif: - 35# memiliki $C$ yang lebih tinggi, sehingga $CE_{IIW}$ dan $P_{cm}$ yang dihitung akan lebih tinggi daripada untuk 25#, menunjukkan kecenderungan peningkatan pengerasan di zona yang terpengaruh panas (HAZ) dan risiko lebih tinggi dari retak dingin yang dibantu hidrogen. Oleh karena itu, 35# biasanya memerlukan prosedur pengelasan yang lebih konservatif: pemanasan awal, suhu antar-passing yang terkontrol, elektroda rendah-hidrogen, dan perlakuan panas setelah pengelasan ketika ketebalan dan pengekangan signifikan. - 25#, dengan $C$ yang lebih rendah, lebih toleran untuk pengelasan, lebih mudah untuk disambungkan tanpa pemanasan awal untuk ketebalan sedang, dan umumnya memerlukan kontrol hidrogen yang kurang ketat.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Baik 25# maupun 35# adalah baja karbon non-tahan karat dan bergantung pada pelapis dan penghalang untuk perlindungan korosi. Strategi umum:
• Galvanisasi celup panas untuk komponen struktural luar ruangan.
• Sistem cat (primer epoksi, lapisan atas poliuretan) untuk perlindungan atmosfer.
• Perlindungan katodik atau pelapis dalam aplikasi yang terkubur atau terendam.
• Indeks tahan karat seperti PREN tidak berlaku untuk baja karbon biasa. Sebagai ilustrasi, PREN adalah: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ tetapi ini hanya relevan untuk paduan tahan karat; baik 25# maupun 35# tidak boleh dievaluasi dengan PREN.
• Catatan pemilihan: Jika ketahanan korosi adalah pendorong desain utama, pilih paduan tahan karat atau tahan korosi daripada mengandalkan 25# atau 35# ditambah perlakuan permukaan.

7. Fabrikasi, Kemampuan Mesin, dan Kemampuan Bentuk

• Kemampuan bentuk dan pembengkokan: 25# lebih mudah dibengkokkan dan dibentuk dingin karena ketangguhan yang lebih tinggi; 35# lebih rentan terhadap pemulihan dan mungkin retak jika dibengkokkan melebihi radius yang direkomendasikan.
• Kemampuan mesin: Dalam kondisi diterima, 25# menghasilkan kondisi pemesinan yang lebih mudah ketika lebih lunak; namun, karbon yang sedikit lebih tinggi dapat meningkatkan pembentukan chip untuk beberapa operasi. Secara umum, 35# yang lebih tinggi karbonnya memerlukan gaya pemotongan yang lebih tinggi dan dapat memperpendek umur alat jika dalam kondisi yang dikeraskan.
• Pemotongan, penggilingan, dan penyelesaian: Keduanya merespons praktik pemesinan standar, tetapi operasi pada 35# yang telah didinginkan atau dipanaskan harus direncanakan seperti untuk baja dengan kekuatan lebih tinggi (kecepatan lebih lambat, alat yang lebih keras, pendingin).
• Perlakuan permukaan (pelapisan, pelapisan) berperilaku serupa untuk kedua grade, meskipun persiapan permukaan untuk pengelasan atau pelapis mungkin lebih kritis pada permukaan yang dikeraskan dengan kekuatan lebih tinggi.

8. Aplikasi Tipikal

Alasan pemilihan: - Pilih 25# ketika kemampuan pengelasan, ketangguhan, dan kemudahan pembentukan adalah kunci dan kekuatan ekstrem tidak diperlukan. - Pilih 35# ketika kekuatan dasar yang lebih tinggi atau kemampuan pengerasan diperlukan dan desain dapat mentolerir pengurangan ketangguhan atau kontrol perlakuan panas/pengelasan tambahan.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: Keduanya adalah baja karbon komoditas; 25# biasanya sedikit lebih murah daripada 35# karena kandungan karbon yang lebih rendah dan lebih sedikit batasan pemrosesan. Selisih harga biasanya kecil dibandingkan dengan baja paduan atau spesial.
• Ketersediaan: Kedua grade tersedia secara luas dalam bentuk produk umum: batang, pelat, billet, dan penempaan, terutama di daerah di mana penunjukan “#” umum. Waktu pengiriman umumnya singkat untuk produk yang digulung panas atau dinormalisasi; pengiriman yang didinginkan dan dipanaskan memerlukan waktu lebih lama.
• Catatan pengadaan: Tentukan perlakuan panas dan sifat mekanis yang diperlukan dalam dokumen pembelian; penunjukan biasa saja dapat menyebabkan variabilitas dalam sifat yang dikirimkan.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Rekomendasi: - Pilih 25# jika Anda membutuhkan kemampuan bentuk yang baik, pengelasan yang lebih mudah, ketahanan impak yang lebih baik dalam kondisi digulung, dan komponen tidak memerlukan kekuatan tinggi atau pemrosesan lanjutan yang berat. - Pilih 35# jika kekuatan tarik/luluh yang lebih tinggi penting, atau jika bagian akan diperlakukan panas untuk mencapai target ketahanan atau kekuatan yang ditentukan dan Anda dapat menerapkan kontrol pengelasan dan fabrikasi yang sesuai.

Panduan praktis yang menyimpulkan: - Untuk fabrikasi yang dilas dengan ketebalan pelat besar atau di mana risiko retak hidrogen harus diminimalkan, gunakan 25# yang lebih rendah karbonnya atau tentukan prosedur pemanasan awal/pemanasan setelahnya jika 35# diperlukan. - Untuk komponen yang akan dikeraskan atau digunakan di bawah beban siklik, pertimbangkan 35# dengan jadwal pendinginan dan pemanasan yang ditentukan, atau lebih baik lagi, evaluasi baja paduan rendah dengan kemampuan pengerasan dan ketangguhan yang lebih baik jika kinerja tinggi diperlukan. - Selalu tentukan standar material yang tepat, sifat mekanis yang diperlukan, dan persyaratan perlakuan panas atau inspeksi dalam dokumentasi pengadaan untuk menghindari ambiguitas antara pengiriman “25#” dan “35#”.